“一流課程”建設(shè)背景下的Python 程序設(shè)計(jì)教學(xué)改革探究*

王金虹 郭小磊 李丹

（山西中醫(yī)藥大學(xué)）

課程建設(shè)是高校教學(xué)建設(shè)的基礎(chǔ)，加強(qiáng)課程建設(shè)是提高教育教學(xué)水平的重要保證[1]?！督逃筷P(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》（教高〔2019〕8 號(hào)）介紹了關(guān)于“一流課程”建設(shè)的總體要求、建設(shè)內(nèi)容和實(shí)施等內(nèi)容，三年左右時(shí)間將建成萬門左右國家級(jí)和萬門左右省級(jí)一流本科課程[2]。高等學(xué)校特別是中醫(yī)藥院校要大力推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)在教學(xué)中的深度融合，不斷提高課程的兩性一度，是教學(xué)改革的趨勢(shì)所在。研究以Python 語言程序設(shè)計(jì)課程為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)校實(shí)際，對(duì)標(biāo)線上線下混合式一流課程要求，依托中國大學(xué)MOOC、超星學(xué)習(xí)通和頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，在學(xué)情分析、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容以及學(xué)生考評(píng)等方面開展了教學(xué)改革研究和探索。

一、理論依據(jù)與背景

（一）一流課程

一流課程的建設(shè)是高?！半p一流”建設(shè)的立足點(diǎn)和抓手[3]。一流課程具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度內(nèi)涵— —“兩性一度”，應(yīng)以課堂為核心，涉及課堂內(nèi)外，課程始終以學(xué)生為中心、師生角色轉(zhuǎn)換、多元評(píng)價(jià)課程為設(shè)計(jì)原則[4]。

線上線下混合式一流課程是“雙萬計(jì)劃”重點(diǎn)建設(shè)課程類型之一，混合式教學(xué)是將在線教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)相互結(jié)合、并相互補(bǔ)充的一種教學(xué)方式，是以學(xué)生主體參與、教師主導(dǎo)活動(dòng)的混合來實(shí)現(xiàn)課程理想的教學(xué)效果[2]，以學(xué)生為中心，通過線上+線下的教學(xué)模式，不斷激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，極大提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性。

（二）計(jì)算思維

計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及理解人類行為的思維活動(dòng)，本質(zhì)是抽象和自動(dòng)化[5]。其包括兩個(gè)方面，即建構(gòu)問題模型，以及用人或機(jī)器可以有效執(zhí)行的方式表示問題解決方案[6]。隨著其理論與實(shí)踐研究的不斷深入，計(jì)算思維逐漸從計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域走向更寬泛的應(yīng)用領(lǐng)域。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、5G 技術(shù)等多種新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，助推計(jì)算思維與學(xué)生批判思維、問題解決能力的密切相關(guān)，培養(yǎng)計(jì)算思維不僅能提高學(xué)生的信息技術(shù)，更有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、提高跨學(xué)科問題解決能力和創(chuàng)新能力。

二、課程教學(xué)改革的構(gòu)建與實(shí)施

山西中醫(yī)藥大學(xué)（以下簡稱“我?！保㏄ython 程序設(shè)計(jì)課程是面向所有本科專業(yè)開設(shè)的計(jì)算機(jī)公共課程，也是學(xué)生大學(xué)生涯的第一門計(jì)算機(jī)課，教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握語言的基本語法、語句和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本思想和方法，了解基本的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、良好的程序設(shè)計(jì)風(fēng)格，不斷培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用編程語言解決實(shí)際問題的編程習(xí)慣和思維能力。通過學(xué)習(xí)，不斷增強(qiáng)學(xué)生的計(jì)算思維能力、讓學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)現(xiàn)實(shí)問題的主動(dòng)抽象表達(dá)，并使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行問題求解，不斷提高學(xué)生的信息素養(yǎng)和運(yùn)用信息技術(shù)解決跨學(xué)科實(shí)際問題的能力。

課程的教學(xué)改革從學(xué)情分析、教學(xué)計(jì)劃、資源建設(shè)、教學(xué)實(shí)施和課程評(píng)價(jià)五個(gè)方面進(jìn)行構(gòu)建與實(shí)施，每個(gè)方面既相互獨(dú)立又互相補(bǔ)充，形成的教學(xué)鏈，如圖1 所示。

圖1 研究框架

圖2 教學(xué)實(shí)施貫通課前課中課后全過程

（一）依據(jù)學(xué)情分析擬定教學(xué)計(jì)劃

由于我校Python 程序設(shè)計(jì)課程是面向所有本科專業(yè)開設(shè)的公共課程，各個(gè)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的不同、學(xué)生生源的不同導(dǎo)致學(xué)習(xí)能力的差異。授課教師在授課前首先會(huì)根據(jù)所帶專業(yè)班級(jí)進(jìn)行了解摸底，開展學(xué)情分析。再確定不同專業(yè)和學(xué)生的具體教學(xué)目標(biāo)、擬定教學(xué)計(jì)劃、制定教學(xué)方案，使得教學(xué)密切聯(lián)系學(xué)生的專業(yè)特色、背景及其將來就業(yè)領(lǐng)域。如中醫(yī)、中藥、護(hù)理和信管等專業(yè)的案例結(jié)合點(diǎn)不同，題目的設(shè)計(jì)難易點(diǎn)也不同。最后組織教學(xué)實(shí)施，在教學(xué)過程中，一方面通過教學(xué)平臺(tái)聚焦學(xué)生課上的學(xué)習(xí)狀態(tài)，準(zhǔn)確掌握學(xué)生“學(xué)”的有效性；另一方面利用實(shí)踐平臺(tái)，及時(shí)考查學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，判斷學(xué)生“最終學(xué)得如何”。通過貫穿課前、課中、課后的學(xué)情分析，持續(xù)動(dòng)態(tài)把握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并動(dòng)態(tài)優(yōu)化教學(xué)計(jì)劃，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。

（二）課程資源建設(shè)注重計(jì)算思維和課程思政

結(jié)合中醫(yī)藥院校的學(xué)生特點(diǎn)，課程在注重語法和程序結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的同時(shí)，側(cè)重于問題抽象、問題求解的思維引導(dǎo)。首先課程選用的教材是北京理工大學(xué)嵩天教授團(tuán)隊(duì)編寫的《Python語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，教材中含有大量的優(yōu)秀教學(xué)案例。其次教研室教師又結(jié)合信息技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域及生活中的密切應(yīng)用，遴選案例作為補(bǔ)充，形成了豐富的教學(xué)案例，特色案例及所在章節(jié)見表1。

表1 特色教學(xué)案例與所在章節(jié)

通過精心設(shè)計(jì)的教學(xué)案例，以問題驅(qū)動(dòng)，在問題求解中培養(yǎng)和提升學(xué)生的計(jì)算思維能力，同時(shí)也自然融入課程思政教育。如：楊輝三角是由我國南宋數(shù)學(xué)家首先提出，比法國數(shù)學(xué)家領(lǐng)先近400 年。再如：我國古代第一部數(shù)學(xué)專著《九章算術(shù)》中描述了最大公約數(shù)計(jì)算方法“更相減損法”。通過上述案例，既能深化學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，也能引導(dǎo)學(xué)生尋找并發(fā)現(xiàn)規(guī)律、利用程序求解問題，不斷提高計(jì)算思維能力，還能引導(dǎo)學(xué)生了解中國古代數(shù)學(xué)的世界成就，傳承中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，增強(qiáng)文化自信。

（三）教學(xué)實(shí)施貫通課前課中課后全過程

我校Python 程序設(shè)計(jì)課程的總課時(shí)32 學(xué)時(shí)，其中理論24學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)8 學(xué)生。在有限的課時(shí)內(nèi)，為有效提高課程的兩性一度，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，課程依托中國大學(xué)MOOC、超星學(xué)習(xí)通和頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，一方面開展“線上+線下”混合式教學(xué)，另一方面強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐操作訓(xùn)練。課程從課前預(yù)習(xí)、課中講授與討論、課后實(shí)踐三個(gè)環(huán)節(jié)不斷強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度及應(yīng)用能力。

課程采取線上線下混合式教學(xué)方式組織，課前預(yù)習(xí)選用中國大學(xué)MOOC 平臺(tái)中，與教材配套的國家精品課程《Python 語言程序設(shè)計(jì)》。在學(xué)生預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，課中采用講授與互動(dòng)的方式。首先采用引例導(dǎo)入、實(shí)例解析等教學(xué)手段，在問題求解中，將問題化繁為簡，通過歸納、遞歸、模擬、約簡等方法，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何求解問題的思維方法，不斷提升學(xué)生的計(jì)算思維能力。其次在理論課堂中，通過學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)(http://sxtcm.fanya.chaoxing.com/portal)的“選人”課堂活動(dòng)組織課堂提問，發(fā)布“隨堂提問”檢驗(yàn)學(xué)生課堂知識(shí)掌握程度。

課程采用“理論+實(shí)踐”的方式，不斷強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐能力。為了彌補(bǔ)課程實(shí)踐課時(shí)不足的缺陷，課程選擇頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，圍繞課程知識(shí)點(diǎn)設(shè)置了10個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目任務(wù)及來自實(shí)際應(yīng)用的72 個(gè)實(shí)踐題目，每個(gè)實(shí)驗(yàn)題目設(shè)置一個(gè)關(guān)口。以沖關(guān)的方式，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析并解決問題，體會(huì)其中的快樂，不斷激發(fā)學(xué)生實(shí)踐操作的主動(dòng)性和自覺性，在實(shí)踐中強(qiáng)化學(xué)生計(jì)算思維訓(xùn)練。也促使學(xué)生自我探索、不斷學(xué)習(xí)，逐步提高分析問題、使用程序手段綜合解決問題的能力和水平。在問題求解中不斷激勵(lì)學(xué)生知難而進(jìn)、堅(jiān)持不懈，培養(yǎng)學(xué)生精益求精、協(xié)作共贏的綜合能力。

（四）課程評(píng)價(jià)采用形成性評(píng)價(jià)+終結(jié)性評(píng)價(jià)

課程評(píng)價(jià)是確定課程的教學(xué)計(jì)劃達(dá)到教育目標(biāo)程度的一個(gè)過程[7]，包括評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)方式、評(píng)價(jià)目的和評(píng)價(jià)主體四個(gè)方面，是衡量課程建設(shè)的價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，也是改進(jìn)課程實(shí)踐的重要導(dǎo)向[8]。

為考查學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的接受程度和應(yīng)用能力，課程評(píng)價(jià)采用形成性評(píng)價(jià)+終結(jié)性評(píng)價(jià)的方式開展，其中，形成性評(píng)價(jià)占比30%，終結(jié)性評(píng)價(jià)占比70%。形成性評(píng)價(jià)中，課堂考勤、隨堂練習(xí)、課堂提問等方式重點(diǎn)考查學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的參與度，通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告、項(xiàng)目作業(yè)考察學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)的完成度以及個(gè)人活動(dòng)對(duì)他人學(xué)習(xí)的貢獻(xiàn)度。因教學(xué)全過程貫穿于教學(xué)平臺(tái)中，隨著教學(xué)活動(dòng)的開展，形成性評(píng)價(jià)已實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地在平臺(tái)中產(chǎn)生，課程結(jié)束后，再通過在線期末考試，形成學(xué)生的課程評(píng)價(jià)結(jié)果，具體見表2。

表2 課程評(píng)價(jià)

三、教學(xué)改革成果

通過教學(xué)改革的實(shí)施，改善了課程課時(shí)少、學(xué)生課程參與度低等問題。近三學(xué)期學(xué)生課程評(píng)價(jià)如圖3 所示。

圖3 近三個(gè)學(xué)期學(xué)生課程評(píng)價(jià)

從課程評(píng)價(jià)可以看出學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度、完成度、貢獻(xiàn)度以及技術(shù)應(yīng)用能力有了大幅提升，學(xué)習(xí)的課程學(xué)習(xí)積極性不斷提高。在課程結(jié)束后組織的課程反饋中，學(xué)生認(rèn)為課程教學(xué)方法注重學(xué)生思維的引導(dǎo)、注重學(xué)生完成任務(wù)能力的培養(yǎng)，教學(xué)方式新穎、教學(xué)手段豐富，為學(xué)生提供了思維空間，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)踐。由此可見，學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的理解認(rèn)識(shí)不斷提高、運(yùn)用計(jì)算機(jī)分析解決實(shí)際問題的能力都有很大的提升、學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)不斷增強(qiáng)，基本達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和將計(jì)算思維融入學(xué)生專業(yè)應(yīng)用的效果。

四、結(jié)束語

隨著教育信息化進(jìn)程的推進(jìn)，高校教育教學(xué)改革面臨著新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已很難滿足新時(shí)代高校教育教學(xué)要求。本文以Python 語言程序設(shè)計(jì)課程為基礎(chǔ)，以建設(shè)一流課程為目標(biāo)，以解決課程教學(xué)痛點(diǎn)問題為目的，積極構(gòu)建基于計(jì)算思維的線上線下混合式教學(xué)模式。實(shí)踐表明，將計(jì)算思維引入混合式教學(xué)，以學(xué)生為中心，從學(xué)生學(xué)情分析、教學(xué)計(jì)劃擬定、教學(xué)資源建設(shè)、課程教學(xué)實(shí)施及課程評(píng)價(jià)管理等方面進(jìn)行教學(xué)改革與探索研究，可有效改善課程教學(xué)中課時(shí)少、課堂容量大導(dǎo)致知識(shí)傳遞深度不夠、學(xué)生課堂參與度低、因材施教難等教學(xué)實(shí)際問題，有效提高課程的兩性一度。