高職院校python語言教學(xué)模式探索

余久方

摘要：python是目前主流的程序開發(fā)語言之一，引入高職課堂后如何進(jìn)行有效教學(xué)需要教師不斷地探索。文章從教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，提出了一套系統(tǒng)的“三段一訓(xùn)”式python語言教學(xué)模式。以學(xué)生為中心，形成課前自學(xué)、課中導(dǎo)學(xué)、課后助學(xué)的教學(xué)路徑;重視實(shí)踐操作能力和職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)，在實(shí)訓(xùn)中采用IPD流程管理。實(shí)踐表明，該模式效果良好。

關(guān)鍵詞：python;程序開發(fā);教學(xué)模式;IPD流程

中圖分類號：G712? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1672-5727（2019）11-0070-05

python是一門解釋性腳本語言，它以簡單易學(xué)、開源、可移植性強(qiáng)、資源庫豐富[1]的特點(diǎn)成為目前主流的編程語言之一。python語言在數(shù)據(jù)分析、web開發(fā)、機(jī)器學(xué)習(xí)等方面有廣泛的應(yīng)用，目前大部分高職院校都開設(shè)了python課程。編程語言具有抽象化和模塊化的特點(diǎn)，同時(shí)又是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。之前國內(nèi)已有諸多學(xué)者探索編程語言的教學(xué)方法并取得了一定的成效：反思性教學(xué)提出教師在整個(gè)教學(xué)過程中不停地發(fā)現(xiàn)、總結(jié)問題并反思思考解決方法，通過反思讓教師不斷優(yōu)化教學(xué)過程[2];“項(xiàng)目驅(qū)動”教學(xué)按照軟件工程思想把某一工程項(xiàng)目展開并貫穿整個(gè)教學(xué)過程，提高學(xué)生的全程參與度，縮短學(xué)生進(jìn)入企業(yè)的適應(yīng)期[3];還有學(xué)者從提高學(xué)生的興趣入手，在教學(xué)的不同階段采用有針對性的方法來改善教學(xué)效果[4]。

目前，企業(yè)對python開發(fā)人員的需求量很大，以51job上發(fā)布的招聘數(shù)據(jù)為例，僅在2019年6—7月全國需求的python相關(guān)崗位就達(dá)到31 546個(gè)，其中開發(fā)工程師占50%左右，爬蟲工程師、數(shù)據(jù)分析工程師各占10%左右，另外，還有部分算法工程師、測試工程師等的需求。對python從業(yè)人員的技能要求也比較廣泛，這反饋到實(shí)際的教學(xué)設(shè)置中要求python基礎(chǔ)知識要打牢，對python在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用要做適當(dāng)?shù)臓恳鸵龑?dǎo)，才能讓學(xué)生有更廣的就業(yè)選擇。

通過定期與用人單位交流以及實(shí)際的課堂教學(xué)摸索，筆者提出了一種以學(xué)生為中心適用于高職院校的教學(xué)模式，改變傳統(tǒng)課堂的灌輸式教學(xué)，旨在引導(dǎo)整個(gè)教學(xué)過程中學(xué)生的主動參與。按照學(xué)生參與的階段，形成課前自學(xué)、課中導(dǎo)學(xué)、課后助學(xué)的教學(xué)路徑;本教學(xué)模式重視實(shí)踐和企業(yè)實(shí)際開發(fā)流程相結(jié)合，在課程的綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中引入企業(yè)的IPD流程管理，讓學(xué)生參與軟件產(chǎn)品的整個(gè)生命周期。三段式教學(xué)和綜合實(shí)訓(xùn)的管理構(gòu)成了完整的“三段一訓(xùn)”的python教學(xué)模式。

一、課前自學(xué)

教師在課前需要做大量的準(zhǔn)備工作，包括備教材、備學(xué)生、備方法，即熟練掌握教學(xué)內(nèi)容，了解學(xué)生的知識水平，根據(jù)學(xué)生具體情況制定相應(yīng)的教學(xué)方法。學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，在課前也要做相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，但現(xiàn)狀是學(xué)生通常在課前都沒有充分的預(yù)習(xí)，即使有預(yù)習(xí)任務(wù)往往也是流于形式，沒有達(dá)到期望的效果。我們在python語言教學(xué)過程中，要求學(xué)生備內(nèi)容、備問題，在課前布置預(yù)習(xí)任務(wù)給學(xué)生，并設(shè)置在線試題進(jìn)行考核，以此來牽引學(xué)生主動參與。

目前已經(jīng)有一些廣泛使用的在線問卷調(diào)查網(wǎng)站，如問卷星、問卷網(wǎng)等，可以提供規(guī)模的在線調(diào)查、在線考試以及數(shù)據(jù)收集等功能[5]，其中，問卷星以其免費(fèi)、易用等特點(diǎn)已經(jīng)被大量使用。本教學(xué)模式在課前測試主要使用問卷星，教師提前在線上錄入與知識點(diǎn)相關(guān)的試題，發(fā)布試題的鏈接和二維碼，學(xué)生可以通過pc或者手機(jī)登陸網(wǎng)站進(jìn)行答題。教師通過問卷星后臺的數(shù)據(jù)能夠查看到考試成績、題目正確率分析，根據(jù)這些數(shù)據(jù)能及時(shí)了解學(xué)生的知識預(yù)習(xí)情況，針對錯(cuò)誤率比較高的題目，在課上進(jìn)行重點(diǎn)講解和鞏固。

課程內(nèi)容的設(shè)置上要循序漸進(jìn)，符合高職學(xué)生的思維發(fā)展，整個(gè)教學(xué)過程圍繞課程內(nèi)容展開，目標(biāo)是讓學(xué)生充分系統(tǒng)地掌握知識。教師的教學(xué)計(jì)劃要結(jié)合學(xué)生現(xiàn)狀合理安排。python課程的內(nèi)容設(shè)置如圖1所示，總體分為基礎(chǔ)、進(jìn)階和提高三大部分。整個(gè)課程總共有48個(gè)學(xué)時(shí)，由于這三部分難易程度不同，教學(xué)課時(shí)有差異，從我們幾輪的教學(xué)實(shí)施來看，這三部分的課時(shí)比例大致為2∶3∶3比較合理，在實(shí)際的教學(xué)實(shí)施過程中不同基礎(chǔ)的班型之間這一比例會有些調(diào)整。

語法規(guī)范中尤其關(guān)注和其他語言差異比較大的地方，比如以縮進(jìn)而不是大括號開始一段新的語句塊。基本語句中主要包括判斷、循環(huán);數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中涉及python的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和復(fù)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)字符串、元組、列表、字典、集合;面向?qū)ο笠詫?shí)際項(xiàng)目貫穿類的封裝、繼承和多態(tài)特性;第三方庫涵蓋數(shù)據(jù)分析常用庫NumPy、pandas、matplotlib，爬蟲常用庫urllib。

二、 課中導(dǎo)學(xué)

赫爾巴特把教學(xué)分為“明了”“聯(lián)想”“系統(tǒng)”“方法”四個(gè)階段。“明了”是給學(xué)生清楚地講解新知識，“聯(lián)想”是把新舊知識聯(lián)系起來，“系統(tǒng)”是在新舊知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)形成自己的知識體系，“方法”是對所學(xué)知識進(jìn)行應(yīng)用。python是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生能夠靈活應(yīng)用所學(xué)進(jìn)行獨(dú)立編碼才能說明真正掌握了知識點(diǎn)。為達(dá)到這一目標(biāo)，我們靈活運(yùn)用語言、直觀感知和練習(xí)法等教學(xué)方法。

（一）明了

“明了”是學(xué)生掌握新知識的初級階段，我們在教學(xué)過程中主要使用語言教學(xué)法和演示法。

語言教學(xué)中最常用的是講授法，這也是傳統(tǒng)課堂的一種主要授課方式，它能在較短時(shí)間內(nèi)有計(jì)劃、有目的地傳授學(xué)生較多的知識。但是講授法會讓學(xué)生感覺枯燥乏味，我們在課堂上穿插應(yīng)用問答法和討論法，從python知識點(diǎn)中提取多個(gè)小問題和討論專題，以此引導(dǎo)學(xué)生獲取、鞏固以及檢查知識，也能讓學(xué)生保持較長時(shí)間的注意力和興趣。

演示法是編程語言類課程的直觀感知教學(xué)方法，能讓學(xué)生通過感性材料，加深對學(xué)習(xí)對象的理解認(rèn)識，引起他們的學(xué)習(xí)興趣和進(jìn)一步思考。我們使用演示法一方面可以演示重點(diǎn)難點(diǎn)程序的編寫和運(yùn)行結(jié)果，另一方面也會展示豐富的材料吸引學(xué)生的興趣和注意力。比如，在python基礎(chǔ)教學(xué)中，面向?qū)ο蟛糠忠恢笔潜容^難的一個(gè)知識點(diǎn)，我們通過演示使用python語言面向?qū)ο笾R編寫的“飛機(jī)大戰(zhàn)”游戲（如下頁圖2所示）作為課程的導(dǎo)入，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，吸引他們認(rèn)真學(xué)習(xí)并實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。通過該小游戲代碼的學(xué)習(xí)和實(shí)現(xiàn)，學(xué)生能夠理解類的定義，屬性和方法的定義，以及類的高級特性。

“明了”階段不止是教師的“傳道授業(yè)”過程，更多的是需要教師進(jìn)行知識任務(wù)引領(lǐng)，啟發(fā)學(xué)生積極思考，提出問題讓教師“解惑”。達(dá)到這一目標(biāo)的前提就是要學(xué)生深刻理解知識點(diǎn)，提出自己的問題。

（二）聯(lián)想、系統(tǒng)

“聯(lián)想”“系統(tǒng)”兩階段學(xué)生需要能夠構(gòu)建自己的知識體系，學(xué)生的個(gè)體差異在這兩個(gè)階段體現(xiàn)的最為明顯，教師要根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)因材施教。

高職的生源主要有高中畢業(yè)生和中職畢業(yè)生，對于這兩類學(xué)生我們的課堂教學(xué)組織有所區(qū)別。高中生源沒有編程基礎(chǔ)，側(cè)重編程知識的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，我們在教學(xué)過程中重視重點(diǎn)難點(diǎn)知識的講解;中職生源通常都有C語言的基礎(chǔ)，而C語言和python在風(fēng)格、語法以及語句上都有較大差異，學(xué)生有時(shí)由于先入為主的因素，經(jīng)常采用C語言的編程習(xí)慣和思路，這需要我們在基礎(chǔ)教學(xué)之上進(jìn)行對比教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察、思考充分理解語言的異同點(diǎn)，達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。python教學(xué)過程中重點(diǎn)關(guān)注的和其他語言的差異點(diǎn)如表1所示。

構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)習(xí)是學(xué)生主動構(gòu)建知識的過程，教師應(yīng)該從學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識構(gòu)建，我們在“聯(lián)想”和“系統(tǒng)”兩階段的教學(xué)目標(biāo)正是要讓學(xué)生主動構(gòu)建自己的知識體系。通過完善的課程知識體系，加上授課過程中適當(dāng)?shù)膶Ρ冉虒W(xué)，學(xué)生對知識點(diǎn)掌握更加透徹，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識時(shí)才能進(jìn)行知識遷移，舉一反三。

（三）方法

高職院校在教學(xué)中重視理實(shí)一體化，即理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)融合，2019年國務(wù)院發(fā)布的職教20條也提出職業(yè)院校實(shí)踐性教學(xué)課時(shí)原則上占總課時(shí)的一半以上。體現(xiàn)在具體的課程中，使得“方法”階段尤為重要。對于編程語言類課程，“方法”階段主要是讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行指定需求的實(shí)現(xiàn)，在教學(xué)過程中我們主要使用練習(xí)法教學(xué)。練習(xí)法是教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行具體需求實(shí)現(xiàn)、鞏固所學(xué)知識的過程。練習(xí)法按使用階段可以分為單元知識點(diǎn)的專項(xiàng)練習(xí)和綜合知識的項(xiàng)目練習(xí)。

單元知識學(xué)習(xí)期間對于每個(gè)知識點(diǎn)如各種語句、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、處理機(jī)制，學(xué)生都應(yīng)該能夠在理論學(xué)習(xí)后，在開發(fā)環(huán)境中根據(jù)給定的需求進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。單元專項(xiàng)練習(xí)重在讓學(xué)生個(gè)體獨(dú)立完成任務(wù)掌握知識點(diǎn)，以點(diǎn)帶面，深入掌握每個(gè)知識點(diǎn)才能讓學(xué)生形成python語言的整個(gè)知識體系。

在單元課程結(jié)束后安排一個(gè)單獨(dú)的綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，旨在讓學(xué)生通過實(shí)現(xiàn)企業(yè)真實(shí)的項(xiàng)目案例來綜合運(yùn)用知識以及熟悉項(xiàng)目開發(fā)流程，這一環(huán)節(jié)目前安排有48學(xué)時(shí)。綜合實(shí)訓(xùn)中通常采用項(xiàng)目化教學(xué)方法[6]，傳統(tǒng)的項(xiàng)目化教學(xué)主要思路：一是對學(xué)生進(jìn)行分組，每個(gè)分組中按照企業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行角色分工，比如項(xiàng)目經(jīng)理、系統(tǒng)工程師、開發(fā)人員、測試人員等。二是明確項(xiàng)目任務(wù)后各個(gè)分組進(jìn)行計(jì)劃制定、需求分析、需求設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)、驗(yàn)證測試。這種項(xiàng)目化教學(xué)一定程度上避免了傳統(tǒng)課堂上教師照本宣科地講理論現(xiàn)象，讓學(xué)生真正動手實(shí)踐起來，并讓學(xué)生對軟件開發(fā)流程有了一定的理解。但是結(jié)合企業(yè)實(shí)際的軟件產(chǎn)品開發(fā)流程和對現(xiàn)有項(xiàng)目化教學(xué)方式的分析，我們覺得還存在如下幾個(gè)問題：一是以學(xué)生為中心，不是意味著教師角色的缺失，教師在整個(gè)教學(xué)過程中都應(yīng)該起著主導(dǎo)作用。二是學(xué)生不能只滿足于項(xiàng)目功能的實(shí)現(xiàn)，要學(xué)會舉一反三，教師應(yīng)注重知識的擴(kuò)展引導(dǎo)。三是項(xiàng)目的完成并不表示產(chǎn)品周期的終止，在項(xiàng)目過程中始終要讓學(xué)生樹立質(zhì)量意識，并注重軟件產(chǎn)品的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。鑒于以上問題，我們在項(xiàng)目化教學(xué)階段引入產(chǎn)品開發(fā)流程IPD（Integrated Product Development），在流程中的每個(gè)階段都有教師參與。IPD流程的各個(gè)階段中學(xué)生和教師的活動如下頁圖3所示。

IPD流程以產(chǎn)品的整個(gè)開發(fā)和生命周期作為管理對象，分為概念階段、計(jì)劃階段、開發(fā)階段、驗(yàn)證階段、產(chǎn)品發(fā)布階段以及生命周期管理階段。在概念階段、教師兼有客戶和項(xiàng)目管理人員身份，提出需求并進(jìn)行需求澄清。在傳統(tǒng)的項(xiàng)目化教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)因?yàn)閷W(xué)生的個(gè)體差異較大，在小組分工完成任務(wù)時(shí)，有些學(xué)生貢獻(xiàn)較小進(jìn)步較小。因此，在需求階段我們要求學(xué)生在分組的同時(shí)明確組內(nèi)人員分工和具體任務(wù)，爭取讓所有學(xué)生在整個(gè)項(xiàng)目過程中都有收獲和進(jìn)步。項(xiàng)目組人員角色設(shè)置有開發(fā)人員、測試人員、軟件設(shè)計(jì)人員（負(fù)責(zé)產(chǎn)品軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)）、項(xiàng)目經(jīng)理（負(fù)責(zé)組內(nèi)計(jì)劃和需求把控，可兼任）、客戶代表（負(fù)責(zé)產(chǎn)品需求澄清和產(chǎn)品發(fā)布驗(yàn)收，可兼任）;在計(jì)劃階段，教師提出整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)度目標(biāo)和業(yè)務(wù)目標(biāo)，各組學(xué)生根據(jù)總體目標(biāo)制定組內(nèi)的計(jì)劃和目標(biāo)，主要的計(jì)劃節(jié)點(diǎn)包括產(chǎn)品開發(fā)完成時(shí)間點(diǎn)、產(chǎn)品測試完成時(shí)間點(diǎn)、產(chǎn)品發(fā)布時(shí)間點(diǎn)，主要的目標(biāo)點(diǎn)包括產(chǎn)品業(yè)務(wù)功能達(dá)標(biāo)率、產(chǎn)品缺陷達(dá)標(biāo)率、產(chǎn)品可維護(hù)性和可擴(kuò)展性指標(biāo)，教師對各組的計(jì)劃和業(yè)務(wù)目標(biāo)進(jìn)行總體把控;在開發(fā)階段，各組學(xué)生進(jìn)行概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)以及編碼工作，為了對開發(fā)的成果進(jìn)行及時(shí)的驗(yàn)證，在該階段采用敏捷迭代開發(fā)模式，開發(fā)人員每完成一個(gè)完整的功能點(diǎn)，就交由測試人員進(jìn)行驗(yàn)證，在驗(yàn)證階段發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)反饋到開發(fā)人員進(jìn)行修正，驗(yàn)證階段和開發(fā)階段相輔相成;在發(fā)布階段，每組的客戶代表根據(jù)項(xiàng)目初始時(shí)制定的業(yè)務(wù)目標(biāo)進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)收，教師對產(chǎn)品驗(yàn)收結(jié)果進(jìn)行把控，同時(shí)組織各組進(jìn)行作品評比;在生命周期管理階段，教師把選出的優(yōu)秀作品進(jìn)行歸檔，在后續(xù)的教學(xué)中作為學(xué)習(xí)資源之一提供給學(xué)生，如果在該階段發(fā)現(xiàn)代碼問題或者軟件擴(kuò)展性問題，組織學(xué)生進(jìn)行修改后歸檔。

相比傳統(tǒng)的項(xiàng)目化教學(xué)，基于產(chǎn)品開發(fā)周期的IPD流程引入主要有以下幾方面改進(jìn)：首先，教師在整個(gè)項(xiàng)目過程中起進(jìn)度、質(zhì)量的監(jiān)控作用，引導(dǎo)學(xué)生樹立質(zhì)量意識并進(jìn)行知識的擴(kuò)展，在產(chǎn)品驗(yàn)收發(fā)布后進(jìn)行優(yōu)秀作品歸檔，這些作品能夠供后續(xù)學(xué)生學(xué)習(xí)觀摩;其次，在開發(fā)階段引入敏捷迭代開發(fā)模式，把驗(yàn)證階段的問題和軟件可維護(hù)性可擴(kuò)展性問題作為輸入，不斷改進(jìn)軟件產(chǎn)品的質(zhì)量。

綜合實(shí)訓(xùn)教材在編制時(shí)以企業(yè)項(xiàng)目案例為主線，結(jié)合改進(jìn)的項(xiàng)目化教學(xué)方式，學(xué)生的專業(yè)知識掌握得更加牢固，質(zhì)量意識明顯增強(qiáng)，同時(shí)也具備了企業(yè)良好的職業(yè)能力[7-8]。