新工科環(huán)境下Python程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革與探索

摘要：隨互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的迅速發(fā)展，大數(shù)據(jù)、人工智能、深度學(xué)習(xí)等新工科產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的研究進(jìn)入了一個(gè)熱潮發(fā)展時(shí)期。本文為適應(yīng)新工科產(chǎn)業(yè)人才的需求，改變傳統(tǒng)工科智能語(yǔ)言基礎(chǔ)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，依托超星學(xué)習(xí)通等網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)來(lái)建設(shè)課程資源包括教學(xué)大綱、授課計(jì)劃、課程教學(xué)設(shè)計(jì)等，提出了線(xiàn)上自主學(xué)習(xí)、線(xiàn)下教學(xué)、課程實(shí)踐、教學(xué)考核為基礎(chǔ)的混合式教學(xué)模式等教改措施，以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維、工程化思想，著重培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，啟發(fā)其創(chuàng)新思維，助力我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)和社會(huì)高質(zhì)量的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新工科;Python;程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

引言

隨著深度學(xué)習(xí)、人工智能、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域的新興產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，領(lǐng)域人才出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)狀，傳統(tǒng)的工科教育早已不再適應(yīng)新興產(chǎn)業(yè)對(duì)人才能力培養(yǎng)的需求。為此，教育部于2017年提出新工科教育，各大高校應(yīng)該加快在新工科方面的建設(shè)和發(fā)展，優(yōu)化學(xué)科專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展新興前沿學(xué)科專(zhuān)業(yè)等。中共中央也在十四五規(guī)劃中明確提出加快發(fā)展現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，壯大新一代信息技術(shù)來(lái)推動(dòng)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等各大產(chǎn)業(yè)的深度融合[1]。作為這些新興產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)課程，智能語(yǔ)言基礎(chǔ)之Python語(yǔ)言在其中扮演著非常重要的角色。而各大高校也在程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程方面的專(zhuān)業(yè)建設(shè)和教學(xué)改革進(jìn)一步的深入，Python程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言越來(lái)越受到關(guān)注。

新工科專(zhuān)業(yè)下，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言經(jīng)歷了從BASIC、Fortran等到Java，C/C++語(yǔ)言的轉(zhuǎn)變，目前仍有大量的工科專(zhuān)業(yè)使用C作為基礎(chǔ)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。但是C語(yǔ)言語(yǔ)法復(fù)雜，比其他高級(jí)語(yǔ)言較難以掌握，不太適合非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題，難以適應(yīng)新工科建設(shè)的要求。而Python語(yǔ)言具有簡(jiǎn)潔、易學(xué)易讀易懂、便于擴(kuò)展、可以實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，此外更為重要的是具有眾多的第三方庫(kù)支持，可廣泛應(yīng)用于各個(gè)專(zhuān)業(yè)的復(fù)雜問(wèn)題處理，尤其是在大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)出來(lái)、科學(xué)計(jì)算及人工智能等多個(gè)領(lǐng)域。由于Python的各種優(yōu)勢(shì)，非常適合各不同層次不同專(zhuān)業(yè)工科學(xué)生的學(xué)習(xí)。Python 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言也迅速躍居編程語(yǔ)言排行榜前列，成為當(dāng)下最受歡迎的編程語(yǔ)言之一[2]。

1 Python程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教材單一

隨Python語(yǔ)言的迅速成為多領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)語(yǔ)言之一，市場(chǎng)上已出現(xiàn)大量相關(guān)的教材，有很大一部分教材內(nèi)容太過(guò)簡(jiǎn)單，未介紹程序在運(yùn)行中涉及底層操作的相關(guān)知識(shí)，也有很大一部分介紹的內(nèi)容過(guò)多。沒(méi)有針對(duì)無(wú)編程基礎(chǔ)的本科生做相應(yīng)的重點(diǎn)內(nèi)容調(diào)整。因而此問(wèn)題亟需解決。

1.2 理論與實(shí)踐結(jié)合不緊密

目前的相關(guān)教材主要是針對(duì)知識(shí)點(diǎn)的介紹，并無(wú)相關(guān)配套資源可用，雖然可通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一定的補(bǔ)救，但是理論與實(shí)踐方面結(jié)合的仍不緊密。知識(shí)的深度和應(yīng)用型不足，缺少貼近生活及工業(yè)應(yīng)用的具體案例[3]。

1.3 教學(xué)資料匱乏

雖然 Python 的應(yīng)用日益廣泛，但是從教學(xué)的角度，可用的學(xué)習(xí)資料還比較欠缺。比如針對(duì)各種考核目標(biāo)的練習(xí)題庫(kù)、針對(duì)各個(gè)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)的學(xué)習(xí)案例、針對(duì)不同層次的在線(xiàn)考核試題等，這些都需要較長(zhǎng)時(shí)間的建設(shè)完善。無(wú)法將學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)的新工科教育目標(biāo)融入到程序設(shè)計(jì)課堂中，因而有必要探索新工科背景下的python程序設(shè)計(jì)教學(xué)新模式[4]。

1.4 教學(xué)方式和方法

通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前的教學(xué)方式大多以教師講授理論知識(shí)，課后上機(jī)實(shí)驗(yàn)，理論知識(shí)很多需要課后消化理解，上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生模仿教師的操作“依葫蘆畫(huà)瓢”，只能參照實(shí)驗(yàn)案例中的代碼機(jī)械地敲鍵盤(pán)，遇到的實(shí)際問(wèn)題不知從哪里打開(kāi)突破口，一臉茫然，不能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和編程思維去解決問(wèn)題[5]。

傳統(tǒng)的教學(xué)方法是任課教師在理論傳授中，在多媒體教室詳細(xì)講解知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生不能實(shí)

時(shí)動(dòng)手操作。杜蘭[6]等人將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)運(yùn)用到Python課程教學(xué)中，提出一種以抽簽系統(tǒng)作為一個(gè)連貫的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)改革，該方法激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高動(dòng)手能力、引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新，主要是團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)一起完成開(kāi)發(fā)任務(wù)，但該方法在實(shí)施過(guò)程中不能及時(shí)有效監(jiān)測(cè)到每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

2 新工科環(huán)境下的Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程改革方案

考慮到 Python 程序設(shè)計(jì)課程的重要性以及當(dāng)前存在的問(wèn)題，結(jié)合過(guò)往教學(xué)和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)分別從教學(xué)內(nèi)容、教改措施（包括線(xiàn)下教學(xué)、線(xiàn)上自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐教學(xué)和教學(xué)考核）對(duì)現(xiàn)有 Python 程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行了一定程度的改進(jìn)，具體方案如下。

2.1 教學(xué)內(nèi)容

基于 Python 的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程圍繞程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)：數(shù)據(jù)類(lèi)型、程序控制、函數(shù)及模塊、文件、Tkinter GUI 編程等展開(kāi)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。課程內(nèi)容與學(xué)時(shí)分布如表 1 所示。

2.2 教學(xué)改革措施

1.混合教學(xué)模式

本課程主要采取線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)方法組織教學(xué)。線(xiàn)上自主學(xué)習(xí)依托超星學(xué)習(xí)通和Python123實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)、及中國(guó)大學(xué)幕課的課程資源開(kāi)展，線(xiàn)下教學(xué)以機(jī)房授課、實(shí)踐為主。課前，教師在超星學(xué)習(xí)通發(fā)布講授內(nèi)容相關(guān)的課程資源，包括教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)課件等教學(xué)資料，學(xué)生通過(guò)線(xiàn)上自主學(xué)習(xí)完成預(yù)習(xí)。其中，教材資料可以包括一些學(xué)習(xí)輔助材料，提供一些相關(guān)練習(xí)、實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目相關(guān)的源碼材料，此外還有一些用于學(xué)生考核的測(cè)試題庫(kù)，項(xiàng)目要求及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等材料，方便學(xué)生自我檢測(cè)及考核等。課中理論課以機(jī)房授課為主，同時(shí)課堂實(shí)踐任務(wù)在機(jī)房指導(dǎo)完成。課后學(xué)生在學(xué)習(xí)通完成在線(xiàn)測(cè)試作業(yè)、實(shí)驗(yàn)以小組分組的形式完成Python程序設(shè)計(jì)課程的實(shí)訓(xùn)。此外，師生通過(guò)學(xué)習(xí)通或 QQ 群等媒介進(jìn)行交流討論，可以及時(shí)的很好的監(jiān)測(cè)每位學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)情況。

2.第二課堂

線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)模式的教學(xué)過(guò)程除了課內(nèi)教學(xué)環(huán)節(jié)，還設(shè)置課外第二課堂活動(dòng)。課內(nèi)教學(xué)環(huán)節(jié)中設(shè)置的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等，促進(jìn)學(xué)生知行并進(jìn)。課外第二課堂活動(dòng)主要針對(duì)學(xué)有余力、有繼續(xù)深入學(xué)習(xí)興趣或需求的學(xué)生，依托廣東白云學(xué)院大學(xué)生程序設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)踐基地，通過(guò)有良好積淀的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程、產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)際大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽等平臺(tái)為其提供第二課堂，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以綜合性、創(chuàng)新性、多學(xué)科交叉性項(xiàng)目為主，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與到活動(dòng)中[7]。

線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)模式將傳統(tǒng)的“以教師講授為主”模式向“以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主”模式轉(zhuǎn)變，在預(yù)、學(xué)、導(dǎo)、議、思、練、結(jié)等環(huán)節(jié)中既能有效發(fā)揮教師的引導(dǎo)、啟發(fā)和主導(dǎo)作用，同時(shí)也可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)質(zhì)量、改善思維習(xí)慣，保證教學(xué)目標(biāo)能夠按時(shí)按質(zhì)按量的完成[8-9]。

3.教學(xué)考核

由于不同階段具有不同的考核目標(biāo)，其考核評(píng)估方式也不一樣。在平時(shí)階段，采用在線(xiàn)考試方式，加上平時(shí)成績(jī)?nèi)缯n堂表現(xiàn)、課堂實(shí)踐任務(wù)、作業(yè)等作為考核標(biāo)準(zhǔn)。如果允許學(xué)生自我學(xué)習(xí)，也可以淡化平時(shí)成績(jī)要求;在實(shí)驗(yàn)及測(cè)試階段，主要針對(duì)需要掌握的內(nèi)容做設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)學(xué)生的應(yīng)用能力，讓學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告和課程設(shè)計(jì)報(bào)告及源代碼，及小結(jié)測(cè)試作為考核目標(biāo);在期末考核階段，則需要學(xué)生獨(dú)立完成在線(xiàn)考試并通過(guò)考核。如圖表2所示。

3 教學(xué)改革成效

通過(guò)廣東白云學(xué)院“Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”這門(mén)專(zhuān)業(yè)課在混合教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用，取得了良好的實(shí)施效果。根據(jù)超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，學(xué)生簽到率達(dá)到 97%，每個(gè)學(xué)生平均在線(xiàn)學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)提升了30%?；谠诰€(xiàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，學(xué)生可以進(jìn)行大量的編程實(shí)踐，從而使學(xué)生具備新工科環(huán)境下新興領(lǐng)域所需的知識(shí)結(jié)構(gòu)、能力和素質(zhì)。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)課程整體滿(mǎn)意度達(dá)到95%?；旌辖虒W(xué)設(shè)計(jì)方案可以為軟件編程相關(guān)課程順利實(shí)施完整的教學(xué)提供參考，也為非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐類(lèi)課程在線(xiàn)教學(xué)模式改革提供一定的借鑒。

4 結(jié)論

計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展給人們的生活帶來(lái)了極大的便利，與此同時(shí)也帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。為適應(yīng)未來(lái)社會(huì)的發(fā)展需要，近些年來(lái)國(guó)家開(kāi)始強(qiáng)調(diào)人工智能的發(fā)展。作為該領(lǐng)域的一門(mén)重

要基礎(chǔ)課程，Python程序設(shè)計(jì)得到了廣泛的關(guān)注。但由于這門(mén)課程目前還沒(méi)有得到充分的發(fā)展，因此本文提出通過(guò)結(jié)合線(xiàn)下教學(xué)、線(xiàn)上自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐教學(xué)、教學(xué)考核以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)，為國(guó)家、為社會(huì)培養(yǎng)新工科環(huán)境下的高質(zhì)量人才，助力我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)和社會(huì)高質(zhì)量的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]陳偉，趙雷.Python程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)探索[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2021，17（21）：187-188，217.

[2]顧鴻虹，楊娜，張虹.面向新工科的Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的建設(shè)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2021（20）：118-121.

[3]陳偉，趙雷.Python程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)探索[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2021，17（21）：187-188+217.

[4]易發(fā)勝，李立，趙麗琴.新工科背景下Python程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2021（07）：148-151+156.

[5]冀全朋，嚴(yán)海升.Python程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革與實(shí)踐——基于項(xiàng)目教學(xué)模式[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，46（11）：90-95.

[6]杜蘭，陳琳琳，劉紅英，等.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的 Python課程教學(xué)研究[j].軟件導(dǎo)刊，2020，19（11）：268-271.

[7]王雪，姜學(xué)鋒，劉君瑞，魏英，周果清，張秀偉.線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)模式在C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)教育，2021（11）：152-156.

[8]李倩倩，張隆基，武利，等.基于成果導(dǎo)向的混合式教學(xué)質(zhì)量提升策略研究[C]// 第十七屆沈陽(yáng)科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.沈陽(yáng)：沈陽(yáng)市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，2020：2.

[9]張要軍，呂夢(mèng)倩.一流學(xué)科建設(shè)背景下線(xiàn)上線(xiàn)下混合式金課建設(shè)的探索與思考[J].教育現(xiàn)代化，2020（7）：125-127，135.

作者簡(jiǎn)介：孫雪巖，講師，碩士，主要從事教育教學(xué)改革、網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)感知、態(tài)勢(shì)評(píng)估的研究。