新工科背景下基于OBE的Python實踐教學研究

趙麗麗

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在新工科建設的迫切要求下，以Python語言的實踐教學為研究對象，基于當前新工科對人才培養的要求，結合成果導向教育（OBE）理念，從教學內容、教學設計、師資建設、課程考核等方面提出了相應的教學改革策略，提高學生的能動性，提高人才培養與社會發展需求的契合度。

[關? ? 鍵? ?詞]? 新工科;成果導向;Python實踐;教學改革

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2022）10-0016-03

一、引言

2017年，教育部頒布的《新工科建設指南》，針對高校人才培養方面提出明確要求，各高校需要探索多學科交叉融合的工程人才培養模式，組織開設跨學科課程，探索面向復雜工程問題的課程模式，組建跨學科教學團隊，強化工程人才的創新創業能力，做好新工科人才培養問題。隨著信息技術的發展，新工科所對應的是目前的新興產業，如大數據產業、人工智能、云計算等，在人才素質與能力需求方面，新工科或新興產業更加關注的是人才的實用性與綜合性，因此，傳統的教學模式，以教師為教學活動主體，采用“填鴨式”教學已不符合社會人才培養需求。新工科對人才培養模式、課程的理論教學與實踐教學，都提出了新的要求，新的教學模式應注重實踐能力、創新能力、工程能力與工程素養的培養。在推動新工科建設的背景下，面向新興產業的發展，高校更加迫切需要加快新工科的內涵建設，加強課程建設，改革教學模式與教學理念，創新人才培養模式。

二、成果導向教育理念

成果導向教育（Outcome Based Education，簡稱 OBE）于1981年由斯帕迪（Spady）[1]等人首次提出，之后被越來越多的專家所關注，并很快得到了教育界專家的認可，越來越多的人開始研究OBE理論。OBE理論是一種以學生最終的學習成果為導向的教育理念，認為整個教學過程的事實最終目的就是希望學生通過教育過程，最后能取得社會認可、自我滿足的一種學習效果或成果。因此，OBE理論關注的是長期的學習效果，不僅僅是學生的課業學分，更多關注的是畢業后學生所擁有的能力，以學生具備的實際能力作為衡量標準，反映學生通過實施教學整個過程之后，將知識用于解決實際問題的認知能力。目前，在中國、美國、英國、加拿大等國家成為當前教育教學改革的主流理念。美國工程及技術教育認證委員會（ABET）于2000年之后開始實施成果導向理念的認證模式[2]，踐行工程教育專業認證的基本理念：成果導向、學生為中心和持續改進。我國自2005年開始開展工程教育認證，其認證理念是：以學生為中心、成果為導向和質量持續改進[3]。因此，為達到工程教育認證的要求，提高人才培養的質量，將OBE成果導向這一先進的教育理念，應用到更多的教學實施過程中，實施教育教學改革，從而加快新工科建設進程。

三、Python課程教學現狀

隨著新興產業的發展，云計算、大數據和人工智能逐漸成為主流技術，其中，Python語言作為主要使用語言，受到了越來越多的關注，在科學計算、機器學習、數據挖掘等諸多領域中發揮著極其重要的作用。2018年教育部考試中心將Python語言納入計算機二級考試科目中。2019年，IEEE Spectrum發布了全球最受歡迎的編程語言排行榜，其中Python語言高居榜首。越來越多的高校逐步開設Python課程，但目前主要以通識教育為主，授課內容多為基本語法，教學案例多為基礎案例與經典算法應用，無法將Python設計方法與專業問題、實際問題結合起來，課程定位與專業實際需求不匹配，無法解決實際問題;課程學習目的不明確，學生積極性不高等[4-5]。近年來，國內外大學對Python課程的教學和實踐教學環節進行了較深入的研究和探討，主要從計算機思維[6]、新工科[7]、成果導向[8]、慕課[9]、混合式教學[10]等方面進行教學改革，并發表了相應的教改論文。本文基于新工科背景，結合成果導向理念，確定Python課程的教學應以專業能力培養為導向，將實際問題與知識點講授相對應，注重培養學生解決實際應用問題的能力，提高學生創新應用能力。

四、基于OBE的Python實踐教學改革

（一）教育理念改革

將新工科教育理念融入Python實踐教學中，以成果導向為引導，突出以學生為中心的教育理念，注重學習產出和學生能力提升，主要通過以下三個方面改革：

1.個性化教育

尊重學生的個性化差異，根據其專業特點與興趣愛好，給學生更大的自由選擇空間，通過構建“第一課堂與第二課堂”體系實現個性化教育。第一課堂體系以人才培養目標確定課程體系，融入專業元素，創新開展公益勞動課程，擴大選修課的范圍和學分。是否達成與崗位勝任力驗證作為課程體系評價標準，進行校、內雙循環;第二課堂通過常規活動和創新板塊培養學生崗位技能，實現學生職業素養全面發展，培養學生創新能力和溝通能力，著力提高學生的創新能力、實踐能力。學生可以根據個人喜好，有針對性地選擇課程，確保學生的充分發展，培養“個性化”人才。

2.多元化知識體系構建

豐富課程授課內容，不斷拓展深度與廣度，多學科交叉，推動課程的內涵式發展，鼓勵學生在學好本專業的基礎上，依托“第二課堂”，積極涉獵學習相關學科的知識，構建多元化知識體系，為培養“通用型、綜合型”人才奠定基礎。

3.應用型人才培養模式

緊跟社會人才需求，持續更新培養內容與培養目標，加強實踐創新能力培養，服務地方性改革與發展，培養專業知識扎實、實踐能力突出，掌握互聯網、大數據等信息技術，具有良好的創新精神和團隊合作精神的高素質應用型信息服務專門人才，實現新型復合型、應用型人才培養目標。

（二）教學內容改革

作為大數據、人工智能的主流技術語言——Python語言，教學內容方面更應該注重實踐教學內容更新，將知識點與項目中的實際問題相結合，增加OBE成果導向教育，加強實踐能力培養內容。課程講授內容結合授課專業需求，整合教學內容，既要滿足計算機類專業學生的實際需求，又要考慮到專業課、升學、就業等方面的需求，同時結合創新創業教育、工程認證、學科競賽等相關內容，尤其可參考數據挖掘中相關競賽中的實際案例、競賽題目，將其與課程的基本理論知識相融合，明確課程的授課知識點。課程內容的組織依然采用傳統的任務驅動模式，要求學生根據所學知識點完成相關的項目任務。隨著學生完成教學大綱內設定的進階型教學任務，快速學會和掌握Python的基礎知識與基本操作技能，從而提升學生的數據處理能力，達到使學生能根據給定數據進行統計與分析的目標。

在教學內容選取方面，同時做到與時俱進，引入一些最新前沿的計算機知識以及科技動態，與時事、新技術結合起來，激發學生的學習熱情，因此，Python的實踐教學部分抽取數據挖掘項目中的子任務作為授課內容，逐級提升學生實踐能力。

1.網絡爬蟲

作為Python教學的基礎部分，要求學生掌握定向抓取相關網頁資源，根據既定的抓取目標，有選擇地訪問Internet上的網頁與相關的鏈接，獲取所需要的信息。

2.數據分析

作為Python教學的核心部分，要求學生掌握適當的統計分析方法，對數據進行加工、整理、統計與分析，對數據加以詳細研究和概括，提取有用信息，從而形成某一特定結論與分析報告。

3.數據可視化

作為Python教學的應用部分，要求學生掌握提取信息單位的各種屬性與變量，通過表達、建模以及對立體、表面、屬性以及動畫的顯示，對數據加以可視化的呈現。

（三）教學模式改革

Python教學采用線上線下結合的混合式教學模式，針對Python編程課程的應用特性，其基礎理論知識采用線上視頻教學與線上答疑為主，實踐教學內容采用任務型教學模式與自主性學習模式，將成果導向理念貫徹在教學的各個環節中，整合專業知識，形成課程教學主線。采用進階學習模式，主要分為四個時期，認知時期、翻譯時期、程序時期與解決問題時期。

1.認知時期

課程的了解階段，該階段的思維模式以直覺性與集中性為主體，通過表象性的知識學習，確定學習的方向和內容，以及確定要達到的主要目標。在該時期，學習內容為Python的語言簡介、基本語法：變量、表達式、語句等。

2.翻譯時期

課程的內化階段，該階段的思維模式以概括性與間接性為主，通過前期大量表象性知識的積累基礎上，把事物共同的特征和規律抽取，同時借助一定的媒介和知識經驗對事物進行概況與全面的認知，形成文件化、標準化、系統化的知識。在該時期，學習內容為Python的基本結構、函數、文件、字典、數據庫的訪問與使用等。

3.程序時期

課程的重構階段，該階段的思維模式是對經驗的改組，將知識梳理與技能訓練進行有機結合，從而對已有的知識經驗不斷進行更新和重構。將前期認知時期與翻譯時期的知識積累，與實際程序、實操訓練結合在一起，促進學生的知識整理、技能的培養，以達到思維的二次飛躍。在該時期，學習內容為Python的基礎應用，包括特定主題的文本獲取、數據采集、簡單的數據統計與可視化。

4.解決問題時期

課程的實踐階段，該階段的思維模式是實際發現問題、解決問題的思維模式，將前期所掌握的知識和技能組建為結構化的模型，采用程序化的思維模式解決問題。在該時期，學習內容為Python的高級應用，包括現實生活中實際的問題、競賽題目或項目案例。

根據不同時期的學習特性和知識要求，前期以線上教學為主，主要講授基本理論知識，之后，隨著學習內容的累積和加深，逐漸增加線下學習時間，充分利用已有的在線教學平臺，結合翻轉課堂、微課等多種方式方法科學教學，將傳統的課題講授模式與線上授課相結合，組織混合式教學，提升教學效果。課堂教學與線上教學平臺的有機融合，不僅可以為教師提供多種教學方式和方法，同時可以直觀地反映學生的學習情況，幫助教師更好地管理整個教學過程。

（四）師資隊伍改革

依托校企合作，整合學院師資與企業技術工程師組建跨學科、高水平的師資隊伍，同一門課程由學院教師與企業教師共同承擔，根據課程內容及不同時期確定授課人員。大多數情況下，在認知時期與翻譯時期由學院師資講授，主要以理論知識為主，構建學生Python教學理論知識基礎;在程序時期與解決問題時期，由企業教師承擔授課任務，在授課過程中引入企業實戰項目，將知識點與項目需求有機結合在一起，融會貫通，提高學生的實踐能力，增強知識的綜合運用能力，真正達到“學以致用”的目標。

（五）考核方式改革

堅持以成果為導向，增加過程性考核比例，注重實踐綜合能力的考查。傳統的評價方式仍以期末理論考試為主，期末考試一張卷，決定了學生學習的好壞，導致很多學生不注重平時學習的積累，只靠考前突擊、作弊求通過，無法凸顯考核的真正目的，幫助學生更清楚地了解自己目前的學習情況，反思自己在課程學習中的錯誤。因此，課程采用多元化的評價體系，在實踐課程中采用開放性、多樣化的考核方式。可采用上機考試或“一人一題”的項目考核，讓學生去尋找解決方案，提升解決問題的能力，注重考核學生的知識運用能力，而非應試能力。同時，鼓勵學生多參加各種類型的專業競賽，報考基礎類專業職業從業資格證書，將課程理論體系與競賽內容相互促進，相輔相成。將競賽成績、職業證書納入考核內容，作為課程考核的附加條件，鼓勵學生“學以致用”，提高學生的學習能動性，增加學習積極性，真正實現“以成果為導向”的教育理念，提高學生的綜合素質，讓人才培養契合社會發展需求。

五、結論

隨著大數據、云計算與人工智能的快速發展，越來越多的高校都開設了Python程序設計語言課程，但在教學內容、教學設計等均采用常規教學模式，教學效果欠佳。本文以Python教學為研究對象，結合“新工科”的人才培養目標要求，基于成果導向理念，針對Python課程的培養目標、教學內容、教學設計、師資隊伍、考核方式等方面提出教改策略，在實際課程運行中，可有效地改變課程現狀，但仍存在一定的問題。在以后的教學中，仍需要繼續努力做好課程改革，始終堅持“以學生為中心”的原則，加強學生的學習能動性與積極性，不斷培養學生的工程實踐能力和創新能力。

參考文獻：

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◎編輯 王亞青

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