Python程序設計教學改革淺析

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摘要：為解決python程序設計課程教學中教學內(nèi)容不豐富、教學方法與考核方式單一的問題，利用超星學習通作為學生線上學習平臺，上傳課程專題教學視頻和單元測試以幫助學生課前預習與課后復習，并在線下傳統(tǒng)課堂教學中引入案例式教學、項目化驅動教學和討論式教學以豐富教學內(nèi)容并提高課堂吸引力。通過豐富并完善現(xiàn)有考核體系，可強化過程學習的重要性，并形成科學、合理的多維考核評價機制。此外，研究發(fā)現(xiàn)基于混合教學模式的教學改革能有效增強學生的自學能力，激發(fā)學生學習的積極性，并提高其綜合運用知識解決實際問題的編程應用能力。

關鍵詞：混合教學模式；Python程序設計；過程考核；教學改革

0引言

隨著網(wǎng)絡時代下人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等領域的飛速發(fā)展，Python因其具有語法簡單易學且具備強大的第三方庫等優(yōu)點［1］，不僅成為上述領域最受歡迎的編程工具，而且成為高校計算機專業(yè)學生應對市場需求而需要掌握的就業(yè)技能之一［2-3］。Python程序設計是中國礦業(yè)大學開設的通識教育基礎必修課程，對該門課程的掌握程度將會直接影響學生利用計算機分析、解決問題的能力，同時也將對學生學習后續(xù)計算機相關課程產(chǎn)生很大影響。但是就目前國內(nèi)高校Python程序設計教學現(xiàn)狀來看，仍然存在學生編程應用能力差，以及課堂教學以教師為中心，學生無法成為教學設計的主體，導致學生的學習積極性難以被調(diào)動、自主學習能力有待提高等突出問題。Python程序設計教學目前存在問題主要包括：（1）教學內(nèi)容。大綱中涵蓋了Python語言的基本語法、程序控制結構、組合數(shù)據(jù)類型、函數(shù)和文件等主要內(nèi)容，但由于教師上課更重視知識體系的系統(tǒng)性和全面性，因此會在課堂教學中詳細對每一個知識點進行講授。每章的學時一般為4~8學時，其中針對編程語法的理論講解幾乎面面俱到，但每個章節(jié)中結合實際應用的案例，尤其是綜合若干章節(jié)重難點應用的案例較少，學生無法深入體會編程的魅力以及如何使用計算機語言解決實際問題。同時受到課堂總學時40學時的限制，整個課程也只能完成6~8章的授課內(nèi)容。通常當講到Python在科學計算和數(shù)據(jù)分析以及網(wǎng)絡爬蟲中的應用時，往往因為學時緊張而只能點到為止，學生無法深入體驗Python在人工智能相關領域的深層次應用。（2）教學方法。我國大部分高校程序設計課程普遍采用以教師為中心的傳統(tǒng)授課模式，學生仍然是被動灌輸?shù)娜后w。在整個授課過程中，教師是課堂的主體，教學形式仍然以PPT課件為主，教學方法比較單一［4］。學生作為知識的被動接受者，在整個學習過程中缺乏學習的主動性。該教學模式在一定程度上不利于培養(yǎng)學生的自主學習能力和實踐應用能力。（3）考核方式。我國大部分高校程序設計課程都以期末考試成績作為主要考核評判依據(jù)，通常期末考試成績占總成績的70%，平時成績只占30%。該考核體系不可避免地造成了一部分學生不重視過程學習，只把學習重心放在考前一兩周時間里，突擊看書、刷題，甚至用死記硬背的方式通過考試。在該考核模式下，學生幾乎沒有日常的學習壓力，而這種零壓力的過程學習方式，會使得學生對章節(jié)內(nèi)容的掌握不夠扎實，不利于知識在大腦中的長期儲備與靈活運用。

1相關研究

計算機和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展使在線學習風靡全球，隨之而來的大規(guī)模開放在線課程（MOOC）和小規(guī)模限制性在線課程（SPOC）等新型教育形式開啟了全民在線學習的新時代。雖然在線學習在高等教育中的優(yōu)勢非常明顯，如打破了空間和時間限制，學生可充分利用碎片化時間自由掌控學習進度，但同時也存在一些突出問題，如生生交流和師生交流較為匱乏，教師不能及時了解學生學習動態(tài)，并對學生自學中反饋的問題給予及時的指導與幫助。因此，單純的線上學習并不能完全替代傳統(tǒng)的課堂教學［5］。混合教學模式是指將信息化教學方式融入傳統(tǒng)課堂，并將二者的優(yōu)勢有機融合，實現(xiàn)完全以學生為中心的教學模式［6］。混合教學模式將真實的教師課堂面授與虛擬的學生在線學習相結合，并將自主學習與協(xié)作學習相結合，實現(xiàn)了生生互動、師生互動和線上線下相混合［7］。在混合教學模式實施過程中，教師將課件、微視頻、作業(yè)、測試、專題討論等教學資料上傳至如超星學習通等線上智慧教學平臺，供學生課前預習和課后復習鞏固，充分體現(xiàn)了學生的主體地位。線下則將傳統(tǒng)課堂與線上學習反饋相結合，更有效地發(fā)揮了教師的主導作用。如今在程序設計課程中也越來越多地使用線上線下混合教學模式，很多學者對其進行了研究。如王文豪等［5］研究了在Java程序設計中實施線上線下混合教學模式；李慧等［8］進行了線上線下混合式一流課程建設的探索與實踐；李峰等［9］實踐并完成了Python課程的線上線下混合教學模式改革，并取得了很好的教學效果。本文探索了混合教學模式，實踐線上與線下有機融合的教學改革。線上學習以智慧化教學工具為平臺，以微課學習為任務驅動，輔以測試、小組討論與項目作業(yè)，提升學生的自主學習能力；線下以學生的學習需求為前提，在傳統(tǒng)課堂上實施多樣化的教學方法，促進知識的內(nèi)化。

2教學改革與實踐探索

為激發(fā)學生自主學習的興趣，提高課程教學質(zhì)量，線上課程資源建設與線下傳統(tǒng)課堂的有機融合需要考慮很多因素。

2.1線上課程資源建設需差別對待學生的不同

因為學生學習能力的不同，教師在設計線上自學內(nèi)容時，需要差別對待學生的不同。在整體上將線上自學內(nèi)容劃分為兩種類型：一類是每一章中語法相對簡單、容易理解的內(nèi)容，將其作為課前自學內(nèi)容，也是學生的必學內(nèi)容；另一類則是每一章重難點的拓展應用內(nèi)容，學有余力的學生可在課后利用該內(nèi)容進行復習鞏固，屬于選學內(nèi)容。教師提前將這兩部分自學內(nèi)容按照專題錄制為教學短視頻，每個視頻時長控制在10min以內(nèi)。通過理論講解結合實例演示，在降低學生自學難度的同時，也能提高學習能力較弱學生的自學積極性。目前我國有很多優(yōu)秀的線上學習平臺，如超星學習通、釘釘、騰訊課堂等，利用線上學習平臺的預習與測試功能，教師可提前指定預習任務點，如指定一個或幾個專題的視頻學習。學生只有在規(guī)定時間內(nèi)完成了指定的必學內(nèi)容，才能進行自學測試，進而得到該章的預習成績。選學的短視頻內(nèi)容旨在提升編程應用的深度和廣度，適合學習能力較強的學生進一步拓寬視野。

2.2線下課堂運用多樣化的教學方法

教學內(nèi)容的豐富以及考核模式的改革都依賴于教學方法的改進，目前大部分高校的程序設計課程依然停留在以PPT授課為主的模式，學生依然是被動的接受者，這并不利于對學生自主學習能力的培養(yǎng)，因此教師需要在課堂中引入多樣化的教學方法，不斷挖掘學生的學習潛能。（1）案例式教學。對于線下的傳統(tǒng)課堂教學內(nèi)容，在安排學生完成線上自學內(nèi)容的基礎上，教師可將課堂重心放在重難點解析上，并結合大量應用案例，讓枯燥的語法知識在靈活的編程應用中生動起來。比如在講解列表這一知識點時，其基本語法如定義、索引、切片等不是很難理解，但是如何靈活使用條件判斷、循環(huán)結構訪問和操作列表中的元素，是學生在編程中會遇到的問題。教師不必拘泥于教材中的案例，可引入生活中的常見問題進行編程解析，如使用列表解決“選10樂透”的彩票問題，即編寫一個程序從文件中讀取若干彩票數(shù)字，并且判斷是否涵蓋了1~99之間的所有數(shù)字，或者解決隨機從52張撲克牌中抽取4張牌的問題，這是學生們在生活中喜聞樂見的游戲。在有趣的教學內(nèi)容引導下，學生的注意力很容易被吸引，聽課效率也會得到大幅提升。（2）項目化驅動教學。項目的引入是對線上自學內(nèi)容和線下課堂知識的補充與總結，每完成3~4章的內(nèi)容，以學生們相對較難理解章節(jié)中的知識點為主線，將一個綜合應用項目按照知識點拆分為多個案例，每個案例均從充滿趣味性的問題解決入手，系統(tǒng)、全面、循序漸進地逐個展開對知識點的講解，使學生們能夠學以致用、融會貫通。項目化的教學實踐注重培養(yǎng)學生分析、判斷和解決問題的高層次思維，學會綜合應用知識或技術解決實際問題［10］。以組合數(shù)據(jù)類型、函數(shù)和文件3章的重難點知識總結為例，項目主題為英文詞典設計，要求在一個文本文件中預先存放與具有指定格式的單詞和翻譯相對應的若干行，設計一個界面讓用戶進行功能選擇：添詞、查詞或退出詞典，定義兩個函數(shù)分別實現(xiàn)添詞和查詞功能，詞典寫入和讀取均需對文件進行操作。當對此項目進行解析時，將項目按照知識點拆分為3個案例。案例一解決的問題是如何讀、寫文本文件中的數(shù)據(jù)，案例二則解析如何使用字典這個組合數(shù)據(jù)類型進行鍵值對賦值與讀取，而案例三則強調(diào)函數(shù)定義、函數(shù)參數(shù)傳遞以及形參與實參之間相互影響的問題。實際上，該項目還涉及到選擇結構、循環(huán)結構的靈活應用。在該項目驅動下，前面3章的教學重點內(nèi)容得到了重點突出，學生們對知識的運用也有了更深刻、生動的實踐編程體驗。（3）討論式教學。討論式教學是學生在教師給出問題的引導下獨立思考問題，然后通過生生互動和師生互動進行思考與學習，從而掌握課堂教學重點和難點［11］。在課堂中增加問題討論互動環(huán)節(jié)，可強化學生的主體地位，并發(fā)揮教師在課堂內(nèi)的指導作用，培養(yǎng)學生觀察、獨立分析及解決問題的能力。例如，教師在課堂中給出如圖1所示的一段由學生編寫的出錯代碼（彩圖掃OSID碼可見），在啟發(fā)學生對程序進行糾錯時，提出如下問題讓學生進行思考與討論：用戶可進行幾次輸入用戶名和密碼的嘗試？假設每一次嘗試都存在用戶名或密碼錯誤，所有嘗試后的程序運行結果是否相同？教師安排學生們帶著這兩個問題進行小組討論，找到錯誤所在并給出問題解決方案。不同小組給出的編程算法可能不同，教師帶領學生一起對不同算法進行分析與探討，以找到最優(yōu)算法。在該教學設計下，學生完全是課堂的主體，從分析、解決問題，到最優(yōu)算法的確定，學生在教師的引導下既有團隊合作，又有個體參與，能夠更好地激發(fā)學生課堂學習的積極性。

3考核方式與實施效果

教學內(nèi)容的豐富和教學方法的改革必然會引起考核模式朝著多維度、多標準方向發(fā)展，建立一個科學、合理、完善的考核體系，能夠解決目前普遍存在的考核標準重結果輕過程、重理論輕能力的問題。強化過程考核，加強過程學習中的監(jiān)督力度，對培養(yǎng)學生的自主學習能力、激發(fā)學生學習興趣以提高混合教學模式下的教學質(zhì)量具有非常重要的促進作用。

3.1強化過程考核

為提高學生對過程學習的重視程度，將期末考試成績占比調(diào)整為50%，過程考核為50%。期末考試采用閉卷機考的方式進行，過程考核是對學生自主學習能力、團隊合作能力、實踐編程能力以及知識內(nèi)化和固化能力等綜合素質(zhì)的考核，可有效提高學生日常學習的積極性，并消除部分學生存在的“平時不用努力，全靠考前突擊”的僥幸心理。學生在均衡的學習壓力下，邊學習、邊實踐，邊消化、邊拓展應用，學生的學習潛能就會隨著知識的持續(xù)不斷積累而激發(fā)出來［12］。過程考核包括線上的課前預習與測試（15%）、線下小組討論與課堂參與（10%）、線下項目作業(yè)（10%）和線上階段性測試（15%）4部分內(nèi)容，線上和線下各占50%。課前預習中的微課視頻觀看任務和預習測試，可利用網(wǎng)絡學習平臺如超星學習通來完成；小組討論和課堂參與，其考核雖然無法做到即時量化，但教師可要求學生將小組討論結果以作業(yè)形式上傳到學習通平臺，并著重說明自己在小組討論中所作的貢獻，從而有助于教師掌握每一個小組及每一個學生在專題討論部分的參與度，給出相對公平、合理的考核量化結果；每次的階段性測試可利用10~15min的課堂時間完成，學習通的監(jiān)考功能可有效保證考核的真實性和公平性；項目作業(yè)也可利用學習通進行提交與評價，但考慮到可能存在的代碼抄襲情況，教師需對學生進行抽查答辯，以保證成績的公平性。

3.2實施效果

經(jīng)過教學實踐，相對于單一的傳統(tǒng)課堂，線上線下相融合的混合教學模式取得了明顯的教學效果。以工商管理類2020級04班的30名學生為例，平均成績達到80.9分，其中90分以上的有8人，80分以上的有9人，沒有學生不及格。通過強化過程學習，讓學生對知識的掌握更扎實，通過案例和項目的引入以及討論式教學，極大地提升了學生對課程的學習興趣。為全面了解混合教學模式下學生的學習體驗，課程結束后對學生發(fā)起了課程滿意度線上問卷調(diào)查，問卷內(nèi)容包括課前預習微課內(nèi)容及其配套測試題的難易度、在線資源能否滿足學生的自學需求、線下項目作業(yè)是否有助于學生編程能力的提高、課堂中案例的引入和項目分析是否能提升學生的編程興趣、討論式教學是否能提高學生的課堂參與熱情和團隊合作精神等問題。調(diào)查問卷結果顯示，學生對問卷中各項內(nèi)容的滿意度均分在90分以上，說明學生非常認可在Python課程中實施的線上線下混合教學模式。

4結語

目前推行線上線下相融合的混合教學模式已成為我國各大高校教學改革的主流趨勢。一方面，這種教學模式既繼承了線下傳統(tǒng)課堂教學的優(yōu)勢，又充分利用了線上豐富的網(wǎng)絡資源，學生真正成為了學習的主體，學生的自主學習能力和協(xié)作學習能力都得到了大幅提升。但另一方面也面臨一些新的挑戰(zhàn)，如教師的工作量相對于傳統(tǒng)授課而言大大增加，從微視頻主題篩選和錄制、預習測試和階段性測試題目整理與歸類、小組討論專題設計與考核以及項目作業(yè)成績評定等都有大量工作需要完成。另外，如何在課程中引入更多集趣味性、實踐性和科學性于一體的案例和項目以豐富課程內(nèi)容、提升課程吸引力，也是未來需要探索的重要內(nèi)容。

作者:李向群 許新征 高娟 單位:中國礦業(yè)大學計算機科學與技術學院