混合教學(xué)模式下Python程序設(shè)計教學(xué)改革探索

李向群，許新征，高 娟

（中國礦業(yè)大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州 221116）

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)時代下人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，Python 因其具有語法簡單易學(xué)且具備強(qiáng)大的第三方庫等優(yōu)點(diǎn)，不僅成為上述領(lǐng)域最受歡迎的編程工具，而且成為高校計算機(jī)專業(yè)學(xué)生應(yīng)對市場需求而需要掌握的就業(yè)技能之一。Python 程序設(shè)計是中國礦業(yè)大學(xué)開設(shè)的通識教育基礎(chǔ)必修課程，對該門課程的掌握程度將會直接影響學(xué)生利用計算機(jī)分析、解決問題的能力，同時也將對學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)計算機(jī)相關(guān)課程產(chǎn)生很大影響。但是就目前國內(nèi)高校Python 程序設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀來看，仍然存在學(xué)生編程應(yīng)用能力差，以及課堂教學(xué)以教師為中心，學(xué)生無法成為教學(xué)設(shè)計的主體，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性難以被調(diào)動、自主學(xué)習(xí)能力有待提高等突出問題。Python 程序設(shè)計教學(xué)目前存在問題主要包括：

（1）教學(xué)內(nèi)容。大綱中涵蓋了Python 語言的基本語法、程序控制結(jié)構(gòu)、組合數(shù)據(jù)類型、函數(shù)和文件等主要內(nèi)容，但由于教師上課更重視知識體系的系統(tǒng)性和全面性，因此會在課堂教學(xué)中詳細(xì)對每一個知識點(diǎn)進(jìn)行講授。每章的學(xué)時一般為4～8 學(xué)時，其中針對編程語法的理論講解幾乎面面俱到，但每個章節(jié)中結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的案例，尤其是綜合若干章節(jié)重難點(diǎn)應(yīng)用的案例較少，學(xué)生無法深入體會編程的魅力以及如何使用計算機(jī)語言解決實(shí)際問題。同時受到課堂總學(xué)時40 學(xué)時的限制，整個課程也只能完成6～8 章的授課內(nèi)容。通常當(dāng)講到Python 在科學(xué)計算和數(shù)據(jù)分析以及網(wǎng)絡(luò)爬蟲中的應(yīng)用時，往往因?yàn)閷W(xué)時緊張而只能點(diǎn)到為止，學(xué)生無法深入體驗(yàn)Python 在人工智能相關(guān)領(lǐng)域的深層次應(yīng)用。

（2）教學(xué)方法。我國大部分高校程序設(shè)計課程普遍采用以教師為中心的傳統(tǒng)授課模式，學(xué)生仍然是被動灌輸?shù)娜后w。在整個授課過程中，教師是課堂的主體，教學(xué)形式仍然以PPT 課件為主，教學(xué)方法比較單一。學(xué)生作為知識的被動接受者，在整個學(xué)習(xí)過程中缺乏學(xué)習(xí)的主動性。該教學(xué)模式在一定程度上不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐應(yīng)用能力。

（3）考核方式。我國大部分高校程序設(shè)計課程都以期末考試成績作為主要考核評判依據(jù)，通常期末考試成績占總成績的70%，平時成績只占30%。該考核體系不可避免地造成了一部分學(xué)生不重視過程學(xué)習(xí)，只把學(xué)習(xí)重心放在考前一兩周時間里，突擊看書、刷題，甚至用死記硬背的方式通過考試。在該考核模式下，學(xué)生幾乎沒有日常的學(xué)習(xí)壓力，而這種零壓力的過程學(xué)習(xí)方式，會使得學(xué)生對章節(jié)內(nèi)容的掌握不夠扎實(shí)，不利于知識在大腦中的長期儲備與靈活運(yùn)用。

1 相關(guān)研究

計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展使在線學(xué)習(xí)風(fēng)靡全球，隨之而來的大規(guī)模開放在線課程（MOOC）和小規(guī)模限制性在線課程（SPOC）等新型教育形式開啟了全民在線學(xué)習(xí)的新時代。雖然在線學(xué)習(xí)在高等教育中的優(yōu)勢非常明顯，如打破了空間和時間限制，學(xué)生可充分利用碎片化時間自由掌控學(xué)習(xí)進(jìn)度，但同時也存在一些突出問題，如生生交流和師生交流較為匱乏，教師不能及時了解學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)，并對學(xué)生自學(xué)中反饋的問題給予及時的指導(dǎo)與幫助。因此，單純的線上學(xué)習(xí)并不能完全替代傳統(tǒng)的課堂教學(xué)。

混合教學(xué)模式是指將信息化教學(xué)方式融入傳統(tǒng)課堂，并將二者的優(yōu)勢有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)完全以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。混合教學(xué)模式將真實(shí)的教師課堂面授與虛擬的學(xué)生在線學(xué)習(xí)相結(jié)合，并將自主學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了生生互動、師生互動和線上線下相混合。在混合教學(xué)模式實(shí)施過程中，教師將課件、微視頻、作業(yè)、測試、專題討論等教學(xué)資料上傳至如超星學(xué)習(xí)通等線上智慧教學(xué)平臺，供學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)鞏固，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位。線下則將傳統(tǒng)課堂與線上學(xué)習(xí)反饋相結(jié)合，更有效地發(fā)揮了教師的主導(dǎo)作用。如今在程序設(shè)計課程中也越來越多地使用線上線下混合教學(xué)模式，很多學(xué)者對其進(jìn)行了研究。如王文豪等研究了在Java 程序設(shè)計中實(shí)施線上線下混合教學(xué)模式；李慧等進(jìn)行了線上線下混合式一流課程建設(shè)的探索與實(shí)踐；李峰等實(shí)踐并完成了Python 課程的線上線下混合教學(xué)模式改革，并取得了很好的教學(xué)效果。

本文探索了混合教學(xué)模式，實(shí)踐線上與線下有機(jī)融合的教學(xué)改革。線上學(xué)習(xí)以智慧化教學(xué)工具為平臺，以微課學(xué)習(xí)為任務(wù)驅(qū)動，輔以測試、小組討論與項(xiàng)目作業(yè)，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；線下以學(xué)生的學(xué)習(xí)需求為前提，在傳統(tǒng)課堂上實(shí)施多樣化的教學(xué)方法，促進(jìn)知識的內(nèi)化。

2 教學(xué)改革與實(shí)踐探索

為激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，提高課程教學(xué)質(zhì)量，線上課程資源建設(shè)與線下傳統(tǒng)課堂的有機(jī)融合需要考慮很多因素。

2.1 線上課程資源建設(shè)需差別對待學(xué)生的不同

因?yàn)閷W(xué)生學(xué)習(xí)能力的不同，教師在設(shè)計線上自學(xué)內(nèi)容時，需要差別對待學(xué)生的不同。在整體上將線上自學(xué)內(nèi)容劃分為兩種類型：一類是每一章中語法相對簡單、容易理解的內(nèi)容，將其作為課前自學(xué)內(nèi)容，也是學(xué)生的必學(xué)內(nèi)容；另一類則是每一章重難點(diǎn)的拓展應(yīng)用內(nèi)容，學(xué)有余力的學(xué)生可在課后利用該內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固，屬于選學(xué)內(nèi)容。教師提前將這兩部分自學(xué)內(nèi)容按照專題錄制為教學(xué)短視頻，每個視頻時長控制在10min 以內(nèi)。通過理論講解結(jié)合實(shí)例演示，在降低學(xué)生自學(xué)難度的同時，也能提高學(xué)習(xí)能力較弱學(xué)生的自學(xué)積極性。目前我國有很多優(yōu)秀的線上學(xué)習(xí)平臺，如超星學(xué)習(xí)通、釘釘、騰訊課堂等，利用線上學(xué)習(xí)平臺的預(yù)習(xí)與測試功能，教師可提前指定預(yù)習(xí)任務(wù)點(diǎn)，如指定一個或幾個專題的視頻學(xué)習(xí)。學(xué)生只有在規(guī)定時間內(nèi)完成了指定的必學(xué)內(nèi)容，才能進(jìn)行自學(xué)測試，進(jìn)而得到該章的預(yù)習(xí)成績。選學(xué)的短視頻內(nèi)容旨在提升編程應(yīng)用的深度和廣度，適合學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生進(jìn)一步拓寬視野。

2.2 線下課堂運(yùn)用多樣化的教學(xué)方法

教學(xué)內(nèi)容的豐富以及考核模式的改革都依賴于教學(xué)方法的改進(jìn)，目前大部分高校的程序設(shè)計課程依然停留在以PPT 授課為主的模式，學(xué)生依然是被動的接受者，這并不利于對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，因此教師需要在課堂中引入多樣化的教學(xué)方法，不斷挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能。

（1）案例式教學(xué)。對于線下的傳統(tǒng)課堂教學(xué)內(nèi)容，在安排學(xué)生完成線上自學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，教師可將課堂重心放在重難點(diǎn)解析上，并結(jié)合大量應(yīng)用案例，讓枯燥的語法知識在靈活的編程應(yīng)用中生動起來。比如在講解列表這一知識點(diǎn)時，其基本語法如定義、索引、切片等不是很難理解，但是如何靈活使用條件判斷、循環(huán)結(jié)構(gòu)訪問和操作列表中的元素，是學(xué)生在編程中會遇到的問題。教師不必拘泥于教材中的案例，可引入生活中的常見問題進(jìn)行編程解析，如使用列表解決“選10 樂透”的彩票問題，即編寫一個程序從文件中讀取若干彩票數(shù)字，并且判斷是否涵蓋了1～99 之間的所有數(shù)字，或者解決隨機(jī)從52 張撲克牌中抽取4張牌的問題，這是學(xué)生們在生活中喜聞樂見的游戲。在有趣的教學(xué)內(nèi)容引導(dǎo)下，學(xué)生的注意力很容易被吸引，聽課效率也會得到大幅提升。

（2）項(xiàng)目化驅(qū)動教學(xué)。項(xiàng)目的引入是對線上自學(xué)內(nèi)容和線下課堂知識的補(bǔ)充與總結(jié)，每完成3～4 章的內(nèi)容，以學(xué)生們相對較難理解章節(jié)中的知識點(diǎn)為主線，將一個綜合應(yīng)用項(xiàng)目按照知識點(diǎn)拆分為多個案例，每個案例均從充滿趣味性的問題解決入手，系統(tǒng)、全面、循序漸進(jìn)地逐個展開對知識點(diǎn)的講解，使學(xué)生們能夠?qū)W以致用、融會貫通。項(xiàng)目化的教學(xué)實(shí)踐注重培養(yǎng)學(xué)生分析、判斷和解決問題的高層次思維，學(xué)會綜合應(yīng)用知識或技術(shù)解決實(shí)際問題。

以組合數(shù)據(jù)類型、函數(shù)和文件3 章的重難點(diǎn)知識總結(jié)為例，項(xiàng)目主題為英文詞典設(shè)計，要求在一個文本文件中預(yù)先存放與具有指定格式的單詞和翻譯相對應(yīng)的若干行，設(shè)計一個界面讓用戶進(jìn)行功能選擇：添詞、查詞或退出詞典，定義兩個函數(shù)分別實(shí)現(xiàn)添詞和查詞功能，詞典寫入和讀取均需對文件進(jìn)行操作。當(dāng)對此項(xiàng)目進(jìn)行解析時，將項(xiàng)目按照知識點(diǎn)拆分為3 個案例。案例一解決的問題是如何讀、寫文本文件中的數(shù)據(jù)，案例二則解析如何使用字典這個組合數(shù)據(jù)類型進(jìn)行鍵值對賦值與讀取，而案例三則強(qiáng)調(diào)函數(shù)定義、函數(shù)參數(shù)傳遞以及形參與實(shí)參之間相互影響的問題。實(shí)際上，該項(xiàng)目還涉及到選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)的靈活應(yīng)用。在該項(xiàng)目驅(qū)動下，前面3 章的教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容得到了重點(diǎn)突出，學(xué)生們對知識的運(yùn)用也有了更深刻、生動的實(shí)踐編程體驗(yàn)。

（3）討論式教學(xué)。討論式教學(xué)是學(xué)生在教師給出問題的引導(dǎo)下獨(dú)立思考問題，然后通過生生互動和師生互動進(jìn)行思考與學(xué)習(xí)，從而掌握課堂教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。在課堂中增加問題討論互動環(huán)節(jié)，可強(qiáng)化學(xué)生的主體地位，并發(fā)揮教師在課堂內(nèi)的指導(dǎo)作用，培養(yǎng)學(xué)生觀察、獨(dú)立分析及解決問題的能力。例如，教師在課堂中給出如圖1 所示的一段由學(xué)生編寫的出錯代碼（彩圖掃OSID 碼可見），在啟發(fā)學(xué)生對程序進(jìn)行糾錯時，提出如下問題讓學(xué)生進(jìn)行思考與討論：用戶可進(jìn)行幾次輸入用戶名和密碼的嘗試？假設(shè)每一次嘗試都存在用戶名或密碼錯誤，所有嘗試后的程序運(yùn)行結(jié)果是否相同？教師安排學(xué)生們帶著這兩個問題進(jìn)行小組討論，找到錯誤所在并給出問題解決方案。不同小組給出的編程算法可能不同，教師帶領(lǐng)學(xué)生一起對不同算法進(jìn)行分析與探討，以找到最優(yōu)算法。在該教學(xué)設(shè)計下，學(xué)生完全是課堂的主體，從分析、解決問題，到最優(yōu)算法的確定，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下既有團(tuán)隊(duì)合作，又有個體參與，能夠更好地激發(fā)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性。

Fig.1 Python program code with errors圖1 存在錯誤的Python程序代碼

3 考核方式與實(shí)施效果

教學(xué)內(nèi)容的豐富和教學(xué)方法的改革必然會引起考核模式朝著多維度、多標(biāo)準(zhǔn)方向發(fā)展，建立一個科學(xué)、合理、完善的考核體系，能夠解決目前普遍存在的考核標(biāo)準(zhǔn)重結(jié)果輕過程、重理論輕能力的問題。強(qiáng)化過程考核，加強(qiáng)過程學(xué)習(xí)中的監(jiān)督力度，對培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以提高混合教學(xué)模式下的教學(xué)質(zhì)量具有非常重要的促進(jìn)作用。

3.1 強(qiáng)化過程考核

為提高學(xué)生對過程學(xué)習(xí)的重視程度，將期末考試成績占比調(diào)整為50%，過程考核為50%。期末考試采用閉卷機(jī)考的方式進(jìn)行，過程考核是對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、實(shí)踐編程能力以及知識內(nèi)化和固化能力等綜合素質(zhì)的考核，可有效提高學(xué)生日常學(xué)習(xí)的積極性，并消除部分學(xué)生存在的“平時不用努力，全靠考前突擊”的僥幸心理。學(xué)生在均衡的學(xué)習(xí)壓力下，邊學(xué)習(xí)、邊實(shí)踐，邊消化、邊拓展應(yīng)用，學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能就會隨著知識的持續(xù)不斷積累而激發(fā)出來。

過程考核包括線上的課前預(yù)習(xí)與測試（15%）、線下小組討論與課堂參與（10%）、線下項(xiàng)目作業(yè)（10%）和線上階段性測試（15%）4 部分內(nèi)容，線上和線下各占50%。課前預(yù)習(xí)中的微課視頻觀看任務(wù)和預(yù)習(xí)測試，可利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺如超星學(xué)習(xí)通來完成；小組討論和課堂參與，其考核雖然無法做到即時量化，但教師可要求學(xué)生將小組討論結(jié)果以作業(yè)形式上傳到學(xué)習(xí)通平臺，并著重說明自己在小組討論中所作的貢獻(xiàn)，從而有助于教師掌握每一個小組及每一個學(xué)生在專題討論部分的參與度，給出相對公平、合理的考核量化結(jié)果；每次的階段性測試可利用10～15min 的課堂時間完成，學(xué)習(xí)通的監(jiān)考功能可有效保證考核的真實(shí)性和公平性；項(xiàng)目作業(yè)也可利用學(xué)習(xí)通進(jìn)行提交與評價，但考慮到可能存在的代碼抄襲情況，教師需對學(xué)生進(jìn)行抽查答辯，以保證成績的公平性。

3.2 實(shí)施效果

經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐，相對于單一的傳統(tǒng)課堂，線上線下相融合的混合教學(xué)模式取得了明顯的教學(xué)效果。以工商管理類2020 級04 班的30 名學(xué)生為例，平均成績達(dá)到80.9分，其中90 分以上的有8 人，80 分以上的有9 人，沒有學(xué)生不及格。通過強(qiáng)化過程學(xué)習(xí)，讓學(xué)生對知識的掌握更扎實(shí)，通過案例和項(xiàng)目的引入以及討論式教學(xué)，極大地提升了學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣。為全面了解混合教學(xué)模式下學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，課程結(jié)束后對學(xué)生發(fā)起了課程滿意度線上問卷調(diào)查，問卷內(nèi)容包括課前預(yù)習(xí)微課內(nèi)容及其配套測試題的難易度、在線資源能否滿足學(xué)生的自學(xué)需求、線下項(xiàng)目作業(yè)是否有助于學(xué)生編程能力的提高、課堂中案例的引入和項(xiàng)目分析是否能提升學(xué)生的編程興趣、討論式教學(xué)是否能提高學(xué)生的課堂參與熱情和團(tuán)隊(duì)合作精神等問題。調(diào)查問卷結(jié)果顯示，學(xué)生對問卷中各項(xiàng)內(nèi)容的滿意度均分在90分以上，說明學(xué)生非常認(rèn)可在Python 課程中實(shí)施的線上線下混合教學(xué)模式。

4 結(jié)語

目前推行線上線下相融合的混合教學(xué)模式已成為我國各大高校教學(xué)改革的主流趨勢。一方面，這種教學(xué)模式既繼承了線下傳統(tǒng)課堂教學(xué)的優(yōu)勢，又充分利用了線上豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，學(xué)生真正成為了學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和協(xié)作學(xué)習(xí)能力都得到了大幅提升。但另一方面也面臨一些新的挑戰(zhàn)，如教師的工作量相對于傳統(tǒng)授課而言大大增加，從微視頻主題篩選和錄制、預(yù)習(xí)測試和階段性測試題目整理與歸類、小組討論專題設(shè)計與考核以及項(xiàng)目作業(yè)成績評定等都有大量工作需要完成。另外，如何在課程中引入更多集趣味性、實(shí)踐性和科學(xué)性于一體的案例和項(xiàng)目以豐富課程內(nèi)容、提升課程吸引力，也是未來需要探索的重要內(nèi)容。