主體思維導向視角下的Python課程教學探索

楊帆 丁曉劍 劉禹鋒 劉健

摘? 要： 當前Python程序設計語言課程教學沒有充分考慮到學生的需求，因此提出將認知啟發融入構成主體思維導向的Python課程教學方法。該方法在通過利用“學生主體為中心，教師為輔導”構建具有層次導向的教學環節中，形成具有逐次遞進的三層教學環境機制;同時在整個教學模式中，實行一種動態量化評價考核機制。教學實踐表明，該方法能夠有效提升學生的計算思維能力，以及學生的自主創新能動性。

關鍵詞： Python程序設計; 高等教育; 主體思維; 計算思維; 教學機制

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1006-8228（2021）02-74-03

Abstract： The Python programming language course teaching at present does not fully consider the needs of students， a Python course teaching method that integrates cognitive inspiration into the subjective thinking guidance is proposed. The proposed method forms a progressive three-tier teaching environment mechanism in a hierarchical teaching link constructed with the concept of "student subject as the center and teacher as the assistant"; at the same time， a dynamic quantitative evaluation and assessment mechanism is implemented in the entire teaching model. The teaching practice shows that the proposed method can effectively improve students' computational thinking ability and students' initiative of independent innovation.

Key words： Python programming; higher education; subjective thinking; computational thinking; teaching mechanism

0 引言

計算機專業的學生在進行整個課程體系的學習過程中，無法避免程序設計語言的學習，而以往的高級語言不僅復雜同時細節知識點較多，給學生產生了抵制自主學習的心里，而無法充分激發創新分析問題的思維能力[1-2]。為此，Python語言憑借著語法簡單、易掌握，逐漸成為主流程序開發設計語言之一;同時，隨著人工智能、大數據等技術的快速發展，利用Python語言開發了一系列功能強大的類庫，不僅減輕了學習者對深度學習、數據分析的學習，也提升了學習者的創新能力[3-4]。

本文提出主體思維導向的Python課程教學方法，對Python語言自身的特點以及結合授課專業學生的特點和學生的就業需求等多方位多角度進行分析入手，探索研究如何讓學生快速掌握問題處理的過程和一般方法，培養學生動手解決問題的意識;學會利用Python編程思維進行相應問題的處理;同時學會解決一些通用問題和學科專業融合問題;從而使得學生在實驗課程教學過程中，具備持續的用Python動手解決問題的學習創新能力。

1 主體性認識導向的Python課題教學模式

傳統教學模式不僅教學方式、方法、內容上都極易導致學生自主能動性缺失，無法實時根據自我主觀興趣融入課題環節，同時傳統課程教學由于講授時間和課程學時的限制，對于Python課程而言，很多學生學習到的內容只達到初級水平，無法滿足所有學生的前期期待效果[5]。翻轉課堂相對于傳統課堂教學而言，不僅使得學生能夠自主調整分配學習時間節奏，而且能夠充分調動學生主體學習創新性和想象力，同時也使得學生和教師之間的課中互動性更強，加大學生對課程教學內容的內化作用[6]。而針對Python課程涉及的知識面寬而廣，不同學生對課程前期期待目標不太一致，為此提出了一種主體性認知導向的翻轉課題教學模式，核心內涵“主體歸類、問題求解、興趣引導、創新能力、團隊協助、思維風暴”。

1.1 問題求解的課程教學資源構建

在線課程融合的主體性認知導向的教學模式，其首要問題即是構建課程的教學資源，學生在學習過程中，都具有一種探究預期目標，如果感覺課程教學內容與自己預期相差較大，則會導致興趣缺少無法實時根據課程進度[7，8]。通過多角度融合的教學模式，可以讓學生前期即可根據自己感興趣的問題進行指導性學習，當前在線教學資源種類多，為了使得學生充分合理的利用教學資源，需結合學生個性化學習目標，充分利用當前已有的精品課程，來完善構建問題導向的教學資源。慕課中包含很多Python涉及到各種類別知識點的線上教學資源，這些教學資源不僅包含課程的教學視頻、大綱、講義、單元測試等內容，可以將這些資源進行類別歸類整合完善，并結合當前實踐應用場景，提煉出適合教學與學生實踐的教學案例。這些教學資源不僅能讓學生充滿興趣，而且有助于提升學生計算思維能力和自主學習能力。

很多在線課程在前期學生能很好的融入，而隨著課程難度的加大，學生理解存在偏差，無法及時跟上課程進度，導致積極性下降;通過在構建的在線教學資源過程中，將線下學生反饋的難點問題作為導向來更新相應教學資源，更新的教學資源可通過嵌入自錄視頻等各種方式使得學生自然過渡，解決難點問題。同時在構建教學資源過程中，為了使得學生能夠發揮創新能力，需要融入一些有易于提升學生分析問題能力的案例資源，這些資源不僅可以鞏固當前學習知識點，還可以回顧前期相關內容。

1.2 多角度多環節融合的教學模式

為了能夠讓主體性期待方向和課程進行匹配，使其能夠積極參與課程學習，需要有機融合學生主體和教師主體之間的內聯性，而這個內聯性可通過主體性認知方式有效內化。如圖1所示，在整個教學實施過程中，分為“課前-課中-課后”三個環節，這三個環節以主體歸類為教學內涵，問題求解為教學準則，興趣引導和團隊協助是教學方法，創新能力和思維風暴是教學目的。結合翻轉課題，能夠合理調動學生主體的積極性，進而培養學生分析設計和解決問題能力，加強學生主動再學習能力。

在Python翻轉課堂的整個教學環節過程中，前期需要準備低階的目標構建教學資源，主要包含基礎語法知識，該過程是必不可少的，由于學生在課程學習前期，已有大概相對目標主體性思維學習范疇，為此在該環節過程中串插著各個前沿知識，激發學生主體性思維意識實時引導，其當前所學知識一直處于目標學習范疇中。通過學生主體的期待目標進行歸類劃分幾個大類別，這些大類別主要根據Python的應用范圍，如：有的學生主體想著重學習網絡爬蟲、數據可視化等相關內容，那么可以把這些劃分為一個屬于數據分析這個大類。再在這個大類中為了充分調動學生學習的積極性和實踐性，進行小組劃分，從而屬于這個大類的各個小組都能進行思維風暴，討論相應課題。

將各個小組反饋的信息整合匯聚到對應的大類中，這些信息即可反饋到課中（線下）來著重講解，并進行相應的指導，同時根據反饋的信息優化低階目標逐步過渡到高階目標，從而逐步提升學生的計算思維能力。學生主體通過將疑難問題實時地在課中導出，解決當前瓶頸問題，并和當前歸屬的類別的各個小組討論交流，演示當前進展，提升學生主體的存在感。課后通過整合反思教學資源，根據學生反饋的信息合理安排階段性任務，同時為了實時調整課前教學資源信息，通過線上的教學工具分析挖掘學生的學習狀況，對教學方案和教學資源進行及時修改完善，并針對性的設計相應的指導方案。

2 動態量化評價考核機制

為了能夠充分考核學生在整個教學環節中學習情況，采用一種動態量化的考核機制，如表1所示，該方式能夠使得學生在整個教學環節中邊學習、邊進行考核，而且在動態過程量化考核中，考核方式多樣化如對學生自主性學習狀態、發散創新性計算思維等都可以納入考核范圍;該方式能夠避免傳統考核方式中單一僵硬化，不能將學生實時融入到教學環節中。在授課過程中，首先上課環節充分利用新型媒體資源，比如通過“雨課堂”在線教學工具，提前將所要講授的相關內容發布到各個學生主體中，可以在課前留出“討論性話題”，有待上課過程中進行討論;或者課件中待補充完善知識點，如“序列解包如何應用于列表和字典中，以及能否應用到函數參數傳遞”，讓學生利用課前時間進行自主性思維，挖掘課中沒有教授到的相應內容。

Python課程教學重點是計算邏輯思維能力的培養以及團隊協作性、創新性的培養，為此在動態考核過程中，利用學生主體性的個人期待目標進行聚類分組，再在各個大類中進行相應的隨機小組分配;對各個小組進行導向性課題項目輔導，實時監督項目進展情況，了解各個小組的學習狀況，進行動態時序性考核。根據學生主體的學生狀態，對每個環節合理分配相應的權重系數，使得整個教學環節都能夠包含動態時序的考核要素，不斷激發學生的學習積極性。

3 結束語

本文通過將主體性思維方式融入到Python課程教學環節中，利用課題的內核“學生主體為中心，教師為輔導”構建具有層次導向的教學生態環境中，形成具有逐次遞進的三層教學環境機制，該機制能夠時刻反饋教學環節中出現的問題，從而有助于及時調整教學方案。將學生主體的興趣嵌入到教學生態環境中，培養學生的自主學習能力，激發學生的團隊協助及創新思維能。同時在整個教學模式中，實行一種動態量化評價考核機制，該考核機制涉及到整個課程教學生態環節中，充分體現學生為主導的教學內涵。

通過基于主體思維導向的教學探索已在實際的Python及數據分析課程中逐步展開，教學實踐表明，該教學方式不僅有助于學生Python知識的學習，也進一步提升了學生的計算思維能力和自主創新能力。后期，我們繼續探索Python的多元化教學創新模式，推動Python課程教學的研究和發展，達到培養新工科環境下實用創新性人才的目標。

參考文獻（References）：

[1] 陳杰華.基于計算思維的Python語言實驗設計與實施[J].計算機教育，2020.2：12-15

[2] 嵩天，黃天羽.Python語言程序設計教學案例新思維[J].計算機教育，2017.12：11-14

[3] 李麗，王大勇，易俗，等.基于Python程序設計的多元化逐級式教學模式[J].計算機教育，2020.1：77-81

[4] 嵩天，黃天羽，禮欣.Python語言：程序設計課程教學改革的理想選擇[J].中國大學教學，2016.2：42-47

[5] 張莉，金瑩，張潔.多樣化可擴展的Python教學體系探索與實踐[J].計算機教育，2017.8：18-22

[6] 李林.面向綜合應用能力培養的Python課程教學探索與思考[J].計算機教育，2018.9：64-68

[7] 黃天羽，嵩天.以圖形牽引興趣的Python案例教學方法與實踐[J].計算機教育，2017.8：32-37

[8] 葉鷗，李占利，馮健，付燕，秦昳，史曉楠.基于DICE知識生態模式的Python課程教學實踐[J].軟件導刊，2020.19（8）：264-266