新工科背景下Python課程混合式教學(xué)模式的研究＊

張麗英，張 巖，孫玉發(fā)

(1.中國石油大學(xué)（北京）信息科學(xué)與工程學(xué)院，北京 昌平 102249；2.石油工業(yè)出版社有限公司)

0 引言

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革對高校的人才培養(yǎng)提出了新的要求。2017 年以來，我國高等教育部主動謀劃并提出一項(xiàng)持續(xù)深化工程教育改革的重大行動計(jì)劃——新工科建設(shè)[1]。為促進(jìn)以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心的新工科專業(yè)建設(shè)、加快高水平本科教育建設(shè)和全面提高人才培養(yǎng)能力，2018 年9 月教育部提出通過教學(xué)改革促進(jìn)學(xué)習(xí)革命，積極推廣小班式教學(xué)、混合式教學(xué)，研究探索線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式[2]。Python是當(dāng)前人工智能時(shí)代大數(shù)據(jù)和人工智能領(lǐng)域的首選程序設(shè)計(jì)語言，具有良好的生態(tài)圈、功能強(qiáng)大，被廣泛應(yīng)用于各專業(yè)、各類復(fù)雜的問題解決。因此Python 語言已成為推進(jìn)新工科建設(shè)、實(shí)現(xiàn)多學(xué)科交叉與融合目標(biāo)的一門重要課程。隨著雨課堂、Python123平臺和微信等信息化智慧教學(xué)平臺的涌現(xiàn)，為“Python”課程的混合式線上線下教學(xué)模式探索提供了良好的信息化平臺。

1 混合式教學(xué)理念和信息化智慧教學(xué)平臺

新工科推行“以學(xué)生為中心”的個(gè)性化人才培養(yǎng)理念，推進(jìn)信息技術(shù)與工程教育深度融合，強(qiáng)調(diào)“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下工程教育教學(xué)方法的創(chuàng)新[3]。正確理解混合式教學(xué)思想、依據(jù)課程特點(diǎn)、善用合適的信息化教學(xué)平臺，設(shè)計(jì)課程的混合式教學(xué)方案是落實(shí)“以學(xué)生為中心”的個(gè)性化創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。

1.1 混合式教學(xué)

混合式教學(xué)是對傳統(tǒng)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)反思后進(jìn)行的一個(gè)融合式變革，是將傳統(tǒng)的線下教學(xué)和新興的線上教學(xué)有機(jī)融合形成優(yōu)勢互補(bǔ)，把學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)由淺到深引向深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)的效果[4]。

與傳統(tǒng)教學(xué)相比，混合式教學(xué)采用“線上”和“線下”相結(jié)合展開教學(xué)，更側(cè)重于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，其教學(xué)效果表現(xiàn)在促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上；從教學(xué)方法而言，“線上”的教學(xué)是必備活動，“線下”的教學(xué)是基于“線上”的前期學(xué)習(xí)成果開展的更加深入的教學(xué)活動，強(qiáng)調(diào)師生之間和學(xué)生之間的多元互動；從教學(xué)質(zhì)量而言，混合式教學(xué)合理選擇和有效利用資源，改變教師在課堂教學(xué)過程中過分使用講授而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)主動性不高、認(rèn)知參與度不足、不同學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果差異過大等問題[4]。

1.2 信息化智慧教學(xué)平臺

“雨課堂”[5]是一款基于慕課的智慧化混合式教學(xué)工具，可實(shí)現(xiàn)微信、PPT和在線優(yōu)質(zhì)課程資源的無縫融合。它可以將線上和線下的教學(xué)環(huán)節(jié)有機(jī)地銜接起來，便于學(xué)生隨時(shí)隨地獲取學(xué)習(xí)資源、自主有效地進(jìn)行學(xué)習(xí)。教師使用“雨課堂”發(fā)布教學(xué)資源，借助其科學(xué)化、全景化的可視化教學(xué)檢測和數(shù)據(jù)分析功能，隨時(shí)定量化掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，微調(diào)教學(xué)方案。

Python123 平臺[6]提供了Python 在線編程環(huán)境、發(fā)布問題求解任務(wù)、通過設(shè)置測試用例實(shí)時(shí)批改編程作業(yè)的功能。學(xué)生編寫代碼、提交解答、平臺實(shí)時(shí)完成評閱。如有測試用例不通過，學(xué)生對程序邏輯進(jìn)行檢查，修改程序，再次提交，平臺會實(shí)時(shí)評閱代碼并給出測試用例結(jié)果。學(xué)生即時(shí)獲得編程作業(yè)的反饋結(jié)果，得知編寫代碼的正確與否。Python123 平臺有效地解決了編程作業(yè)人工評閱反饋結(jié)果延遲的問題，實(shí)現(xiàn)了高效即時(shí)的學(xué)習(xí)反饋，讓學(xué)生及時(shí)從學(xué)習(xí)中獲取到成就感，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣、提高了學(xué)生學(xué)習(xí)編程的熱情。

微信是一款手機(jī)通信軟件，支持語音短信、視頻、圖片和文字的發(fā)送，同時(shí)支持單聊和群聊，是人們?nèi)粘Ｉ钪须S時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)移動溝通的APP。使用微信群可以方便快速地搭建課程學(xué)習(xí)交流、答疑解惑的信息交流平臺。

2 基于雨課堂、Python123 平臺和微信APP 無縫銜接的混合式教學(xué)模式

遵循學(xué)習(xí)和教學(xué)的基本規(guī)律和混合式教學(xué)的目標(biāo)，結(jié)合“Python”課程的特點(diǎn)，課堂組織形式設(shè)計(jì)了“課前”、“課中”和“課后”三階段式的混合式教學(xué)實(shí)施流程。根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)和信息化平臺的功能，在每個(gè)階段靈活地組合各個(gè)平臺的使用，開展“Python”課程的混合式教學(xué)模式探索。

2.1 課前自主學(xué)習(xí)

該階段使用雨課堂進(jìn)行，教師在上課前一天通過雨課堂發(fā)布課前導(dǎo)讀任務(wù)，包括學(xué)習(xí)本節(jié)知識相關(guān)的背景知識、基本概念、基本語法等知識講解的視頻、幻燈片和客觀測試題，學(xué)生在微信的雨課堂公眾號接收導(dǎo)讀任務(wù)，在限定預(yù)習(xí)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)完成課前自主預(yù)習(xí)、測試以及反饋疑難知識點(diǎn)。雨課堂可以記錄學(xué)生學(xué)習(xí)情況，包括學(xué)習(xí)進(jìn)度、有疑問的知識點(diǎn)幻燈片、測試題目答題情況，這為教師課前掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況、優(yōu)化課中教學(xué)設(shè)計(jì)和選取授課重難點(diǎn)的講解提供了定量的教學(xué)參考依據(jù)。

課前自主學(xué)習(xí)的背景知識是選學(xué)內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)自身儲備的計(jì)算機(jī)背景知識進(jìn)行選學(xué)。通過課前自主學(xué)習(xí)讓學(xué)生具備較好的知識基礎(chǔ)，然后走進(jìn)教室，充分保障課堂教學(xué)高層次教學(xué)目標(biāo)的順利進(jìn)行。

2.2 課中知識內(nèi)化

在課堂階段，學(xué)生通過微信掃碼進(jìn)入雨課堂班級，雨課堂實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)上課人數(shù)，教師授課過程中可使用雨課堂隨機(jī)點(diǎn)名功能進(jìn)行提問。課堂上進(jìn)行以案例為主的教學(xué)過程，將課前收集的疑難點(diǎn)和本節(jié)課的知識點(diǎn)貫穿于案例中，搭建知識的應(yīng)用場景，在解決問題過程中完成知識的深層理解和綜合運(yùn)用。此外，在機(jī)房授課，典型案例講解演示后，在此基礎(chǔ)上提出若干新的子問題讓學(xué)生完成，學(xué)生在Python123 平臺上浮現(xiàn)案例的基礎(chǔ)上進(jìn)行思考，在指定的時(shí)間內(nèi)完成子問題的代碼實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，鼓勵學(xué)生分組討論，提出新的問題并在課堂上分享、研討。此外，結(jié)合雨課堂隨堂考、彈幕等功能設(shè)計(jì)一些教學(xué)環(huán)節(jié)，帶動學(xué)生積極參與課堂教學(xué)活動中。

此階段通過雨課堂平臺開展線下教學(xué)活動，學(xué)生通過雨課堂第一時(shí)間獲知各自的學(xué)習(xí)情況，老師根據(jù)統(tǒng)計(jì)可視化功能來掌握學(xué)生的整體學(xué)習(xí)情況和個(gè)體差異。采用案例帶動知識點(diǎn)的深度理解和內(nèi)在聯(lián)系的構(gòu)建，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生解決問題的綜合能力和提出問題的創(chuàng)新能力。Python123 平臺為學(xué)生提供了便捷的在線編程環(huán)境，實(shí)時(shí)反饋編程結(jié)果大大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)編程的積極性和主動性。

2.3 課后鞏固實(shí)時(shí)反饋評價(jià)

Python 是一門程序設(shè)計(jì)語言，課后大量的編程練習(xí)是學(xué)好課程至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。通過Python123 平臺發(fā)布課后編程兩類任務(wù)：課堂知識的鞏固作業(yè)和拓展作業(yè)。學(xué)生根據(jù)課前和課堂的學(xué)習(xí)分析報(bào)告，選擇課后編程任務(wù)數(shù)量。通常，課堂上編程任務(wù)完成好的同學(xué)選擇部分鞏固作業(yè)和全部拓展作業(yè)；課堂任務(wù)未全部完成的同學(xué)選擇全部鞏固作業(yè)和部分拓展作業(yè)。學(xué)生在編程中會出現(xiàn)各種各樣的錯誤，包括語法錯誤、運(yùn)行時(shí)錯誤和邏輯錯誤。由于學(xué)生習(xí)慣使用微信進(jìn)行溝通，因此創(chuàng)建了微信課程群，對于語法錯誤和運(yùn)行時(shí)錯誤，通過微信群答疑，可以得到老師和同學(xué)們的實(shí)時(shí)幫助。對于邏輯錯誤，若不進(jìn)行充分的測試，學(xué)生很難發(fā)現(xiàn)，Python123 平臺的實(shí)時(shí)評閱代碼功能根據(jù)設(shè)定的測試用例結(jié)果可以有效地進(jìn)行程序邏輯功能的測試。作業(yè)截至日期過后，學(xué)生可以查閱參考答案和解析，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果。教師也可以通過平臺查閱學(xué)生答題情況和統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)學(xué)生知識掌握情況和共性問題，為后續(xù)教學(xué)內(nèi)容調(diào)整提供依據(jù)。此外，同伴互相學(xué)習(xí)也是可取的辦法，鼓勵學(xué)生在微信課程群里曬作業(yè)，或請同學(xué)講解一些題目，給學(xué)生提供展現(xiàn)自己的舞臺，營造相互學(xué)習(xí)的氣氛。

相比傳統(tǒng)教學(xué)，三階段的混合式教學(xué)模式以數(shù)字化形式跟蹤了學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，靈活使用雨課堂、Python123 平臺和微信，發(fā)揮各個(gè)平臺的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生定量化的多元化過程性評價(jià)。

3 混合教學(xué)在“Python”課程中的實(shí)施效果

為評估該混合式教學(xué)模式的教學(xué)效果，論文對比了2019 年下學(xué)期傳統(tǒng)教學(xué)班和2020 年下學(xué)期混合式教學(xué)班的成績，同時(shí)設(shè)計(jì)了問卷調(diào)查。表1 是傳統(tǒng)教學(xué)班和混合式教學(xué)班期末試卷試題難度系數(shù)、結(jié)課成績的平均分、最高分、最低分以及優(yōu)秀率和不及格率的對比結(jié)果。

表1 傳統(tǒng)教學(xué)和混合式教學(xué)模式教學(xué)效果對比表

從表1 可以看出，試卷難度系數(shù)2020 年下學(xué)期比2019 年下學(xué)期高0.09，但2020 年混合式教學(xué)班的平均分（84.9 分）比2019 年傳統(tǒng)教學(xué)班平均分（74.8 分）提高13.5%，優(yōu)秀率提高了12.2%，最高分提高了4 分，不及格率由4.1%降低為0%。

問卷調(diào)查從對混合式學(xué)習(xí)方式的適用情況、自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)、助力深度學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面進(jìn)行了問卷調(diào)查。87%的同學(xué)認(rèn)可混合式教學(xué)并認(rèn)為有助于自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，78%的學(xué)生認(rèn)為可以幫助自己進(jìn)入課程的深度學(xué)習(xí)，75%的學(xué)生認(rèn)為混合式教學(xué)有助于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

從教學(xué)效果對比結(jié)果和問卷調(diào)查結(jié)果可以得出，依托雨課堂、Python123 平臺和微信APP 構(gòu)建的三階段混合式教學(xué)模式在提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)力、進(jìn)行課程深入學(xué)習(xí)和培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識的創(chuàng)新能力方面是有顯著效果的，也為計(jì)算機(jī)語言類課程的混合式教學(xué)模式提供了有益的借鑒模式。

4 總結(jié)

面向新工科的Python 混合式教學(xué)圍繞落實(shí)“以學(xué)生為中心”的人才培養(yǎng)理念和推進(jìn)信息技術(shù)與工程教育深度融合的政策，通過雨課堂、Python123 平臺和微信APP 靈活的組合，構(gòu)建三階段混合式教學(xué)模式，探索“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下工程教育教學(xué)方法的創(chuàng)新實(shí)踐，通過實(shí)施三階段混合式教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和積極探索知識的能力，促進(jìn)了學(xué)生參與課堂教學(xué)活動的深度。雨課堂和Python123 平臺記錄學(xué)生學(xué)習(xí)的軌跡，提供實(shí)時(shí)作業(yè)測試反饋功能，并提供實(shí)時(shí)的全景知識掌握的過程性報(bào)告功能，滿足了學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需要和教師教學(xué)的精準(zhǔn)化。微信課程群為學(xué)生營造了便捷、移動的學(xué)習(xí)交流環(huán)境和展現(xiàn)自我能力的舞臺。后續(xù)會引入以賽促學(xué)和產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目，加快“Python”課程與實(shí)際工程項(xiàng)目的對接，進(jìn)一步提高學(xué)生的工程實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。