基于ARCI的高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)Python課程教學(xué)模式研究

湯 衛(wèi)，楊 赟，陳玉玲，楊茂松

（1.貴州廣播電視大學(xué) 信息工程學(xué)院，貴州 貴陽 556000；2.公共大數(shù)據(jù)國家重點實驗室（貴州大學(xué)），貴州 貴陽 550025；3.貴州電子商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 基礎(chǔ)教研室，貴州 貴陽 550003）

0 引言

目前大數(shù)據(jù)行業(yè)快速發(fā)展，為了在大數(shù)據(jù)中發(fā)掘價值，自2013 年來，國家已經(jīng)相繼成立8個國家大數(shù)據(jù)試驗區(qū)，這直接導(dǎo)致了大量的人才需求和市場前景[1]，這也使得眾多高職院校相繼開設(shè)大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)[2]。有學(xué)者根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)院校的實際情況及經(jīng)驗，對高職院校制定科學(xué)的課程體系和培養(yǎng)方案，規(guī)劃教學(xué)資源、師資及環(huán)境等方面進(jìn)行了研究[3]。

在以市場需求為導(dǎo)向的環(huán)境下，本科高校以培養(yǎng)理論型和應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)，高職院校以培養(yǎng)技術(shù)型和實戰(zhàn)型人才為培養(yǎng)目標(biāo)。特別是校企合作辦學(xué)開展訂單式、精準(zhǔn)化的培養(yǎng)，使高職院校成為重要的人才培養(yǎng)基地，而選用Python為核心教學(xué)語言符合市場需求和學(xué)生發(fā)展[4]。

Python 以簡潔、高效、生態(tài)等特征為人們所喜愛，國內(nèi)外眾多科研院校已經(jīng)在這方面獲得了巨大的成功[5]，同時提出許多Python 課程的教學(xué)模式，如CDIO 教育模式[5]、基于在線開放課程的混合教學(xué)模式[6]、MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂的多元化教學(xué)模式[7]、基于OBE 理念的教學(xué)模式[8]等。這表明Python 課程的教學(xué)模式必須貼合學(xué)情和教學(xué)實際，體現(xiàn)應(yīng)用導(dǎo)向和市場需求。

高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的Python 課程，應(yīng)充分了解高職學(xué)生的情況，梳理專業(yè)課程結(jié)構(gòu)，合理安排課時和教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方式和形式，以促進(jìn)學(xué)生的積極性，尤其是對大數(shù)據(jù)專業(yè)應(yīng)該更加關(guān)注統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)處理等知識，努力尋求各相關(guān)課程之間的知識融合。由此許多學(xué)者提出基于應(yīng)用倒逼和課程融合的教學(xué)模式，并根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計教學(xué)考評和反饋機(jī)制，使其適合于高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的教學(xué)需求[9-11]。

1 Python課程教學(xué)現(xiàn)狀和問題

1.1 Python語言特點和發(fā)展現(xiàn)狀

Python 自面世以來，成為繼Pascal、C、C++、Java、C#等之后的一門簡潔高效的語言。同C、C++和Java 等相比，Python 有以下優(yōu)勢。

（1）簡單易學(xué)。Python 語法簡單，操作簡單易學(xué)，使學(xué)生能專注于解決問題而非語言本身。

（2）解釋性。Python 程序可以直接從源代碼運(yùn)行程序，這使得它更加簡單，更易于移植。

（3）面向?qū)ο蟆ython 語言是既支持面向過程的編程又支持面向?qū)ο蟮木幊獭?/p>

（4）可擴(kuò)展性。為提升效率，可采用C/C++來編寫關(guān)鍵代碼，然后在 Python 程序中使用它們。

（5）混合編程。Python 與其他語言能很容易地混合編程，方便利用各種工具包，提高開發(fā)效率。

（6）豐富的庫。Python 有強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)庫，并且Python 的生態(tài)系統(tǒng)開始拓展到第三方包。例如用于Web 框架的Web.py，用于科學(xué)計算的Numpy，以及用于數(shù)據(jù)可視化的 Matplotlib 等。

各大高職院校相繼以Python 語言作為計算機(jī)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)語言，不僅適合學(xué)生教學(xué)需求還很容易被學(xué)生所掌握，這對提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣有著重要的意義。

1.2 高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的Python課程情況

鑒于Python 越來越受到業(yè)界的支持和歡迎，國外很多高校將 Python 作為程序設(shè)計教學(xué)語言。在 MOOC 等在線教育平臺上，有自南京大學(xué)等眾多高校的Python 課程，然而高職院校對Python 的教學(xué)實踐和研究工作還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)為了適應(yīng)專業(yè)的特點和人才需求，各高校已經(jīng)逐漸將基礎(chǔ)語言從Java 轉(zhuǎn)變?yōu)镻ython。

首先，高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)是培養(yǎng)具有大數(shù)據(jù)思維、數(shù)據(jù)分析能力與計算機(jī)技術(shù)的人才，注重應(yīng)用性和實戰(zhàn)。該專業(yè)是以計算機(jī)學(xué)科知識為重點，充分融合了各個學(xué)科理論與知識的一個交叉專業(yè)。與本科相比，學(xué)生培養(yǎng)的層次稍低，注重技術(shù)型實戰(zhàn)型人才培養(yǎng)，就業(yè)主要面向技術(shù)性工作。與本科重理論、厚基礎(chǔ)、輕應(yīng)用相比，高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)具有重應(yīng)用、精準(zhǔn)化、技術(shù)化等特點。

其次，高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的Python 課程應(yīng)該更加體現(xiàn)職業(yè)性、應(yīng)用導(dǎo)向性。在大數(shù)據(jù)專業(yè)的課程體系中，數(shù)理統(tǒng)計等基礎(chǔ)課程應(yīng)該提前開設(shè)。就目前的現(xiàn)狀而言，很多高職院校Python課程的配套課程缺失嚴(yán)重，學(xué)生不能及時把握重要的基礎(chǔ)知識，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)吃力。

1.3 Python課程教學(xué)中存在的問題

1）學(xué)生方面的問題。

就高職院校的招生方式和生源結(jié)構(gòu)來說，招生方式逐年發(fā)生變化。高職院校的主要招生渠道包括高考統(tǒng)考、自主招生、中職推優(yōu)三種方式，其中自主招生的生源比例正逐年增加，部分院校自主招生比例超過60%。對于高職生源結(jié)構(gòu)的特點，首先高考統(tǒng)考的學(xué)生基礎(chǔ)普遍比自主招生的基礎(chǔ)和素質(zhì)偏好，這一類學(xué)生具有較強(qiáng)的可塑性。其次由于自主招生的方式靈活、程序簡化，是有效的選拔方式，具有較強(qiáng)的針對性。生源雖然是基礎(chǔ)較差的高中生和部分中職生，但這群學(xué)生職業(yè)目標(biāo)突出。最后是中職推優(yōu)的學(xué)生，學(xué)生職業(yè)目標(biāo)較強(qiáng)，經(jīng)中職專業(yè)學(xué)習(xí)和實踐可塑性較強(qiáng)。這類學(xué)生的基礎(chǔ)理論最差，導(dǎo)致在高職階段的理論學(xué)習(xí)非常吃力。

表1 高職院校生源構(gòu)成和比較

2）教學(xué)方面的問題。

教學(xué)方面主要存在教師知識掌握不夠、教學(xué)方式設(shè)計不靈活、教學(xué)設(shè)備缺失、缺乏市場應(yīng)用導(dǎo)向等問題。解決措施有：加強(qiáng)教師對Python深入學(xué)習(xí)和研討，力求教師能夠全面把握Python核心專業(yè)知識和實操能力；通過集體備課、教學(xué)觀摩等方式加強(qiáng)教學(xué)方式的調(diào)整；同時派教師深入企業(yè)參加生產(chǎn)實踐，促進(jìn)教師掌握市場需求，以便把握教學(xué)方向和重難點；通過校企合作培養(yǎng)的模式，著力解決教學(xué)設(shè)備缺失老化等困難。

3）課程方面的問題。

高職院校Python 課程主要問題是教材選用、教學(xué)大綱的設(shè)計、課程的考評機(jī)制等問題。一般來說，為適應(yīng)高職學(xué)生的基礎(chǔ)，可以選用應(yīng)用性和難度較低的Python教材，很多院校選用《Python程序：從入門到精通》，開設(shè)課時數(shù)為72 學(xué)時。

2 基于ARCI的Python教學(xué)模式設(shè)計

Python 課程有很多教學(xué)模式，其中較為常用的有CDIO 工程教育理念模式、基于在線開放課程的混合教學(xué)模式、“MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的多元化教學(xué)模式、基于OBE 理念的教學(xué)模式。針對Python 課程存在的問題，結(jié)合高職院校的大數(shù)據(jù)專業(yè)特點和學(xué)生發(fā)展要求，基于ARCI 的Python教學(xué)模式主要結(jié)合CDIO 工程教育理念模式和OBE 理念的教學(xué)模式等優(yōu)點。

CDIO 工程教育理念是指構(gòu)思（conceive）、設(shè)計（design）、實現(xiàn)（implement）和運(yùn)作（operate），是由美國多所大學(xué)提出的教育理念，它以現(xiàn)代產(chǎn)品的生命周期為藍(lán)本，以重視學(xué)生實踐能力、學(xué)習(xí)能力以及系統(tǒng)掌控能力培養(yǎng)為主題，培養(yǎng)學(xué)生的工程科學(xué)能力、知識能力、終生學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊協(xié)作能力和職業(yè)能力。運(yùn)用CDIO 模式需要巧妙設(shè)計教學(xué)目標(biāo)，合理規(guī)劃實施步驟，加強(qiáng)教學(xué)考評，其中通過學(xué)習(xí)Python 掌握編程理念和基本知識，通過編程實踐培養(yǎng)程序思維能力和設(shè)計能力，通過項目化的學(xué)習(xí)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和創(chuàng)新應(yīng)用的能力。基于上述3 種核心能力的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該綜合考慮學(xué)生的基礎(chǔ)狀態(tài)和職業(yè)要求，所以在具體的教學(xué)實施環(huán)節(jié)中應(yīng)該與學(xué)生多交流，采用教學(xué)過程分階段、分階梯的模式，需要統(tǒng)籌兼顧各個學(xué)生的差異[5]。

OBE 理念教學(xué)模式主要是按照“逆向設(shè)計、正向?qū)嵤钡姆椒ǎ瑢ython 課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)成果評價方案進(jìn)行相應(yīng)的改革設(shè)計和探索。在Python 課程中實施基于成果導(dǎo)向的教學(xué)模式，使學(xué)生明確課程教學(xué)目標(biāo)，理解應(yīng)該達(dá)到的能力，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高Python 課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)成效[8]。

2.1 ARCI教學(xué)模式的基本理念

在CDIO 理念和OBE 理念的教學(xué)模式基礎(chǔ)上的ARCI 教學(xué)模式理念有兩個。應(yīng)用倒逼是指在大數(shù)據(jù)專業(yè)的教學(xué)過程中注重應(yīng)用導(dǎo)向和市場需求，以此為培養(yǎng)目標(biāo)倒逼教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的設(shè)計，一切教學(xué)中心圍繞學(xué)生的實際應(yīng)用需求和專業(yè)發(fā)展來開展，在整個學(xué)習(xí)周期內(nèi)逆向構(gòu)思教學(xué)內(nèi)容，正向?qū)嵤┙虒W(xué)設(shè)計的過程。教學(xué)融合是指充分考慮專業(yè)的特色，將Python 課程與相關(guān)課程展開深入融合教學(xué)，通過在課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容方面相互促進(jìn)，對Python 課程展開全面的梳理。一方面要求教師能夠?qū)ython 數(shù)據(jù)分析等知識串聯(lián)互講，另一方面需要對學(xué)生在整個學(xué)習(xí)周期內(nèi)進(jìn)行多方面融合教學(xué)。

2.2 ARCI教學(xué)模式的核心要點

（1）需求和學(xué)情分析。一是根據(jù)高職院校學(xué)生的未來職業(yè)發(fā)展要求和市場動態(tài)，將實際需求與Python 課程教學(xué)內(nèi)容比對分析，按培養(yǎng)目標(biāo)編寫大數(shù)據(jù)人才需求報告；二是需要充分考量學(xué)生的基本情況，對于高職學(xué)校的學(xué)情按照因材施教的原則進(jìn)行教學(xué)，開展針對性的教學(xué)。

（2）目標(biāo)任務(wù)分解實施。按照培養(yǎng)目標(biāo)分解任務(wù)，依照應(yīng)用需求和學(xué)情報告，選用合適的Python 教材，同時編寫講義作為補(bǔ)充。將教學(xué)任務(wù)分解為認(rèn)知階段基礎(chǔ)知識教學(xué)、能力階段技能教學(xué)和創(chuàng)新階段項目實戰(zhàn)教學(xué)。

（3）教學(xué)融合和實踐反饋。開展教學(xué)實踐，對教學(xué)過程中融合各相關(guān)學(xué)科知識，并通過教學(xué)實踐反饋教學(xué)效果。面向大數(shù)據(jù)分析的Python課程相關(guān)知識包括統(tǒng)計分析知識、計算機(jī)基礎(chǔ)知識和項目實施管理等方面的知識。

2.3 ARCI教學(xué)模式的實施過程

ARCI 教學(xué)模式的實施主要分為基礎(chǔ)理論教學(xué)、實驗實踐教學(xué)和項目實戰(zhàn)教學(xué)3 階段。具體如下。

（1）基礎(chǔ)理論教學(xué)階段。由于Python 課程基礎(chǔ)知識的關(guān)鍵作用，在此應(yīng)做好3 方面的教學(xué)工作。一是做好數(shù)學(xué)及相關(guān)基礎(chǔ)知識的教學(xué)工作，高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有大數(shù)據(jù)分析和處理能力的人才，這就需要學(xué)生掌握統(tǒng)計分析及計算機(jī)等方面的基本知識，如果學(xué)生缺少相應(yīng)的知識，那么將無法完成培養(yǎng)目標(biāo)。二是做好Python 基本知識技能的教學(xué)，根據(jù)選用的教程完成課程知識梳理和準(zhǔn)備，切實做好基礎(chǔ)理論教學(xué)。三是做好項目實戰(zhàn)的相關(guān)知識學(xué)習(xí)。若要按市場所需培養(yǎng)學(xué)生的項目實戰(zhàn)能力，那么在此階段就應(yīng)包括項目實施和管理的一些基本知識，如項目需求報告和實施方案的編寫、項目流程圖的設(shè)計等知識。

（2）實驗教學(xué)階段。一切教學(xué)成果都要用實踐標(biāo)準(zhǔn)檢驗，著力提高學(xué)生的應(yīng)用意識和實操能力。在實驗教學(xué)階段，圍繞培養(yǎng)目標(biāo)和時間順序開展教學(xué)。首先是把握好課堂的實驗教學(xué)，教師實時把握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和薄弱環(huán)節(jié)，有助于及時調(diào)整教學(xué)進(jìn)度等。其次是嚴(yán)控課后的自學(xué)實驗，學(xué)生獨立完成課程實驗實操作業(yè)，要求學(xué)生對基本技能重復(fù)練習(xí)直到熟練掌握。最后是以任務(wù)驅(qū)動學(xué)生形成團(tuán)隊，共同完成具有綜合性實踐任務(wù)，一般這樣的任務(wù)在課程一個章節(jié)一次最佳，任務(wù)難度需要根據(jù)學(xué)生情況進(jìn)行設(shè)置調(diào)整，任務(wù)難度應(yīng)具不同難度梯次可供學(xué)生自由選擇。

（3）項目實戰(zhàn)教學(xué)階段。經(jīng)過對理論和技能實驗的學(xué)習(xí)，學(xué)生已初步掌握程序編程和設(shè)計能力，但是學(xué)生還缺乏對項目運(yùn)作的經(jīng)驗和能力。此階段通過學(xué)生組隊完成教師設(shè)置的項目，這不僅需要設(shè)計好項目實施計劃和要求還要求教師全程參與指導(dǎo)。在校企合作背景下更應(yīng)該讓學(xué)生參與實戰(zhàn)項目中，切實參與完成項目任務(wù)以提高學(xué)生的綜合能力。

圖1 ARCI教學(xué)實施過程

2.4 ARCI教學(xué)的全面融合

由于大數(shù)據(jù)專業(yè)的學(xué)科交叉性和Python 課程的應(yīng)用廣泛性，需要充分融合各相關(guān)學(xué)科知識為Python 課程教學(xué)服務(wù)。

（1）理論知識的融合。教師需要厘清知識體系和脈絡(luò)，將統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)挖掘、程序編程等知識進(jìn)行深入融合，形成有效的教學(xué)內(nèi)容組合。

（2）專業(yè)技能的融合。無論是在課堂技能學(xué)習(xí)還是頂崗實習(xí)階段，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該充分融合Python 和其他相關(guān)技能，全方位提升學(xué)生實踐能力。一方面借助企業(yè)工程師為學(xué)生開展Python 應(yīng)用分析，培養(yǎng)學(xué)生理實結(jié)合的能力，大力實施任務(wù)驅(qū)動、項目管理的模式，充分發(fā)揮Python 課程核心課程作用，推動從基礎(chǔ)理論到技能的融合。

（3）項目經(jīng)驗的融合。以實戰(zhàn)項目驅(qū)動的學(xué)習(xí)主要是為了完成學(xué)生能力提升和角色轉(zhuǎn)變。這不僅檢驗學(xué)生基本技能，同時還展現(xiàn)學(xué)生的實際項目操作能力。通過學(xué)生自學(xué)和研討凝練所學(xué)知識、提高創(chuàng)新能力、拓展發(fā)展空間，快速提升學(xué)生綜合能力。ARCI 教學(xué)融合方法如圖2 所示。

3 ARCI教學(xué)模式考評和反饋機(jī)制的構(gòu)建

教學(xué)質(zhì)量反饋是教學(xué)的生命線，故須注重每個環(huán)節(jié)的教學(xué)效果反饋。ARCI 教學(xué)模式的教學(xué)考評和反饋機(jī)制分為兩步，一是考評辦法，能公平公正地完成學(xué)生日常學(xué)習(xí)成果考核；二是反饋機(jī)制，通過考核結(jié)果和師生溝通進(jìn)行反饋，核心是及時掌握學(xué)習(xí)質(zhì)量和不足，從而調(diào)整教學(xué)重難點和策略。

實施課堂考核、項目考核和期末考核為一體的形成性考核體系，更加公平地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并將考核依據(jù)作為企業(yè)選人的重要依據(jù)。針對不同階段的考核結(jié)果，教師實施課程進(jìn)度、重難點、項目難度和團(tuán)隊匹配等的調(diào)節(jié)，具體如圖3 所示。

圖2 ARCI教學(xué)融合方法

圖3 考核指標(biāo)比重和反饋機(jī)制

4 結(jié)語

基于ARCI 模式的 Python 課程教學(xué)改革的多項措施已應(yīng)用于日常教學(xué)，從教學(xué)效果及學(xué)生反饋來看，課程改革取得了一定成效，其中基于應(yīng)用導(dǎo)向和課程技能融合的教學(xué)挖掘出很多學(xué)生的潛力，他們已經(jīng)具備獨立承擔(dān)小型項目和參與中型項目的能力。可以看出，基于ARCI的教學(xué)模式能更好地達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生成績、提升實踐能力，對學(xué)生未來專業(yè)發(fā)展有極大的促進(jìn)作用。