非計算機專業Python課程的教學方法探究

張振 趙轉哲 劉永明 徐曼曼

旨在引導學生主動參與教學案例方案的設計，提升學生的各項能力。結合改進的“案例驅動式”教學方法，給出一個Turtle繪圖庫的教學案例。該方法的實踐運用表明，改進的“案例驅動式”教學方法明顯提升了學生的學習興趣、自主創新能力、課堂參與度和能力素養，也提高了教學質量和效果。

關鍵詞： 教學方法;Python課程;案例驅動;實踐教學;教學改革

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）16-0173-02

1 引言

隨著工業化技術的發展，多數高校工科專業都開設程序設計課程，旨在通過學習使學生理解高級語言程序設計的思想，體會計算機求解問題的方法和步驟，培養學生使用計算機解決復雜問題的能力[1]。多數高校的非計算機專業采用C語言程序設計作為其入門語言，但其是一門理論性極強、學習知識點多、內容不易于理解的課程，常面臨著課堂枯燥乏味、學生參與度低、面對實際問題往往無從下手等問題[2]。隨著人工智能、云計算、大數據等技術的快速發展，Python語言因其語法簡單、易掌握、接近自然語言以及存在大量已開發第三方庫的特點，是當前的主流編程語言，已成為人工智能時代的第一開發語言[3-4]。因此，Python更適合非計算機專業作為初識程序設計語言來學習，受到了多所高校的青睞[5]。

本文針對我校非計算機專業在Python語言程序設計課程教學過程中所面臨的問題進行分析，提出了一種改進的“案例驅動式”教學方法，并應用于該課程的教學中，該方法旨在提高學生課堂參與度和學習效率，引導學生建立學習自信，培養學生現代計算思維，從而提高教學質量[6]。

2 Python語言課程教學面臨的問題

新興事物往往難以讓人理解和產生興趣，Python語言亦是如此?；仡櫛拘＝鼉赡耆斯ぶ悄?、機器人工程和智能科學與技術專業在Python語言課程的教學實踐，傳統的教學方法在Python課程教學過程中的適用性并不是很強，經分析，當前課堂教學面臨的問題如下：

1）多數授課教師還是按照傳統的授課方法，從基礎的數據類型、控制結構等大量的語法知識進行灌輸式的講解，使學生在學習方式上處于完全被動，主動性缺失，課堂參與度低。

2）非計算機專業的Python課程是由計算機學院教師進行授課，在師生教學管理和責任心方面存在較大問題，教師也很難結合本專業的實際開展相關實驗內容，多數實驗內容為公共類共性問題，與專業脫節，課程學習完成后大多學生只具備初級水平，無法達到期待的學習效果。

3）在能力培養方面，多數學生課后在編程練習上花費的時間太少，對待具體問題的抽象、建模和舉一反三能力較弱，未從計算思維的角度去分析問題，導致學生使用Python語言解決專業問題時往往無從下手。

上述問題存在的根本原因是“填鴨式”的教學導致問題導向不夠明確，學生的學習主觀能動性未被調動起來，未以學生為中心和學習產出為導向。

3 教學方法探究

為解決當前Python語言教學過程中面臨的問題，從本學期開始，該課程全面由本學院專業教師自主授課，較好地避免了師生教學管理以及教學責任心不足的問題。在授課模式和方法上也進行了創新，采用改進的“案例驅動式”教學方法，使學生明確重“語用”、輕“語法”的學習重心，加強了學生建模和計算思維的能力，明顯地提高學生課堂參與度。

3.1 改進的“案例驅動式”教學方法

傳統的“案例驅動式”教學方法[7]是將各章節知識融入一個例題，圍繞例題的擴展即可對本章知識點進行講解。需要教師在整個過程中充當指導者的角色，完成課前案例方案準備工作、案例描述、基礎知識介紹、案例分析、案例實現、交流總結和課后復習等工作。一系列的工作需由教師完成。本文針對傳統的“案例驅動式”教學方法進行改進，將案例方案準備、案例描述工作交由學生自主設計，教師進行指導，交流總結及課后復習由學生自主討論，旨在提升學生的教學參與度與計算思維的能力培養，其實施框架如圖1所示，整個過程弱化了教師作為指導者的角色。

本方法的具體實施可分為以下三個階段：

1）案例設計。合理的案例方案設計可提高學生的學習興趣及課堂的參與度，通過學生分組設計案例，以學生視角來創造學習情境，參與課程教學。此階段將班級學生按照章節分成15人一組。教師對本章節內容進行介紹后，通過討論、群投票提出各自想法和意見，在教師指導下進行專題、內容等的設計。

2）案例實現與分析。首先圍繞案例的專題設計方案，考慮如何將本章節知識點融入所提方案;其次，圍繞方案和基本知識點進行程序編譯;最后，在課堂中引導學生對案例所要解決的問題進行分解和知識點分析，并驗證所得結果。本階段也是提高教師水平的重要環節，需要針對教學內容、難點進行分析，有承上啟下的作用。

3）擴展與復習。對單個典型案例進行舉一反三的擴展可得到這類通用問題的解決方案，要求學生討論本類方法在生活中所通用的場景，并掌握該方法的使用。最后，要求學生通過Python123平臺和實驗課進行專題訓練，熟練掌握本章節知識點的用法和內容。

本方法在實施過程中，學生的創新意識、分析解決問題能力、知識學習能力、素質提升以及以“學生為主體”的理念被充分融合，得到了較好的體現，也帶來較好的教學效果。下面以本課程的turtle繪圖庫的教學案例設計為例，對本方法的應用進行簡單闡述。

3.2 Turtle繪圖庫的教學案例設計

在Python語言中，Turtle庫的使用是二級考試必考內容，也是學生必須掌握的知識點 [7]。教材中關于該類庫的介紹只是繪制五角星、太陽花等簡單的線條圖形，以至于學生覺得無趣。因此，合適的案例設計應具備一定的趣味、靈活和可操作性以便提高學生學習積極性。

在案例設計初期由教師告知方案設計小組學生turtle庫可以繪制各類圖形，不僅限于課本的簡單線條，需要涉及畫布設計和畫筆的前進、后退、轉彎、色彩等相關函數的使用。要求同學們能正確使用相關函數以及掌握結構化程序設計的方法和思想。

首先，在案例設計階段，通過小組討論提出了繪制各類圖形的想法，通過群投票確定了以繪制機器貓圖形作為本節案例方案。由于完整機器貓繪制程序較長，因此以繪制機器貓頭部創建教學案例。根據討論，該方案的設計內容與案例描述如圖2所示。

其次，在案例的分析與實現階段，由教師根據圖2所示的教學內容編寫相關繪圖程序并進行課堂講解。該部分涉及函數庫調用、繪圖坐標系的設置、畫筆控制、形狀繪制以及函數的封裝等內容。經分析，該例多數以繪制圓形為主，因此，引導學生理解以模塊化的設計思想完成程圓形程序編寫及調用，以獲得預期的結果。

最后，擴展與復習階段，引導學生進行舉一反三，了解擴展所學知識的可用之處，完成Python123平臺相關練習題，并根據自己興趣繪制不少于30行代碼的圖形。再結合實驗課程的內容加強對所學知識的鞏固，做到學連結合、學以致用。

3.3教學效果的體現

案例設計、分析與實現、擴展與復習的實施過程，巧妙地將知識點、計算思維、討論、課后環節等相互融合，提高了學生教學參與度，也把教師從傳統的灌輸式講解引領到“問題引導，學生主體”的教學模式。

本學期的教學實踐表明，學生在參與案例方案設計的過程中表現出較好的主動性和積極性，課堂中也能通過其他學生對方案的評價獲得成就感，也能激起大家互相評比的心態。通常學生對學習編程知識比較抵觸，本方法將編程融入問題，引導學生帶著自己設計的問題去學習新知識、解決問題，能改變學生“畏難”的學習心態，提升課堂的專注度，學習效果也得到了提升。學生以“主體”高度參與教學案例方案設計，有助于提高學生設計問題、理解問題、解決問題的能力。舉一反三的討論、課后練習、實驗課的緊密結合有助于與解決案例相關類別的系統問題，提升了學生編程能力、計算思維的提高。

4 結論

合理的教學方法能提高學生的方方面面，本文通過以“學生為主，教師為輔”的思想改進了“案例驅動式”教學方法，并應用于課堂。實踐表明，該方法明顯提升了學生的學習興趣、思考問題的能力、課堂參與度和教學效果?，F階段只是該方法的初步使用，還存在較大的改進空間。在后期的教學改革進程中，我們將持續改進，建立本課程的相關案例庫，推動課程建設的發展。

參考文獻：

[1] 賀玲，肖蕾，羅剛，等.案例驅動教學法在Python教學中的應用[J].微型電腦應用，2021，37（1）：134-136.

[2] 范嘉，劉夢.汽車類專業C語言課程教學方法改革淺析[J].教育教學論壇，2019（26）：102-103.

[3] 楊帆，丁曉劍，劉禹鋒，等.主體思維導向視角下的Python課程教學探索[J].計算機時代，2021（2）：74-76，79.

[4] 鄭秀杰.任務驅動式的非計算機專業Python教學實踐[J].電腦知識與技術，2021，17（2）：100-101，108.

[5] 劉妍.Python語言在非計算機專業計算機教學改革中的探討[J].科學中國人，2016（30）：301.

[6] 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.

[7] 曲立國，盧自寶，韓凌云，等.基于項目案例驅動模塊化教學方法研究[J].中國電力教育，2020（7）：73-75.

[8] 嵩天，禮欣，黃天羽.Python語言程序設計基礎[M].2版.北京：高等教育出版社，2017.

【通聯編輯：王力】