基于OBE的《Python數據分析》教學模式研究

由從哲　邱駿達　范洪輝

關鍵詞：OBE；Python；數據分析；混合式教學；課程建設

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）02-0150-03

1 概述

隨著人工智能、大數據的飛速發展，如何緊跟我國經濟社會發展和創新型國家發展的需求，培養高素質的人才，是高校建設的重要目標，其中創新實踐能力的培養是最關鍵的一環。創新是一個民族的靈魂，課程教學改革中鼓勵創新也是核心理念。在教學過程中，培養學生的創新能力和動手能力是一項長期的系統工程。因此，每一位教師在教學中都必須重視對學生創造性思維和實踐能力的培養。未來科技進步和社會發展的關鍵在于人才，目前，各國各地區越來越重視對于人才的競爭，特別是富有創新實踐能力的高科技人才[1]，為了社會的高質量可持續發展，為社會輸送更多高素質人才是高校的重要任務。如何培養學生創新實踐能力是一項系統性工程，其核心就在于提高學生的實踐動手能力和科技創新能力。

隨著國家對科技建設的重視，高校“新工科”建設勢在必行[2]。其核心訴求在于改變傳統的教學模式，提高學生創新實踐能力。通過對高校計算機課程教學模式的調研，筆者發現，目前傳統課堂教學模式仍采用教師講授為主，這種模式下，學生被動接受知識的灌輸，無法對所學內容產生濃厚的興趣。此外，相關課程還會根據課程特點補充了一些實踐教學，如編程語言和其他課程。教師通常會安排實驗來培養學生的計算機編程技能。這種教學模式教學方法單一，不能滿足學生的多樣化需求。評估方法簡單，已不能適應現代社會對培養計算機特長生的高要求。作為一個實踐性很強的領域，計算機課程的教學需要根據學科特點進行設計[3]。隨著教育信息化的發展，產生了越來越多的新型網絡教學平臺，如何更好地使用這些智能化、數據化的教學平臺，對傳統的課堂教學模式進行改革，打造混合式教學模式，切實提升教學效率、提高學生培養質量，是擺在高校計算機類課程改革的難題之一。

基于以上分析，結合課程教學實踐，本研究提出了一種適用于計算機課程的基于OBE理念的混合式教學方法。該方法以結果為導向，結合線上和線下教學資源，設計相關的教學活動，以及圍繞課前、課內和課后三個階段的混合課堂教學過程。對于計算機實踐課程，充分利用智能化數據化教學平臺和資源，提出了以應用案例為中心的混合實踐教學過程。

2 OBE 理論與創新實踐能力的培養

OBE（基于結果的教育）是Spady在1981年提出的一種以結果為導向的教育。OBE是工程教育認證的核心理念之一，又稱作目標導向或者能力導向。它強調以學生為中心，各教學環節的核心目標是培養學生的能力。OBE的核心理念是根據社會發展對人才的需求和學生的個人能力以及他們希望實現的成就，有針對性地培養學生，以扭轉教學過程的設計。

在基于OBE概念的課程設計中，有必要關注一系列問題，例如，通過課程學習，學生最終的學習效果，學生過程性考核成績，如何對學生進行分析幫扶，如何對學生成果進行驗證評價。為了設計培訓計劃、教學過程等，結果導向教育主張設計逆向原則。這一原則強調以學生為中心，可以避免傳統教學模式中過分強調以教師為主導的各種弊端，強調學生最終能力的達成。近年來，計算機行業發展迅速，計算機教育與傳統學科有所不同。如數學、物理和化學。學校應重視應用型教學，注重培養適應社會需求的技術人才。然而，在實際教學過程中，大多數教師仍采用傳統的以教師為中心的教學，課程教學仍以課堂教學為基礎，忽視了學生自主學習和探索新知識能力的培養。這種單一的教育模式沒有結合計算機科學的特點，已經不能適應現在社會對應用技術人才的需要了。探索基于OBE理念的新型教學模式，進一步提高計算機科學的教學質量勢在必行。

OBE理念強調以學生為中心，以問題為中心，是基于學生學習結果的逆向教學模式的教學設計和實施。OBE教學理念要求在教學環節將理論與實踐相結合，在教學環節設置互動活動，增加實踐活動在教學過程中的比例，從而提高學生的實踐能力和創新能力，培養學生的問題解決能力。Python數據分析是計算機專業課程中一門實踐性很強的課程。因此，以培養創新實踐能力為目標，將OBE理念應用于編程類課程教學改革中，是一種有意義的探索和實踐。

3 面向創新人才培養的Python 數據分析教學研究

學生創新實踐能力的培養是一項系統性工程，需要學校、教師和學生三方的充分參與與互動。教學實踐活動的安排注重理論與實踐相結合，并充分強調創新實踐能力的培養。教學內容要充分細化，引入實踐性案例教學。教學方法充分結合網絡教學平臺，豐富課程教學方法。通過教學各環節的優化設置，充分鍛煉提高學生的實踐創新能力[4]。

3.1 科學設置課程目標

應用型高校計算機類專業學生主要培養目標為培養應用技術型專業人才。根據當前人工智能、大數據的發展狀況和經濟社會發展的需要，對于Python數據分析的課程目標要進行充分調研，科學設置[5]。除了學習基礎理論知識外，學生還可以多參加編程競賽或科研項目。通過競賽或研究項目，把理論知識和實際操作很好地結合起來。通過這種模式的教學實踐，既可以加深學生對理論知識理解的深度，又可以快速提高學生解決具體實際項目的實踐能動手力，從而充分增強學生未來發展的綜合競爭力。

在OBE理念的指導下，將與OBE理念相結合的知識模塊重構為教學目標的核心，并設計了覆蓋知識系統的教學驅動項目，項目貫穿了Python數據分析教程的各個知識點。實現課程目標、學生目標和教學目標的統一。

3.2 創新教學方法

目前，各高校計算機類課程傳統的教學方法缺少對學生解決實際問題能力的培養，更多地關注于各種理論知識的灌輸。這種模式較為枯燥，無法真正激發學生學習的動力，更無法達成最終的創新實踐能力的培養目標。目前，程序設計類課程學生的學習積極性不高，主要原因就是沒有激發學生的編程興趣。在課程內容的設置上需要安排一些趣味性的編程問題，從而促使學生產生興趣，產生好奇心，從而使學生主動地進行編程實踐。在教學實踐過程中，教師也要更多地鼓勵學生進行更多的嘗試，保護學生豐富的想象力，這樣，學生就對自己遇到的實踐問題有了強烈的積極性和主動性，把教師強制要求完成的某項任務轉變為我來完成、我想完成、我能完成。這不僅提高了學生的學習主動性，也拓展了學生的思維和創新能力。因此，Python數據分析課程的教學方式一定要以學生的參與為主。調動學習自主性和學習興趣，激發學生的創新意識[6]。

3.3 豐富教學模式

傳統教學模式以教師為主導，強調教師知識的灌輸，忽略了以學生為中心的工程教育理念，同時，各教學環節中缺乏學生的充分參與，也無法保證最終的教學質量和學生學校效果，無法達成最終的教學目標。因此，在實際教學過程中，要充分結合各種教學工具，豐富教學模式，如采用翻轉課堂、微課堂、基于MOOC 的學習空間等多種教學模式[7]，通過信息化智能化教學模式的引入，提高學生的學習興趣，充分參與到各教學環節，提高學生的創新實踐能力。

突出實踐創新能力的培養，大幅提高實踐課程和課時的比例，增加案例教學和項目實踐的內容。信息技術創新實踐能力的培養不僅需要扎實系統的理論知識，還需要積極的創新意識和創新思維、工程背景知識以及分析和解決問題的能力。幫助學生在各種類型的實驗中掌握專業發展的綜合技能，提高學生的工程實踐能力；鼓勵學生探索創新，進行創新性實驗設計，充分發揮個人潛能，提高創新能力；鼓勵學生通過討論和展示，互相幫助，提高溝通合作能力。

3.4 及時更新知識點

計算機行業發展迅速，技術的迭代更新很快，為了滿足發展的需要，Python不斷吸收新的理論、方法和框架，而大學教科書的教學內容相對落后，特別是案例項目遠遠跟不上行業發展，很可能造成學生剛學完，所學技術和知識已經被行業所淘汰。因此，課程教學內容必須緊跟行業前沿，課程組教師必須深入科研和企業一線，接受行業實踐鍛煉。教學過程中，在相關知識點中融入最新技術，縮短課堂與行業的距離，杜絕企業開發技術與高校教學內容脫節的現象發生。同時要加強校企合作，將企業真實項目作為課程教學案例，讓學生在學習過程中真正接觸項目開發，提高學生實踐創新能力。

4 混合式教學的應用

隨著MOOC平臺、SPOC平臺和微課程等在線教學方法的興起，高等教育教學模式迎來了新一輪的改革。其中，MOOC平臺是一個大型的開放式在線教學平臺。它整合了各種在線數字資源，形成了豐富的課程資源。它適用于課前準備。它有著廣泛的受眾和龐大的學生群體。另一方面，SPOC平臺是一個小型的私人在線課程，可以與離線課堂相結合，為學生提供定制和個性化的服務。微課關注某一知識或技能點，內容凝練，主題突出，可作為輔助教學的課程資源。這三種教學方法都使用在線教學方法，各有優缺點。

本研究以計算機類專業《Python數據分析》課程為例，將線上授課方式與線下傳統課堂教學相結合。圍繞教學環節的三個階段——課前、課中和課后，提出了以OBE理念為基礎的混合式教學模式。

4.1 準備階段

在課前準備階段，教師需要根據課堂內容設計并制定預習任務表，并將其發布在線上教學資源中；然后，他們需要將相關學習視頻或資源上傳到學習平臺，供學生下載。學生自主學習，是利用老師提供的學習資源。完成準備工作問題，并及時提交給老師復習。在此過程中，應及時進行學習反饋和溝通[8]。

在線下準備階段，學生需要使用課本和其他課外閱讀材料，自己學習課程內容，通過應用程序進行交流和實時提問。通過細化教學內容，這種線上線下的課前準備方法一方面細分為多個知識點，讓學生可以利用空閑時間觀看和學習；另一方面，通過對學生預習情況的實時記錄，教師能對學生預習情況進行測量。從而便于在課堂上有的放矢地進行教學，從而提高課堂的教學效益。

4.2 課堂教學階段

在課堂教學階段，相對于以教師為中心的傳統教學方式，線上線下混合式授課方式有以下改進：（1）在課堂講授中，提供案例教學環節；教師將在線發布課堂案例，學生將在課堂上進行小組討論；課堂提問和討論旨在提高課堂效率；（2）使用在線測驗等輔助教學方法；學生將回答這些問題并將其提交給一個系統，該系統將自動審查并及時報告結果；這樣對教師掌握學生的學習動態會有一定的幫助。進一步提高針對性教學；（3）線上線下結合使用，有效提供學習反饋，及時糾正，引導學生學習，事半功倍。

在混合式教學模式下，必須對教學內容進行重組，整合課程的知識點。充分利用項目驅動式教學方法，在傳統課堂教學的基礎上增加了微課、MOOC和在線編程測評等方式。學生主要通過在線MOOC和微型課完成需要記憶的知識。對于需要學生理解和分析的內容，主要在傳統課堂教學中使用BOPPPS模型進行解釋，穿插著翻轉課堂、項目探索、實踐講座、同伴問答、編程實踐和課后復習等，然后使用在線測試平臺進行測試，每次測試內容都有迭代變化，從而回顧和檢查學生的掌握情況。最后，將根據作業和測試結果進行統一的在線問答。根據課程實施情況，由教師或學生牽頭進行討論和講解，一方面促進教與學的相互成長，另一方面也增強了學生的自主學習能力、團隊合作能力，提高了學生的表達能力和計算思維能力。

4.3 復習評價階段

在課后復習階段，還采用了線上和線下相結合的混合復習方法。老師們會提前上傳相關課件、在線教學資源、測試和作業分析、擴展閱讀資源，這些問題將自動從題庫中提取出來，形成作業練習。另一方面，教師將課本上的練習安排為線下作業形式的練習。完成作業后，老師會手動檢查并回答學生的問題。最后，學生將總結并向老師提供反饋。

教學實施完成后，教師、學生和企業將從多個角度評價教學效果[9]。教學效果主要基于MOOC、雨課堂等在線平臺，邀請相關課程教師、學習該課程的學生對項目實施情況進行評估，從而實現課程項目實施的多維細粒度分級，進一步優化教學過程，培養學生的科學實驗能力、工程設計能力、專業實踐能力和科研能力。

5 結論

本文提出的基于OBE理念的創新實踐教學模式，在實際講授計算機基礎課程中，對培養學生的實踐能力和解決問題的能力具有重要作用。在這種模式下，教學目標細化，教學主線明確，重點突出學生。實現了學生對基礎知識和專業技能的掌握，學生自主學習的主動性大大提高。同時也提高了教師的專業技能還有進一步的提高，這就要求教師成為最好的雙師型教師。從細節出發，扎扎實實地完成每個教學環節，既能培養學生的動手能力，又能培養學生的創新能力。還可以幫助他們形成良好的學習和研究習慣，為學生就業打下堅實的基礎。