人工智能時(shí)代大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)探索與實(shí)踐

摘要：針對高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)Python程序設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的課時(shí)少、學(xué)生基礎(chǔ)薄弱、教學(xué)效果不佳等問題，結(jié)合人工智能時(shí)代背景下對人才培養(yǎng)的新要求，文章詳細(xì)闡述了構(gòu)建模塊化的項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)課程體系的具體方法。通過以項(xiàng)目為核心，將學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)緊密結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，提升其實(shí)踐能力和解決問題的能力，以期為非計(jì)算機(jī)專業(yè)Python程序設(shè)計(jì)教學(xué)提供有益的探索和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：非計(jì)算機(jī)專業(yè)；Python程序設(shè)計(jì)；模塊化；項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）31-0168-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID） ：

0 引言

教育部在2018年印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計(jì)劃》，引導(dǎo)高等學(xué)校瞄準(zhǔn)世界科技前沿，不斷提高人工智能領(lǐng)域科技創(chuàng)新、人才培養(yǎng)和國際合作交流等能力，為我國新一代人工智能發(fā)展提供戰(zhàn)略支撐[1]。在人工智能技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代背景下，計(jì)算機(jī)編程已成為當(dāng)代大學(xué)生不可或缺的基本素養(yǎng)。Python作為一種通用編程語言，以其簡潔易讀、功能強(qiáng)大的特性，在人工智能、數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其教學(xué)也受到了越來越多的重視。

對于大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言，掌握Python 語言程序設(shè)計(jì)，不僅有助于提升個(gè)人信息素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，還能為未來職業(yè)生涯的多元化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)，作為一種以項(xiàng)目為驅(qū)動、教師為引導(dǎo)的教學(xué)方法，近年來在教育領(lǐng)域備受關(guān)注[2-3]。此方法通過精心設(shè)計(jì)的教學(xué)項(xiàng)目，幫助學(xué)生系統(tǒng)地構(gòu)建知識體系，逐步深入掌握Python語言的核心概念和編程技巧，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，同時(shí)也鍛煉他們的實(shí)踐能力與解決問題的能力[4]。

然而，當(dāng)前大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的計(jì)算機(jī)教學(xué)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，Python程序設(shè)計(jì)作為非計(jì)算機(jī)專業(yè)的必修課程，通常課時(shí)較少，大多為48學(xué)時(shí)，基本上都是在大一上學(xué)期開設(shè)。由于大部分學(xué)生在此之前并沒有太多的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)，Python作為他們接觸的第一門計(jì)算機(jī)語言，其語法知識點(diǎn)較多，學(xué)生在理解和記憶上存在一定難度，容易感到內(nèi)容枯燥并缺乏學(xué)習(xí)動力。傳統(tǒng)的“課堂理論知識講解+機(jī)房實(shí)驗(yàn)”教學(xué)方式，缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)的有效融合、師生互動不足、學(xué)生缺乏獨(dú)立思考和解決問題的機(jī)會。同時(shí)，教學(xué)內(nèi)容更新不及時(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，難以將所學(xué)知識用于解決實(shí)際問題中。因此，在人工智能背景下，如何有效地開展Python語言教學(xué)成為一個(gè)亟待研究的課題。

基于此，本文以高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)Python語言程序設(shè)計(jì)課程為例，從構(gòu)建模塊化的項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)課程體系、教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目化、項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)實(shí)踐等方面，探討項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)的實(shí)踐效果。希望通過本研究，為非計(jì)算機(jī)專業(yè)的Python程序設(shè)計(jì)教學(xué)改革提供一些有益的參考和借鑒，為人工智能時(shí)代大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)改革探索出一條有效的途徑。

1 課程概況

1.1 課程目標(biāo)

本課程主要講授Python編程的基礎(chǔ)知識、核心理論以及基本的程序設(shè)計(jì)方法。通過本課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能夠熟練掌握Python語言程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)和邏輯思維，并能夠運(yùn)用Python語言解決實(shí)際應(yīng)用問題。為其今后在相關(guān)領(lǐng)域開展工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，初步培養(yǎng)其結(jié)合專業(yè)知識進(jìn)行軟件開發(fā)的能力，以適應(yīng)信息化社會的需求。

1.2 課程資源

本課程采用的教材是由學(xué)院自編、電子科技大學(xué)出版社出版的Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程[5]，該教材內(nèi)容豐富，習(xí)題詳盡，操作實(shí)例貼近實(shí)際，易于理解。為了增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，還特別編寫了同步配套教材。課程作業(yè)和實(shí)驗(yàn)均通過萬維考試系統(tǒng)完成，該系統(tǒng)提供了豐富的編程練習(xí)題，包括程序設(shè)計(jì)、程序改錯(cuò)、程序填空等多種題型，使學(xué)生能夠全面檢驗(yàn)和鞏固所學(xué)知識。

除了傳統(tǒng)的教材資源，還利用超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為學(xué)生提供了多樣化的教學(xué)資源。平臺上包括了詳細(xì)的教學(xué)視頻、精美的課件、典型的案例代碼、融入思政元素的思政園地、課后題解以及拓展提高等內(nèi)容。這些資源的整合，為學(xué)生提供了多方面的學(xué)習(xí)支持，可以促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐能力的提升，有效提高了課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果。

2 項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)框架

2.1 構(gòu)建模塊化的項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)課程體系

鑒于當(dāng)前大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)Python程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，本文提出了構(gòu)建模塊化的項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)課程體系。該模式以項(xiàng)目作為整個(gè)學(xué)習(xí)過程的核心，通過選定一些實(shí)用性強(qiáng)、趣味性廣的項(xiàng)目，將學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)緊密地聯(lián)系在一起。

在構(gòu)建項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)課程體系時(shí)，需要充分考慮教學(xué)目標(biāo)、課程內(nèi)容、教學(xué)方式、學(xué)情、實(shí)際應(yīng)用等多個(gè)方面。其中，課程內(nèi)容的模塊化設(shè)計(jì)是體系構(gòu)建的關(guān)鍵。首先對課程內(nèi)容進(jìn)行梳理，然后將知識點(diǎn)劃分為相對獨(dú)立但又相互關(guān)聯(lián)的模塊。每個(gè)模塊可圍繞一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目來展開，確保學(xué)生在掌握Python基礎(chǔ)知識后，能夠通過項(xiàng)目實(shí)踐加深對知識點(diǎn)的理解和應(yīng)用。

在項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)中，項(xiàng)目的選擇非常重要。所選項(xiàng)目涉及的知識點(diǎn)應(yīng)該貫穿相應(yīng)的章節(jié)，這樣學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中，可以逐步構(gòu)建起完整的知識體系，從而對Python程序設(shè)計(jì)形成全面的理解。讓學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論知識應(yīng)用于解決實(shí)際問題之中。同時(shí)，教學(xué)內(nèi)容需要與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)更新，除了鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力外，還要收集學(xué)生對學(xué)習(xí)過程的評價(jià)和反饋，以優(yōu)化教學(xué)模式，提升教學(xué)效果。

根據(jù)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)、教學(xué)目標(biāo)以及Python程序設(shè)計(jì)語言的特點(diǎn)，將課程內(nèi)容劃分為8個(gè)模塊，包括Python基礎(chǔ)知識、數(shù)據(jù)類型與運(yùn)算、流程控制、函數(shù)與模塊、面向?qū)ο缶幊?、文件操作、?shù)據(jù)處理與分析以及綜合應(yīng)用項(xiàng)目。每個(gè)模塊都聚焦于Py?thon編程的某個(gè)特定領(lǐng)域，重在幫助學(xué)生分階段地學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)知識。同時(shí)，各模塊之間相互銜接，共同構(gòu)成了一個(gè)完整、系統(tǒng)的課程內(nèi)容體系。

模塊化設(shè)計(jì)有助于實(shí)現(xiàn)課程學(xué)習(xí)的靈活性和可擴(kuò)展性。在教學(xué)中，可以根據(jù)實(shí)際需要對模塊內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)新的教學(xué)需求。不同專業(yè)、不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生還可以根據(jù)自己的專業(yè)和興趣，選擇相應(yīng)的模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。整個(gè)課程體系分為4個(gè)階段，如圖1所示。

2.2 課程模塊內(nèi)容的項(xiàng)目化

通過圍繞項(xiàng)目展開模塊內(nèi)容，學(xué)生可以在完成項(xiàng)目的過程中逐步掌握相關(guān)的知識點(diǎn)和技能。這種學(xué)習(xí)方式不僅有助于學(xué)生形成對知識的整體理解，還能夠提高他們的實(shí)踐能力。同時(shí)，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)還能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們更加積極主動地參與課程學(xué)習(xí)中來。

為了保證課程模塊之間知識的銜接和內(nèi)容體系的完整性，在設(shè)計(jì)模塊和項(xiàng)目時(shí)，需要確保每個(gè)模塊和項(xiàng)目對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系；在模塊設(shè)計(jì)上采取“漸進(jìn)式”的難度，以便學(xué)生能夠在前一個(gè)模塊的基礎(chǔ)上順利進(jìn)入下一個(gè)模塊的學(xué)習(xí)；在設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，需要穿插使用之前模塊學(xué)過的知識點(diǎn)，以此來串聯(lián)各個(gè)模塊；在課程的最后階段，可設(shè)計(jì)一個(gè)涵蓋多個(gè)模塊知識點(diǎn)的綜合項(xiàng)目，讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識來完成項(xiàng)目，從而加深對各個(gè)模塊知識及模塊之間聯(lián)系的理解?？傊?，通過課程內(nèi)容的項(xiàng)目化設(shè)計(jì)，力求使課程內(nèi)容更加符合學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，從而提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

圍繞每個(gè)模塊，研究設(shè)計(jì)了相應(yīng)的項(xiàng)目任務(wù)，便于學(xué)生分階段學(xué)習(xí)和實(shí)踐，如表1所示。

2.3 項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)的實(shí)踐應(yīng)用

教學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，貼近學(xué)生生活、有趣實(shí)用。下面以“制作電子通訊錄”項(xiàng)目為例，講解在實(shí)際教學(xué)中的實(shí)施步驟：

1） 項(xiàng)目引入：首先向?qū)W生介紹“電子通訊錄”在日常生活和工作中的重要性和實(shí)用性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動機(jī)，明確項(xiàng)目的學(xué)習(xí)目標(biāo)即掌握Python中列表和字典的使用，達(dá)到提升數(shù)據(jù)處理的能力。

2） 講解基礎(chǔ)知識：針對項(xiàng)目所涉及的知識點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講解和示范。確保學(xué)生對列表、字典等數(shù)據(jù)類型及其運(yùn)算操作等有深入理解。

3） 需求分析和功能設(shè)計(jì)：和學(xué)生一起討論“電子通訊錄”需要實(shí)現(xiàn)的功能，包括錄入、查詢和修改聯(lián)系人的信息，如姓名、電話、郵箱等。根據(jù)討論結(jié)果，設(shè)計(jì)程序的基本框架和邏輯。

4） 學(xué)生實(shí)踐：學(xué)生根據(jù)教師的指導(dǎo)，自行編寫代碼實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目功能。在完成代碼編寫后，組織學(xué)生進(jìn)行代碼測試；在基本功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，還可以引導(dǎo)學(xué)生思考如何對程序進(jìn)行優(yōu)化與擴(kuò)展。在此過程中，教師可以提供必要的幫助和指導(dǎo)。

5） 項(xiàng)目展示與總結(jié)：在項(xiàng)目完成后，組織學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目展示，并對項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)和評價(jià)。通過向其他同學(xué)展示自己的成果，可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感，還可以培養(yǎng)學(xué)生之間的合作能力。

通過以上教學(xué)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了課程內(nèi)容的模塊化設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生分階段地學(xué)習(xí)和實(shí)踐Python編程技能。同時(shí)，注重模塊之間的銜接和課程內(nèi)容體系的完整性，為學(xué)生提供更加系統(tǒng)、全面的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2.4 項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)的考核和評價(jià)

課程考核作為衡量教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生學(xué)習(xí)成效的核心環(huán)節(jié)，對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生而言，尤其需要強(qiáng)調(diào)對基礎(chǔ)知識的深入教學(xué)與考核。在基礎(chǔ)教學(xué)階段，積極引導(dǎo)學(xué)生主動預(yù)習(xí)，并利用超星網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，以便深入理解并熟練應(yīng)用Python語言。在此過程中，學(xué)生的平時(shí)成績以完成萬維考試系統(tǒng)中的6個(gè)作業(yè)、出勤情況以及在超星系統(tǒng)中對知識點(diǎn)的掌握程度作為考核的主要依據(jù)。

進(jìn)入提高階段后，學(xué)生的考核目標(biāo)則聚焦于完成萬維考試系統(tǒng)中的6個(gè)實(shí)驗(yàn)。只有當(dāng)學(xué)生成功通過基礎(chǔ)階段的考核后，方可進(jìn)入下一階段的考核，以確保其學(xué)習(xí)進(jìn)程的連貫性與扎實(shí)性。

在高級階段，采用模塊化的項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)模式，為學(xué)生提供了從基礎(chǔ)到高級應(yīng)用的系統(tǒng)學(xué)習(xí)路徑。通過對學(xué)生在課堂參與度、項(xiàng)目完成度、代碼質(zhì)量及創(chuàng)新性等方面的全面分析，發(fā)現(xiàn)此種教學(xué)模式能夠顯著激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。同時(shí)，為促進(jìn)學(xué)生的互動與學(xué)習(xí)，還鼓勵(lì)他們進(jìn)行自我評價(jià)和相互評價(jià)。學(xué)生普遍反映，這種教學(xué)方式有助于他們更好地理解和應(yīng)用Python編程語言，能夠運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題，進(jìn)而提升編程技能、學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力。此外，與往屆學(xué)生成績的對比進(jìn)一步證明，實(shí)施項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)模式后，學(xué)生的平均成績有了明顯提升。這一成果不僅驗(yàn)證了該教學(xué)模式的有效性，也為未來進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)方法提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

3 結(jié)論

在人工智能背景下，非計(jì)算機(jī)專業(yè)的Python語言程序設(shè)計(jì)課程為適應(yīng)新的教學(xué)要求，引入了項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)模式。目前，該模式已應(yīng)用于日常教學(xué)，取得了一定成效。同時(shí)，通過與學(xué)生日常生活和專業(yè)應(yīng)用的結(jié)合，課程內(nèi)容更加實(shí)用有趣，有效促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

后續(xù)將注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)他們逐步掌握相關(guān)知識和技能，使學(xué)習(xí)更加具有針對性和實(shí)用性，切實(shí)提高學(xué)生利用Python語言解決實(shí)際問題的能力。

另外，針對不同專業(yè)的項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)還存在許多需要深入研究和探討的內(nèi)容，需要不斷實(shí)踐逐步完善課程教學(xué)體系，以期提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)更多高素質(zhì)的技術(shù)人才[6]。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 詹明君.面向新文科的Python程序設(shè)計(jì)課程項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)[J].佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023，41（6）：70-75.

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[5] 葉安勝，范文杰，趙麗琴，等.Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，2023.

[6] 盧景.Python語言課程的項(xiàng)目式教學(xué)模式分析[J].集成電路應(yīng)用，2023，40（4）：277-279.

【通聯(lián)編輯：王力】

基金項(xiàng)目：成都大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院2024 年微課題工程項(xiàng)目（SmartIT_K046） ；2023 年微課題工程項(xiàng)目（SmartIT_K041、SmartIT_K042）