新工科背景下的Python 程序設(shè)計(jì)教學(xué)微改革

摘要：人工智能領(lǐng)域的發(fā)展與普及給高校課堂教學(xué)帶來(lái)了新的變化與挑戰(zhàn)。然而，由于成本和規(guī)模等因素的限制，傳統(tǒng)課程教學(xué)尚未廣泛采用智慧教室等形式。本文以教學(xué)方法為突破點(diǎn)，結(jié)合信息化手段，對(duì)Python程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行了一系列微改革，旨在增強(qiáng)課堂的信息化程度，提高課堂的價(jià)值與內(nèi)涵，進(jìn)而提升傳統(tǒng)課堂的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)教育；教學(xué)改革；Python程序設(shè)計(jì)；計(jì)算思維；課程思政

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）17-0141-04 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID） ：

0 引言

教育部于2018年印發(fā)并全面推進(jìn)建設(shè)的高等教育"新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科"的“四新”教育教學(xué)改革，是在信息爆炸、知識(shí)量加速膨脹、知識(shí)獲取更加容易的背景下，對(duì)高等教育工作全局的新思考和大戰(zhàn)略部署。目前，較為熱門的“生成式人工智能”模型ChatGPT作為第一個(gè)實(shí)用的通用型人工智能模型，一經(jīng)應(yīng)用便以其高智能、高精準(zhǔn)、高效率的信息整合能力驚艷了世人，并由此引發(fā)了人們對(duì)當(dāng)前高校教育模式的思考與擔(dān)憂。然而，這類通用型人工智能仍然可以視為信息獲取與信息整合方面的進(jìn)步，尚未脫離“工具”的范疇。知識(shí)的信息化與智能化意味著人們獲取知識(shí)、傳播知識(shí)和生產(chǎn)知識(shí)的方式與效率發(fā)生了極大的變化，但“四新”教育改革的時(shí)代背景依然適用。

毫無(wú)疑問(wèn)，人工智能的發(fā)展將更加迅速，對(duì)生活和教學(xué)環(huán)節(jié)的影響與改變也將更加全面和徹底。然而，人工智能產(chǎn)品的產(chǎn)出質(zhì)量、目的和傾向性依賴于人們的“喂養(yǎng)”，過(guò)度依賴人工智能系統(tǒng)可能帶來(lái)一定的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。因此，在高等教育教學(xué)過(guò)程中，人工智能系統(tǒng)應(yīng)被視為知識(shí)傳授中的工具，課堂的重心應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)向以人類生存與發(fā)展為主線的交互和思維能力。人們之間交互的需求和能力獲取更加依賴人類自身；深度思考能力的獲得需要與現(xiàn)實(shí)世界的交互體驗(yàn)，并與知識(shí)的交叉和創(chuàng)新思考密切相關(guān)。這是教育系統(tǒng)中與真實(shí)世界聯(lián)系密切，且難以被人工智能取代的部分，也是我們對(duì)課堂教學(xué)微改革的重要著力點(diǎn)。

Python語(yǔ)言是人工智能系統(tǒng)研究應(yīng)用中的一種語(yǔ)言，其語(yǔ)法簡(jiǎn)單易學(xué)，并在諸多專業(yè)領(lǐng)域的信息化應(yīng)用方面有豐富的資源。在高等教育中，Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)能為后續(xù)各課程中融入信息化思想、創(chuàng)新思想和學(xué)科交叉應(yīng)用提供能力基礎(chǔ)。因此，在貫徹落實(shí)“四新”教育教學(xué)改革框架下，Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程在“四新”人才培養(yǎng)方面具有非常積極的意義。

1 目前Python 程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)普遍存在的問(wèn)題

計(jì)算機(jī)應(yīng)用類課程往往在學(xué)生入校前兩學(xué)期開設(shè)，這個(gè)階段的學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平相對(duì)較為薄弱。與其他程序設(shè)計(jì)類課程類似，學(xué)生普遍反映Python程序設(shè)計(jì)課的知識(shí)點(diǎn)較多，與非計(jì)算機(jī)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)有很大不同。與此同時(shí)，信息技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，使得知識(shí)的獲取、生產(chǎn)與應(yīng)用方式都邁入了智能化時(shí)代。在這樣的背景下，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)受到了更大的挑戰(zhàn)。

在Python課程的授課過(guò)程中，常出現(xiàn)以下問(wèn)題：

1） 知識(shí)的信息化與智能化使得知識(shí)獲取更加便捷和準(zhǔn)確，學(xué)生對(duì)課堂的依賴降低。2） 課程知識(shí)點(diǎn)繁多，課堂教學(xué)過(guò)程相對(duì)枯燥。3） 學(xué)生在理解綜合性程序代碼時(shí)遇到困難，理不清思路。4） 學(xué)生普遍認(rèn)為Python很有用，示例代碼也很有趣，但在面對(duì)實(shí)際問(wèn)題時(shí)沒有思路，不知道怎樣開始編寫代碼。5） 課程安排模式化，難以跳出將Python程序設(shè)計(jì)作為編程工具的思維模式，不能很好地體現(xiàn)課程的內(nèi)涵。

歸結(jié)起來(lái)，這些問(wèn)題的核心在于教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)組織架構(gòu)和教學(xué)方法設(shè)計(jì)得不夠合理，不能很好地適配學(xué)生的需求。

2 Python 程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)的思考與實(shí)踐

對(duì)于Python程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)，應(yīng)本著務(wù)實(shí)的指導(dǎo)思想，充分認(rèn)識(shí)到學(xué)生的基礎(chǔ)有較大差別、接受能力的差異化較大、課后有效學(xué)習(xí)時(shí)間的投入也各不相同。教師應(yīng)盡可能由淺入深地解構(gòu)示例程序，用通俗的方式表達(dá)，以減小理解難度。形象化的表達(dá)方式有利于學(xué)生的理解和記憶，也可以建立友好的師生互動(dòng)交流基礎(chǔ)。授課過(guò)程中還應(yīng)對(duì)常見的代碼錯(cuò)誤進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶崾九c總結(jié)，這樣可以增強(qiáng)基礎(chǔ)薄弱或接受能力偏弱學(xué)生的信心，提高學(xué)習(xí)效率。在示例程序的講解中，應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維為目標(biāo)，從計(jì)算思維的高度加以引導(dǎo)。

課程思政和計(jì)算思維能力的培養(yǎng)是在課堂與信息化、智能化技術(shù)應(yīng)用在人才培養(yǎng)方面互補(bǔ)關(guān)系的關(guān)鍵，是高校計(jì)算機(jī)課程的新內(nèi)涵，也是提高學(xué)生課堂參與度的突破點(diǎn)。高校教師可以通過(guò)課程思政的引導(dǎo)和計(jì)算思維的訓(xùn)練，展開學(xué)科知識(shí)交叉、創(chuàng)新應(yīng)用和思維深度方面的能力培養(yǎng)，同時(shí)兼顧培養(yǎng)學(xué)生的健全人格和品德。

2.1 線上、線下混合的教學(xué)模式

Python程序設(shè)計(jì)作為一種實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，需要師生之間有更多的互動(dòng)交流。在多種現(xiàn)代教學(xué)形式中，線上、線下結(jié)合的混合教學(xué)方式因其靈活的課堂組織形式、低成本的教學(xué)環(huán)境布置，能夠適應(yīng)復(fù)雜多樣的學(xué)生狀態(tài)和層次，更加適合公共課性質(zhì)的Py?thon程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)。

2.2 理論課的教學(xué)

2.2.1 知識(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

對(duì)不同特點(diǎn)的知識(shí)，需要采用相應(yīng)的教學(xué)策略和方法。作者將理論課程內(nèi)容劃分為基礎(chǔ)知識(shí)、應(yīng)用、擴(kuò)展三個(gè)方，按照各自的特點(diǎn)從教學(xué)方法上加以區(qū)分。

1） 基礎(chǔ)知識(shí)?；A(chǔ)知識(shí)在教學(xué)環(huán)節(jié)體現(xiàn)為進(jìn)一步劃分的、更加基本的知識(shí)點(diǎn)。理想的情況下，應(yīng)按照知識(shí)點(diǎn)制作簡(jiǎn)短的視頻資料，并根據(jù)學(xué)生的反饋不斷迭代資料的內(nèi)容和形式。

2） 應(yīng)用。應(yīng)用是指對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的運(yùn)用?；A(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用不僅體現(xiàn)在展現(xiàn)其功能特點(diǎn)的零散代碼中，還會(huì)成為綜合程序?qū)嵗囊徊糠?。?duì)基礎(chǔ)知識(shí)的靈活應(yīng)用是編寫復(fù)雜程序和解決實(shí)際問(wèn)題的基本能力，也是幫助學(xué)生理解基礎(chǔ)知識(shí)的重要途徑。由于基礎(chǔ)知識(shí)涉及的點(diǎn)較多，相關(guān)示例設(shè)計(jì)應(yīng)以形式簡(jiǎn)潔、思路清晰為主，避免過(guò)分追求代碼的簡(jiǎn)省或“靈巧”，以免給學(xué)生帶來(lái)不必要的困難。

3） 擴(kuò)展。擴(kuò)展指課程知識(shí)內(nèi)涵的延伸，通過(guò)課程思政和計(jì)算思維來(lái)呈現(xiàn)。這部分內(nèi)容可以將課程知識(shí)與其他學(xué)科、社會(huì)、生活相關(guān)的問(wèn)題或現(xiàn)象相聯(lián)系，建立多學(xué)科知識(shí)的關(guān)聯(lián)；為學(xué)生提供解決更多問(wèn)題的模型、模式和“素材”；并促成學(xué)科交叉與創(chuàng)新思維的基礎(chǔ)框架。

這種知識(shí)結(jié)構(gòu)劃分與教學(xué)方法設(shè)計(jì)綜合考慮了學(xué)生的基礎(chǔ)、接受能力、學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)進(jìn)度的差異。教學(xué)過(guò)程中，可以使學(xué)生在基礎(chǔ)知識(shí)的微觀細(xì)節(jié)與宏觀全局方面反復(fù)對(duì)比，幫助學(xué)生構(gòu)建更加清晰的知識(shí)體系和靈活的應(yīng)用模型。在課堂組織方面，這樣的設(shè)計(jì)能夠幫助教師適時(shí)、合理地引入課程思政案例，讓學(xué)生體驗(yàn)到馬克思主義哲學(xué)辯證思維在課程中的具體運(yùn)用和表現(xiàn)，感受學(xué)科知識(shí)交叉的奧妙與人類文明的偉大，從而在學(xué)生性格、人格和情懷培養(yǎng)方面發(fā)揮積極作用。

在計(jì)算思維層面的引導(dǎo)方面，通過(guò)應(yīng)用問(wèn)題的分解、抽象、建模、算法、調(diào)試、迭代、泛化訓(xùn)練，可以讓學(xué)生逐漸理解并形成科學(xué)的思維模式，為全面建立計(jì)算思維打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

由于Python程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)多、應(yīng)用方式多樣，難免存在知識(shí)碎片化的問(wèn)題。碎片化的知識(shí)應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致學(xué)生思路混亂、無(wú)所適從，加大學(xué)習(xí)難度。這就需要教師在演示、講解或教學(xué)資料的呈現(xiàn)環(huán)節(jié)適時(shí)加以引導(dǎo)和梳理。完整且循序漸進(jìn)的知識(shí)鋪墊會(huì)讓知識(shí)的應(yīng)用變得有跡可循、脈絡(luò)清晰。再輔以合理的課后作業(yè)任務(wù)，就可以很好地幫助學(xué)生建立課程的知識(shí)脈絡(luò)。例如，在講解如何使用循環(huán)語(yǔ)句編程實(shí)現(xiàn)字母組成的金字塔時(shí)，可以從單個(gè)符號(hào)的輸出開始，逐步演化到由多個(gè)符號(hào)組成的矩形、平行四邊形、三角形和菱形的輸出，直到完成數(shù)字三角形、字母三角形的輸出。循序漸進(jìn)的效果比直接講解字母三角形的示例代碼更加有條理，學(xué)生也更容易理解。

2.2.2 視頻教學(xué)材料的運(yùn)用

根據(jù)許多教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，有不少學(xué)生因?yàn)椴缓靡馑即驍嗾n堂進(jìn)程，無(wú)法及時(shí)解決自己的疑惑或問(wèn)題。這些問(wèn)題可能會(huì)積累，成為后續(xù)學(xué)習(xí)中的大麻煩。為此，可以提前為學(xué)生提供網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)審核確認(rèn)無(wú)誤的解答信息，或者自制相關(guān)知識(shí)或問(wèn)題分析與講解的視頻。在條件允許的情況下，還可以錄制授課過(guò)程的視頻，作為學(xué)生的復(fù)習(xí)參考。相關(guān)的視頻材料不僅能幫助學(xué)生根據(jù)自己的需要回顧課堂中的難點(diǎn)，也可以減輕教師課后的輔導(dǎo)工作量。

發(fā)放資料的SPOC（小規(guī)模限制性在線課程）平臺(tái)形式可以是雨課堂、頭歌等公共平臺(tái)，也可以是自建系統(tǒng)，甚至是課堂專用的在線聊天群組，具體以學(xué)生能及時(shí)獲取教師發(fā)布的課程資料為宜。

2.2.3 課后作業(yè)的設(shè)置

作為提高課程學(xué)習(xí)效果的手段之一，課后作業(yè)任務(wù)可以督促學(xué)生及時(shí)對(duì)課程知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)和訓(xùn)練。對(duì)于計(jì)算機(jī)應(yīng)用類課程來(lái)說(shuō)，課后任務(wù)可以按知識(shí)記憶、理解能力、應(yīng)用能力、知識(shí)表述能力等維度進(jìn)行分類設(shè)置。在日常教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)設(shè)置對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)堅(jiān)持布置課后作業(yè)的班級(jí)在課堂紀(jì)律和學(xué)習(xí)效果方面優(yōu)于未布置課后作業(yè)的班級(jí)。

2.3 實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)

實(shí)驗(yàn)課是理論課在實(shí)踐應(yīng)用方面的延伸，主要是幫助學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用方式與特點(diǎn)，體驗(yàn)相關(guān)知識(shí)的引申應(yīng)用和靈活性。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)課教學(xué)中參考了專業(yè)課程的“課程設(shè)計(jì)”模式，將實(shí)踐目標(biāo)劃分為基礎(chǔ)知識(shí)訓(xùn)練、項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐和項(xiàng)目拓展實(shí)踐三個(gè)方面，以開源平臺(tái)的小型項(xiàng)目為主要素材，跨學(xué)期展開項(xiàng)目式教學(xué)訓(xùn)練。

1） 基礎(chǔ)知識(shí)訓(xùn)練?；A(chǔ)知識(shí)訓(xùn)練是對(duì)理論課基礎(chǔ)知識(shí)的基本應(yīng)用場(chǎng)景模擬訓(xùn)練。除了教材中已有的示例與題目，還鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手把相關(guān)知識(shí)點(diǎn)按其特點(diǎn)根據(jù)自己的想法轉(zhuǎn)寫為簡(jiǎn)短的代碼。例如，想要驗(yàn)證列表的截取功能時(shí)，學(xué)生可以通過(guò)創(chuàng)建變量、賦值、截取、輸出查看等簡(jiǎn)單的語(yǔ)句組合，在實(shí)際編譯環(huán)境下運(yùn)行并觀察代碼的結(jié)果。對(duì)于難度稍高的問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生在debug模式下逐句跟蹤觀察。在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中觀察各知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，比死記硬背教材的描述或代碼更加直觀、形象，能讓學(xué)生更加熟悉程序代碼的調(diào)試方法，從而快速掌握Python程序設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)，并逐漸減少對(duì)老師的依賴。通過(guò)這種方式，學(xué)生與老師的互動(dòng)可以從基礎(chǔ)的知識(shí)問(wèn)答轉(zhuǎn)向更深層次的問(wèn)題探討。

2） 項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐。項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐模式與課程設(shè)計(jì)相似，主要依托開源的小場(chǎng)景應(yīng)用項(xiàng)目，讓學(xué)生親自體驗(yàn)開源項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。這部分的實(shí)踐不分組，具體應(yīng)用的題目一般由學(xué)生自選，也可以由老師提供主題。每位同學(xué)都要親自動(dòng)手完整實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，并在開源項(xiàng)目基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的功能完善和改進(jìn)。項(xiàng)目推進(jìn)分為選題、中期檢、結(jié)題三個(gè)階段，每個(gè)階段學(xué)生都需提交相應(yīng)階段的報(bào)告。項(xiàng)目結(jié)題時(shí)需要制作演示文稿并錄制視頻，全面介紹項(xiàng)目的功能構(gòu)成、代碼分析、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)等。

3） 項(xiàng)目拓展實(shí)踐。項(xiàng)目拓展實(shí)踐屬于可選訓(xùn)練，利用項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，由學(xué)生自己動(dòng)手完成一個(gè)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的小型應(yīng)用開發(fā)項(xiàng)目。學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇主題，在完成項(xiàng)目后制作相關(guān)演示文稿并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)匯報(bào)講解。根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)用性、創(chuàng)新性和完成度，可以選擇性地推薦學(xué)生參加相關(guān)比賽，使項(xiàng)目拓展實(shí)踐成為課程賽教融合的切入點(diǎn)。

在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過(guò)程中，我們以基礎(chǔ)知識(shí)訓(xùn)練為主、項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐為輔，并將項(xiàng)目拓展實(shí)踐作為進(jìn)階訓(xùn)練。通過(guò)這樣設(shè)計(jì)，每位同學(xué)都能體驗(yàn)一個(gè)小型的實(shí)踐項(xiàng)目，還能通過(guò)同學(xué)的匯報(bào)了解更多項(xiàng)目實(shí)施的全過(guò)程。對(duì)于興趣更高、要求更高的學(xué)生，這個(gè)方案也提供了充分的發(fā)揮空間。

這種內(nèi)容靈活、層次遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方案，不僅能讓基礎(chǔ)薄弱、接受能力一般的學(xué)生有從適應(yīng)到提升的過(guò)程，同時(shí)也兼顧了部分學(xué)生更高的學(xué)習(xí)需求。這種教學(xué)模式的最終目標(biāo)是通過(guò)實(shí)際操作，讓學(xué)生不僅理解知識(shí)，更能應(yīng)用知識(shí)，從而全面提升學(xué)生的實(shí)踐能力和項(xiàng)目開發(fā)能力。

2.4 課程的考核

考核是對(duì)學(xué)生課程學(xué)習(xí)過(guò)程和達(dá)成課程教學(xué)目標(biāo)程度的評(píng)價(jià)。課程考核環(huán)節(jié)中，平時(shí)成績(jī)占總評(píng)分的30%，作者將線上和線下課堂的過(guò)程性考核各設(shè)為50%。線上過(guò)程性考核依據(jù)學(xué)生在在線平臺(tái)的學(xué)習(xí)進(jìn)度、作業(yè)完成情況等數(shù)據(jù)。線下過(guò)程性考核依據(jù)學(xué)生的出勤情況、課堂互動(dòng)和作業(yè)任務(wù)的完成情況。過(guò)程性考核的設(shè)置能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課程的積極性[2]，并且可以根據(jù)學(xué)校和專業(yè)的實(shí)際情況，科學(xué)設(shè)置其在總評(píng)分中所占的比例。

在實(shí)驗(yàn)課的評(píng)價(jià)認(rèn)定環(huán)節(jié)中，我們?cè)诎嗉?jí)內(nèi)組織選舉成立了評(píng)價(jià)小組，并通過(guò)評(píng)價(jià)小組對(duì)各個(gè)項(xiàng)目從完成度、實(shí)用性、表達(dá)效果等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。此舉保證了評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)的公平和高效，大大提高了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中的參與程度和責(zé)任感。

3 計(jì)算思維和課程思政

知識(shí)和技能的狀態(tài)并不是衡量人才的唯一標(biāo)準(zhǔn)[3-6]。優(yōu)秀的人才還應(yīng)在人格和心理狀態(tài)上更加健全和穩(wěn)定，在面對(duì)工作和生活時(shí)要有溫度、有熱情和有內(nèi)涵。Python程序設(shè)計(jì)課程不應(yīng)只追求單一的知識(shí)獲取，而要以培養(yǎng)有溫度、有文化內(nèi)涵，以及德智體美勞全面發(fā)展的人才為教學(xué)目標(biāo)。

計(jì)算思維和課程思政是Python程序設(shè)計(jì)課程在塑造學(xué)生人格和構(gòu)建深度思維能力方面，無(wú)法被人工智能替代的重要部分。

3.1 計(jì)算思維

計(jì)算思維是在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域解決各種問(wèn)題的過(guò)程中形成的科學(xué)思維[7-8]。在解決現(xiàn)實(shí)世界的各種問(wèn)題時(shí)，計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域通常先將可計(jì)算的問(wèn)題抽象為可計(jì)算的模型，然后在受限的規(guī)則或框架下設(shè)計(jì)算法并逐步細(xì)化和實(shí)現(xiàn)，從而解決問(wèn)題。計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)對(duì)當(dāng)前問(wèn)題模型的泛化，這意味著利用當(dāng)前的模型和方法去解決新的問(wèn)題。這種抽象、建模、實(shí)施、迭代和泛化的模式，可以有效地實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界問(wèn)題的映射和解決，對(duì)解決其他領(lǐng)域的問(wèn)題也具有普遍適用性[9-10]。

習(xí)近平總書記曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“問(wèn)題是創(chuàng)新的起點(diǎn)， 也是創(chuàng)新的動(dòng)力源?！奔热惶岢龊侠淼膯?wèn)題本身也可以是一個(gè)問(wèn)題，那么計(jì)算思維在學(xué)科交叉和創(chuàng)新領(lǐng)域方面也就能更好地助力人們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、篩選問(wèn)題、研究問(wèn)題和解決問(wèn)題。因此，計(jì)算思維也是目前人們公認(rèn)的三大科學(xué)思維之一[9-10]。

計(jì)算思維的培養(yǎng)途徑有多種，其中，通過(guò)模擬解決問(wèn)題的場(chǎng)景反復(fù)訓(xùn)練獲得的方式，比單純學(xué)習(xí)計(jì)算思維理論更為深刻。從第一性原理[11-12]的角度來(lái)看，問(wèn)題求解是計(jì)算思維的基礎(chǔ)和目標(biāo)。程序設(shè)計(jì)類課程一般通過(guò)一個(gè)個(gè)示例展示各種問(wèn)題及其解決方案模型。從這些或簡(jiǎn)單、或復(fù)雜的問(wèn)題出發(fā)，對(duì)計(jì)算思維的特點(diǎn)進(jìn)行解構(gòu)與重組，學(xué)生能更清晰直觀地體驗(yàn)到計(jì)算思維的價(jià)值和魅力，并逐漸獲得計(jì)算思維能力，從而在思維模式方面得到升華。因此，程序設(shè)計(jì)類課程能更好地體現(xiàn)計(jì)算思維的特點(diǎn)，并在計(jì)算思維塑造方面具有更好的優(yōu)勢(shì)。

3.2 課程思政

課程思政是多學(xué)科知識(shí)交叉的重要切入點(diǎn)，也是活躍課堂氣氛的重要形式。根據(jù)作者的經(jīng)驗(yàn)，最容易讓學(xué)生產(chǎn)生興趣和代入感的是生活場(chǎng)景。課程思政的引入應(yīng)自然融入，介入和表達(dá)都應(yīng)是靈活的，不能機(jī)械、僵化或生搬硬套[13]。例如，在講解補(bǔ)碼時(shí)，可以介紹中國(guó)古代的“公道杯”，其滿溢歸“零”的特性與補(bǔ)碼知識(shí)中的“?！狈浅Ｏ嗨?。這樣的課程思政案例不僅能讓學(xué)生對(duì)“?！钡母拍罾斫飧忧逦€可以讓他們感受到中國(guó)古代文化的奧妙。通過(guò)教師的簡(jiǎn)單啟發(fā)，可以引發(fā)學(xué)生的民族自豪感和社會(huì)責(zé)任感。

在程序設(shè)計(jì)課程中，課程思政與計(jì)算思維是相輔相成的。計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)客觀理性，往往只從參數(shù)化的角度考量人的性格和情緒。教師在課程中加入適當(dāng)?shù)恼n程思政元素，引導(dǎo)學(xué)生在精神和情感層面有所思考和感悟，可以幫助學(xué)生建立和健全完整的人格。當(dāng)然，融入學(xué)生專業(yè)學(xué)科相關(guān)知識(shí)的課程思政，可以讓Python 程序設(shè)計(jì)課程與相關(guān)學(xué)科建立聯(lián)系、互相促進(jìn)，并為學(xué)生建立學(xué)科交叉提供思想基礎(chǔ)。這也是Python程序設(shè)計(jì)課程的重要意義。

優(yōu)秀的課程思政工作要求教師具有廣博的知識(shí)，了解學(xué)生的專業(yè)及其信息化應(yīng)用，甚至熟悉學(xué)生的生活圈子。這樣才能挖掘出讓學(xué)生產(chǎn)生共情的好案例，使Python程序設(shè)計(jì)課程更加生動(dòng)、有趣、具有啟發(fā)性。

4 結(jié)束語(yǔ)

在Python程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)微改革實(shí)踐中，我們視人工智能應(yīng)用為學(xué)生知識(shí)獲取的輔助工具，通過(guò)形式豐富的資料和課后作業(yè)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。融入課程思政和計(jì)算思維，加強(qiáng)了課堂的交互性，提升了學(xué)生的知識(shí)泛化能力、學(xué)科知識(shí)交叉思考能力、深層次思維能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生也能深切體驗(yàn)到Python程序設(shè)計(jì)課程的價(jià)值與樂(lè)趣，并積極參與教學(xué)活動(dòng)中。在理論課與實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生的課程參與度顯著提高，突出了教師與學(xué)生良性互動(dòng)的雙主體，教學(xué)效果得到明顯提升。

知識(shí)信息化與智能化的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，教育者應(yīng)充分利用新工具和新方法挖掘課程的特點(diǎn)。面對(duì)時(shí)代發(fā)展帶來(lái)的變革與挑戰(zhàn)，克服現(xiàn)實(shí)困難，科學(xué)調(diào)整教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方式，在教學(xué)中突出新時(shí)代課程的深層次內(nèi)涵，積極促進(jìn)“四新”教育（新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科）更好地落地實(shí)施。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳鵬，黃榮懷，梁躍，等.如何培養(yǎng)計(jì)算思維：基于2006—2016年研究文獻(xiàn)及最新國(guó)際會(huì)議論文[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2018（1）：98-112.

[2] 張芊茜， 蔣彥， 張琎， 等. Python程序設(shè)計(jì)課程過(guò)程性考核改革探究[C]//教學(xué)方法創(chuàng)新與實(shí)踐科研學(xué)術(shù)探究. 北京： 2022.

[3] 趙廣輝.面向新工科的Python程序設(shè)計(jì)交叉融合案例教學(xué)[J].計(jì)算機(jī)教育，2017（8）：23-27.

[4] 馬華.新工科背景下程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程的探究式教學(xué)[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2021（3）：72-75.

[5] 劉東，趙寧.論高校教師課程思政的能力建設(shè)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2022，35（6）：151-155.

[6] 王穎，楊茂林，王海云，等.新時(shí)代理工科課程思政研究：綜述與展望[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2023，23（2）：127-134.

[7] WING J M.Computational thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（3）：33-35.

[8] 陳國(guó)良，董榮勝.計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2011（1）：7-11，32.

[9] 朱亞宗.論計(jì)算思維：計(jì)算思維的科學(xué)定位、基本原理及創(chuàng)新路徑[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2009，36（4）：53-55，93.

[10] 石鐘慈.第三種科學(xué)方法：計(jì)算機(jī)時(shí)代的科學(xué)計(jì)算[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[11] 宋曉冰，陳思佳.以第一性思維引導(dǎo)實(shí)踐創(chuàng)新：以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽為例[J].高等工程教育研究，2019（6）：83-86.

[12] 張金成.第一性原理思維法在頁(yè)巖氣革命中的實(shí)踐與啟示[J].鉆探工程，2022，49（2）：1-8.

[13] 孫艷，于華民，于丹.以課程思政建設(shè)推進(jìn)《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程高質(zhì)效發(fā)展[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2023，36（1）：144-148.

【通聯(lián)編輯：唐一東】

基金項(xiàng)目：安徽省高校質(zhì)量工程項(xiàng)目（2023jyxm0234） ；安徽省高等學(xué)校省級(jí)示范課項(xiàng)目（2020SJJXSF） ；安徽省高校質(zhì)量工程項(xiàng)目（2023jyxm0250） ；安徽省高校質(zhì)量工程項(xiàng)目（2017jyxm1322）