面向物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的“Python程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革探索

摘 要：為了滿足新工科建設(shè)背景下對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)復(fù)合型、創(chuàng)新型人才的需求，分析了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)“Python程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀及問題，提出了基于智慧農(nóng)業(yè)micro：bit小車項(xiàng)目的課程改革措施，包括以崗位需求為出發(fā)點(diǎn)重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，采用基于PDCA循環(huán)的教學(xué)模式，構(gòu)建“四元三維”立體評(píng)價(jià)模式，從而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、工程項(xiàng)目開發(fā)綜合能力、創(chuàng)新能力等。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)；Python程序設(shè)計(jì)；項(xiàng)目教學(xué)法；PDCA循環(huán)；教學(xué)改革；micro：bit小車

中圖分類號(hào)：TP312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）03-0-03

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)熱門學(xué)科。Python作為一種易學(xué)易用且功能強(qiáng)大的編程語言，是計(jì)算機(jī)類相關(guān)專業(yè)的重要課程之一，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。而目前“Python程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革更多面向計(jì)算機(jī)大類，面向物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)、滿足復(fù)合型人才需求的“Python程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革很少，因此改革勢(shì)在必行。

近年來，不少學(xué)者針對(duì)新工科建設(shè)、教學(xué)理念和教學(xué)實(shí)踐等方面展開了研究[1]。胡輝等人[2]認(rèn)為為了培養(yǎng)學(xué)生利用 Python進(jìn)行工程技術(shù)項(xiàng)目開發(fā)的動(dòng)手能力，構(gòu)建基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的Python程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式是十分必要的。鄺天福等人[3]提出了一種新工科背景下“線上線下+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合式教學(xué)模式。冀全朋等人[4]提出對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課“Python程序設(shè)計(jì)”的教學(xué)方式、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、考核評(píng)價(jià)進(jìn)行教學(xué)改革，將課程內(nèi)容劃分為3種類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。張思揚(yáng)[5]提出以成果導(dǎo)向?yàn)橹笇?dǎo)、以能力培養(yǎng)為核心、以思維培養(yǎng)為主體的三段式教學(xué)模式。

1 Python課程的教學(xué)現(xiàn)狀

目前，高職院校在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的“Python程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)過程中仍存在一些問題。

首先，教學(xué)內(nèi)容更多停留在教材中的刻板理論知識(shí)結(jié)構(gòu)和基于理論開展傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，未能與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要軟硬件結(jié)合的實(shí)際需求有效銜接，限制了學(xué)生的思維，忽視了實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，進(jìn)而會(huì)影響學(xué)生專業(yè)應(yīng)用技能的提升[6]。

其次，教學(xué)方法單一死板，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師依然堅(jiān)持傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即教師講、學(xué)生聽。學(xué)生只是被動(dòng)地接受教師的知識(shí)，雖然在聽課的過程中感覺自己似乎理解了，但在真正開始編程解決實(shí)際問題時(shí)卻不知從何下手。

最后，課程考核方式不夠科學(xué)合理，僅包括課堂考勤和作業(yè)等考核方式，不能很好地檢驗(yàn)學(xué)生理論知識(shí)掌握情況和實(shí)踐運(yùn)用情況，無法全面反映學(xué)生的實(shí)際水平。

2 課程教學(xué)改革的理念

2.1 項(xiàng)目教學(xué)法

項(xiàng)目教學(xué)法是以學(xué)生為中心，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作為一個(gè)項(xiàng)目分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下互相協(xié)同合作，主動(dòng)思考、自主學(xué)習(xí)并提出解決問題的思路與方法[7]。通過剖析“Python程序設(shè)計(jì)”教學(xué)現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，在篩選教學(xué)內(nèi)容階段，充分考慮到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的層次應(yīng)該由淺入深、由易入難、循序漸進(jìn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中才不會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不連貫、與理論脫節(jié)、厭學(xué)等情況。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，教師需要對(duì)項(xiàng)目內(nèi)容提前進(jìn)行設(shè)計(jì)、篩選，科學(xué)分析、整合，合理設(shè)計(jì)課程內(nèi)容，極大限度地挖掘?qū)W生的實(shí)踐操作能力，讓學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐過程中產(chǎn)生興趣，進(jìn)而提高自主學(xué)習(xí)能力和程序設(shè)計(jì)能力[8]。

2.2 PDCA循環(huán)

PDCA循環(huán)是一種持續(xù)改進(jìn)的質(zhì)量管理方法，包括四個(gè)階段：計(jì)劃、執(zhí)行、檢查和處理。計(jì)劃（Plan）：確定目標(biāo)并制定實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的策略和方法。執(zhí)行（Do）：按照計(jì)劃進(jìn)行實(shí)際操作，收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。檢查（Check）：對(duì)執(zhí)行情況進(jìn)行評(píng)估，找出問題并采取措施解決。處理（Act）：根據(jù)檢查結(jié)果采取相應(yīng)的行動(dòng)，確保問題得到徹底解決[9]。

PDCA循環(huán)的核心思想是通過不斷的循環(huán)迭代來提高項(xiàng)目的質(zhì)量和效率。在每個(gè)循環(huán)中，前一個(gè)階段的總結(jié)會(huì)為下一個(gè)階段提供指導(dǎo)，從而形成一個(gè)良性循環(huán)的過程[10]。

3 課程教學(xué)改革的具體內(nèi)容

3.1 優(yōu)化崗位項(xiàng)目，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

“Python程序設(shè)計(jì)”課程改革將物聯(lián)網(wǎng)智慧農(nóng)業(yè)的實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目融入教學(xué)，對(duì)接物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)工程師的崗位需求，構(gòu)建了以物聯(lián)網(wǎng)崗位項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的課程體系。本課程以micro：bit小車為硬件載體，軟硬件結(jié)合，將傳統(tǒng)理論型課程（Python概述、基礎(chǔ)語法、常用語句、字符串、列表、元組和字典、函數(shù)、文件操作、模塊等）重構(gòu)劃分為：項(xiàng)目一—Python與智慧農(nóng)業(yè)、項(xiàng)目二—搭建智慧農(nóng)業(yè)小車系統(tǒng)、項(xiàng)目三—優(yōu)化智農(nóng)小車系統(tǒng)、項(xiàng)目四—智農(nóng)小車系統(tǒng)持久化。以項(xiàng)目二—搭建智慧農(nóng)業(yè)小車系統(tǒng)為例，具體分成8個(gè)任務(wù)并列舉三維目標(biāo)（見表1所列）。

3.2 基于PDCA循環(huán)，構(gòu)建混合式教學(xué)模式

課程通過“課前導(dǎo)學(xué)、課中探究、課后拓展”三階段、“計(jì)劃-實(shí)施-檢查-整改”四步驟逐漸完善工作任務(wù)，形成PDCA循環(huán)（如圖1所示）。

課前教師發(fā)布任務(wù)單、微課等學(xué)習(xí)資料，學(xué)生自學(xué)并完成程序設(shè)計(jì)方案等（P：計(jì)劃）。課中教師利用多樣化信息手段講解學(xué)生在課前有疑惑的新知識(shí)，學(xué)生分享小組的程序設(shè)計(jì)方案，使用Makecode仿真平臺(tái)通過拖拉程序積木塊的方式驗(yàn)證自己的程序流程設(shè)計(jì)，突出“程序流程設(shè)計(jì)”的教學(xué)難點(diǎn)，接著各小組團(tuán)隊(duì)合作編寫程序代碼（D：實(shí)施）。教師及時(shí)根據(jù)他們所遇問題，剖析語法細(xì)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生借助Gitee程序托管平臺(tái)定位錯(cuò)誤、調(diào)試程序，突破教學(xué)重點(diǎn)（C：檢查）。最后通過小組匯報(bào)或PK賽、教師總結(jié)、小組再次完善程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)整改（A：調(diào)整）。課后通過對(duì)接企業(yè)任務(wù)，開展新一輪PDCA拓展任務(wù)，在任務(wù)中鞏固編程知識(shí)，提升程序設(shè)計(jì)技能。

3.3 關(guān)注學(xué)生主體，構(gòu)建“四元三維”立體評(píng)價(jià)模式

構(gòu)建“學(xué)生、教師、專家、系統(tǒng)”+“過程性、結(jié)果性、增值性”的“四元三維”評(píng)價(jià)模式（如圖2所示）。對(duì)接教學(xué)目標(biāo)制定考核標(biāo)準(zhǔn)，全面考查學(xué)生課堂表現(xiàn)、專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)等情況。采用智慧評(píng)價(jià)云平臺(tái)，對(duì)接超星平臺(tái)、仿真系統(tǒng)、Gitee程序托管平臺(tái)等數(shù)據(jù)，開展“四元三維”評(píng)價(jià)活動(dòng)并動(dòng)態(tài)收集數(shù)據(jù)，形成每位學(xué)生的學(xué)習(xí)分析報(bào)告、教學(xué)整體分析報(bào)告，有助于學(xué)生調(diào)整學(xué)習(xí)策略，教師找出教學(xué)盲點(diǎn)、改善教學(xué)成效。

4 課程改革成果

迄今已經(jīng)試點(diǎn)運(yùn)行兩學(xué)年共４個(gè)學(xué)期，對(duì)比傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)類教學(xué)實(shí)驗(yàn)體系，教學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)效果良好。

4.1 崗位項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，學(xué)習(xí)興趣明顯提升

教師根據(jù)崗位項(xiàng)目設(shè)置任務(wù)，把知識(shí)重難點(diǎn)巧妙地融合在任務(wù)中，由簡入難，循序漸進(jìn)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性，進(jìn)一步提高了學(xué)生的實(shí)踐技能。

4.2 教學(xué)目標(biāo)達(dá)成，綜合能力顯著提升

依托智慧農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，以技術(shù)崗位能力為標(biāo)準(zhǔn)，圍繞教學(xué)重難點(diǎn)設(shè)置工作任務(wù)，提高學(xué)生的專業(yè)技能，增強(qiáng)學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的Python編程能力；有效融入思政元素，讓學(xué)生在任務(wù)實(shí)施中學(xué)會(huì)編寫技術(shù)設(shè)計(jì)書，提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，規(guī)范意識(shí)，全面提升職業(yè)素養(yǎng)，獲得企業(yè)指導(dǎo)教師的認(rèn)可。

4.3 實(shí)操能力增強(qiáng)，證書競(jìng)賽顯成效

知識(shí)融通項(xiàng)目，學(xué)生獲取“1+X”職業(yè)技能證書的通過率從55%提升至76%；通過培育學(xué)生“與時(shí)俱進(jìn)、專創(chuàng)融合”的工程思維，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的意識(shí)，促使學(xué)生在“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中獲省級(jí)銀獎(jiǎng)1項(xiàng)、銅獎(jiǎng)1項(xiàng)。

5 結(jié) 語

為了滿足新工科背景下對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)的需求，需對(duì)傳統(tǒng)的“Python程序設(shè)計(jì)”課程進(jìn)行改革，本文提出了一種基于智慧農(nóng)業(yè)小車項(xiàng)目的混合式教學(xué)模式改革，該教學(xué)改革對(duì)接崗位需求重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，采用基于PDCA循環(huán)的教學(xué)模式，構(gòu)建“四元三維”立體評(píng)價(jià)模式，真正體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性，培養(yǎng)了學(xué)生解決實(shí)際問題的編程能力、邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：林萬芳（1992—），女，碩士，湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)。