基于任務(wù)驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂模式在Python語言基礎(chǔ)課程教學中的應(yīng)用研究

劉學穎 張友志 曹立群

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；Python 語言基礎(chǔ)；任務(wù)驅(qū)動；教學模式

1 引言

在“新工科”背景下，為培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，有效提高學生的實踐能力、探究能力、創(chuàng)新能力及表達能力，更加體現(xiàn)“以學生為中心”的教育理念，亟須授課教師及團隊在課堂教學模式上進行創(chuàng)新。本文提出的教學模式摒棄老師主講、學生聽課的傳統(tǒng)形式，轉(zhuǎn)而采用以問題為導向的啟發(fā)式教學的思想，在以學生為主導的翻轉(zhuǎn)課堂中引導學生自主發(fā)現(xiàn)問題、探究解決方法、嘗試動手實踐，最終達到學以致用的目的。

翻轉(zhuǎn)課堂是一種重新分配課內(nèi)外時間，將課堂的主導權(quán)由教師轉(zhuǎn)移到學生的課堂模式[1]。在此模式下，課上和課外的學習變得同樣重要，學生更專注于基于目標任務(wù)的學習，并在過程中全面開展交流合作、探究質(zhì)疑、拓展提高，以此培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。與此同時，將智慧教學和課程思政理念融入教學過程，為基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學模式提供支撐。在教學設(shè)計時教師應(yīng)注意課程思政環(huán)節(jié)的設(shè)置，讓思政內(nèi)容融入每一章每一節(jié)的教學當中[2] ，以提高課程深度。在課堂內(nèi)外借助智慧教學工具與學生聯(lián)通，教師可以實時了解學生學習動態(tài)，根據(jù)學生反饋調(diào)整教學節(jié)奏[3]，做到“寬而不松，學教共濟”，從而規(guī)避翻轉(zhuǎn)課堂在實踐中可能帶來的弊端。

2 Python 語言基礎(chǔ)課程分析

Python語言基礎(chǔ)是計算機類專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，Python語言是一種高級動態(tài)的計算機語言，其完全面向?qū)ο蟮奶匦允沟么a具有極強的可擴展性，設(shè)計出的程序算法更易維護，可在數(shù)據(jù)分析、深度學習等領(lǐng)域使用，進行數(shù)據(jù)量較大的工程的計算[4]。課程主要介紹Python編程的語法基礎(chǔ)、程序設(shè)計方法論、Python 生態(tài)及數(shù)據(jù)處理等基礎(chǔ)理論，希望學生完成本課程的學習后即可利用Python語言編程解決諸多實際問題。

Python語言基礎(chǔ)課程的授課過程中通常存在以下問題：首先，從課程安排來看，Python語言基礎(chǔ)課程分為理論課、實驗課兩部分。此安排希望在課程結(jié)構(gòu)上幫助學生理論聯(lián)系實際，但由于課程安排工作在實施時的偏差，往往會存在理論學習和實踐環(huán)節(jié)間隔太久或順序紊亂的情況。其次，從授課方式來看，在理論課的教學中，課堂的重點容易集中在對語言語法的描述和解讀上，受限于上課時間，即使有代碼的演示也往往是淺嘗輒止，在教與學之間很容易產(chǎn)生“壁壘”。同時，有時為了趕進度或備考，真正留給學生體驗和思考的時間相對較少，學生沒有切實體會代碼編寫的過程，聽得懂、卻不會用[5]。最后，從學生對知識的接受程度來看，學習語言主要目的本應(yīng)是解決實際問題，大篇幅的理論知識講授會使學生對課程失去學習興趣和探究激情。只有在夯實理論知識的基礎(chǔ)上，以任務(wù)完成為目標，才能讓學生在學習過程中分階段收獲成就感。

3 翻轉(zhuǎn)課堂的教學形式

在本案例中，Python語言基礎(chǔ)課程的教學在基于任務(wù)驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂模式下進行，借助移動終端軟件與學生實現(xiàn)全過程交互，將智慧教學理念真正融入教學過程中。

翻轉(zhuǎn)課堂的教學形式主要由課前、課中和課后三部分組成。在課前學生需完成對基礎(chǔ)知識點的學習，在課中教師需解答學生疑惑，同時強調(diào)理論知識和應(yīng)用的聯(lián)系，課后通過布置任務(wù)等形式幫助學生鞏固所學。借助對三個環(huán)節(jié)的設(shè)計，全方位踐行“以學生為中心”的教學理念，充分關(guān)心學生的學習過程與結(jié)果，在課堂內(nèi)外同時開展教學活動，在教與學的過程中促進學生自主能力和創(chuàng)新能力的提升[6]。

與此同時，智慧教學也是翻轉(zhuǎn)課堂教學的重要組成部分，在Python語言基礎(chǔ)課程教學中應(yīng)用超星學習通App作為線上教學工具，使用PTA程序編寫類教學輔助平臺作為代碼編寫的線上實驗平臺。為更好的在課上實現(xiàn)同步編程，將輕量級、可實現(xiàn)互動編程的集成開發(fā)工具Lightly應(yīng)用于課堂，增強課堂互動性。

4 任務(wù)驅(qū)動的設(shè)計與實踐

學生的學習惰性和學習習慣欠佳的問題在編程語言類課程中格外明顯，為提升學生的學習動力和興趣，同時為學生提供增強實踐能力的渠道和環(huán)境，借助任務(wù)驅(qū)動模式開展教學是可行且必要的嘗試。任務(wù)驅(qū)動旨在為學生提供理解和處理問題的情境，學生可以圍繞問題開展討論和學習，并在此過程中增強對知識點的感悟[7]。

具體教學中應(yīng)根據(jù)知識要點將目標拆分成若干子任務(wù)，并以此引導學生完成知識點學習。任務(wù)對學生來說是“需要踮腳尖才能拿到的蘋果”，為學生提供了學習和探索的動力，而任務(wù)的完成又可以有效的激勵學生快速進入后續(xù)內(nèi)容的學習，從而構(gòu)建良性循環(huán)。值得注意的是在課前、課中和課后的教學設(shè)計中如何合理布置任務(wù)是教師需要著重思考的問題。下文將詳細闡述在基于任務(wù)驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂模式下課堂教學的三個階段，具體的教學流程設(shè)計見圖1。

4.1 課前環(huán)節(jié)

為培養(yǎng)學生的學習積極性以及自主學習能力，同時也為了避免將過多的課上時間花費在基礎(chǔ)知識的講解上，在此部分布置“課前任務(wù)”，將基礎(chǔ)性的內(nèi)容以微課視頻的形式呈現(xiàn)，同學們通過平臺進行課前自主學習。

微課視頻應(yīng)具有簡潔精煉的特點，視頻大多只有幾分鐘到十幾分鐘，每個視頻僅針對某一知識點進行講解，教學內(nèi)容精準且明確，將知識要點清晰地傳遞給學生[8]。微課視頻的制作考量了學習者普遍的學習狀態(tài)，采用碎片化教學，保證學生觀看每個視頻時的注意力盡可能保持集中，同時方便學生在無法理解時能夠快速查找反復觀看。

在Python語言基礎(chǔ)課程的具體實踐中，教學團隊在學習通平臺上傳了大量的學習資源以供同學們自主學習，資源內(nèi)容包括任務(wù)書、微課學習視頻、演示代碼及參考資料等。與此同時，除了教學團隊準備的相關(guān)材料，也盡可能通過MOOC中眾多國家精品課程來豐富學生的學習資源。

學生經(jīng)過線上平臺相關(guān)資源的學習后基本掌握基礎(chǔ)知識，并通過每個知識點后的章節(jié)測驗來檢驗自己的學習情況。教師通過后臺查看學生的微課學習參與率、章節(jié)測驗的正確率，從而大致了解學生基礎(chǔ)知識掌握情況，在備課時調(diào)整課程講解重點，為學生解答預習中的困惑并進行擴展提高，有效提升課堂時間的教學效率。

4.2課中環(huán)節(jié)

課前的預習環(huán)節(jié)已有效的將傳統(tǒng)課堂中對基礎(chǔ)知識的講解前置，從而更好的將課堂環(huán)節(jié)的教學重點轉(zhuǎn)移到互動交流和拓展提高中。根據(jù)“新工科”人才培養(yǎng)要求，課堂教學將緊盯知識的靈活應(yīng)用和創(chuàng)新探究實踐，通過適當?shù)脑黾訄F隊合作類的任務(wù)，提高學生的團隊協(xié)作能力和意識。教學團隊依托線上學習平臺超星學習通提供的隨堂練習、分組任務(wù)、主題討論等功能開展教學，課中教學過程可分為四個階段，分別是案例導入、知識回顧、教學重點解讀和拓展提高。

1）案例導入部分

根據(jù)課程安排，學生已經(jīng)在課前基本了解本節(jié)課程基礎(chǔ)知識，但對該知識可以解決怎樣的問題卻仍有疑惑，所以在開始課程之前，拋出一個較復雜的問題作為本節(jié)課程“核心任務(wù)”引發(fā)學生思考，這不僅是可以激發(fā)學生學習熱情的教學手段，更是可以巧妙引出課程重難點的教學方法。

2）知識回顧部分

案例導入部分已自然并生動的將學生帶入到當前的課堂情景中，在正式進入學習之前為了讓學生了解所學知識框架，通過思維導圖明確本節(jié)課程內(nèi)容在全章節(jié)甚至是全課程中的地位，使學生在理解當前知識點的基礎(chǔ)上對課程結(jié)構(gòu)有宏觀的認識。在課程開始階段適當設(shè)置預習回顧的環(huán)節(jié)，設(shè)計若干道題目幫助學生回憶預習中的知識點，通過“熱身任務(wù)”讓學生能夠快速進入學習狀態(tài)。

3）教學重點解讀部分

本階段在預習內(nèi)容的基礎(chǔ)上開展本節(jié)課程重點知識的教學，老師和學生在此環(huán)節(jié)進行知識點的研討與應(yīng)用。在此階段的課堂教學中，教師可應(yīng)用多種教學方法和教具使課堂形式更加多元化，如游戲教學、協(xié)作學習等，通過適合課程特點的方式開展豐富多彩的課堂活動，以便于學生對知識的理解和感受。以任務(wù)驅(qū)動帶來學習動力，使用團隊合作等方式開展教學，并通過多種評價方式激發(fā)學生思考活力和創(chuàng)造力，切實提高學生的問題解決能力。

4）拓展提高部分

在這一階段學生已經(jīng)對知識點產(chǎn)生了理解和認知，接下來要將其應(yīng)用在實際情境中，此環(huán)節(jié)也是有效增強學生實踐能力的關(guān)鍵一環(huán)。在案例導入部分，教師已為學生提供了應(yīng)用案例，案例的實現(xiàn)與解決也恰好是驗證學生是否已經(jīng)掌握當前知識點的重要手段，對實際問題的分析過程切實培養(yǎng)了學生的應(yīng)用能力。在此過程中，可借助基于Web的輕量級開發(fā)工具Lightly實現(xiàn)代碼的協(xié)同編寫，以實現(xiàn)編程過程全程可視化，老師學生共同解決編程過程中遇到的問題，有效提高學生代碼和團隊協(xié)作能力。

4.3課后環(huán)節(jié)

課堂教學結(jié)束不是本節(jié)學習的終點，課后學生需對課程所學進一步鞏固和提高，教師按照學生知識掌握程度將課后作業(yè)分為基礎(chǔ)題和拓展題，學生根據(jù)所給出的文獻和資料嘗試完成作業(yè)。此過程希望能讓學生的文獻閱讀和程序編寫能力得到進一步提升，教師在這一環(huán)節(jié)借助PTA程序編寫教學平臺及時掌握學生課后動態(tài)。

4.4教學過程總結(jié)

綜上所述，在本文提出和總結(jié)的教學實踐中，課前安排“預習任務(wù)”，將基礎(chǔ)知識點學習前置。以案例導入的例題作為課上學習的“核心任務(wù)”，通常該任務(wù)具有“貼近實際且頗為復雜”特點，試圖激發(fā)學生的積極性。在知識回顧環(huán)節(jié)中布置基礎(chǔ)易上手的“熱身任務(wù)”，該任務(wù)多數(shù)以簡單的選擇題形式出現(xiàn)，目的是幫助學生回憶預習環(huán)節(jié)出現(xiàn)的知識點。教學重難點的講解是教學過程中的重要環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)應(yīng)設(shè)計更加豐富且體現(xiàn)團隊性的“過程任務(wù)”，幫助同學們通過探索和實踐發(fā)掘知識內(nèi)部的潛在聯(lián)系，加深對知識點理解的同時，增強學生個人的實踐能力，樹立學習自信心。在教學過程的末尾回溯案例導入的“核心任務(wù)”，同時根據(jù)任務(wù)的完成情況衡量學生掌握程度，根據(jù)出現(xiàn)的問題為學生查缺補漏以確保教學質(zhì)量。課程結(jié)束后，在教學平臺中布置“課后任務(wù)”，根據(jù)學生的接受程度不同安排不同難度的任務(wù)，不僅讓同學們能夠鞏固已學知識，同時給學有余力的學生提供提高能力和水平的平臺和資源。

因此教學過程中任務(wù)設(shè)計的合理性占據(jù)非常重要的地位，需精心配置合理規(guī)劃，任務(wù)的難度應(yīng)從易到難、從單人到團隊，讓學生在任務(wù)達成的過程中感知解決問題的成就感并全面提高能力，從而達到改善學習習慣、提高學習主觀能動性的目的。

5 教學效果分析

基于任務(wù)驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂模式已應(yīng)用在課堂教學中，現(xiàn)已在2019級計算機科學與技術(shù)（簡稱計科）以及2019級物聯(lián)網(wǎng)工程兩個專業(yè)中進行了教學實踐并積累了一定數(shù)據(jù)。為更好的對比兩種教學方法的教學效果，2019級數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)（簡稱數(shù)媒）和2019 級智能科學與技術(shù)專業(yè)（簡稱智科）仍采用傳統(tǒng)教學方法，使用三個指標對教學效果進行量化，分別為學生評價滿意度、成績及格率以及課堂參與度，以此進行結(jié)果對比。由于Python程序基礎(chǔ)課程的應(yīng)用性及實踐性，采用全程序設(shè)計題的機考作為考察方式，以檢驗學生的動手能力，結(jié)果見表1。

從表1可以看出，采用基于任務(wù)驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂模式的兩個專業(yè)學生對于課堂的參與度和滿意程度均略高于采用傳統(tǒng)教學模式的學生，在評教時計科學生對課程有“課程生動有趣，從案例引入到學習內(nèi)容過渡自然，上課形式多樣，師生互動頻繁”“安排了課前導入環(huán)節(jié)，讓課程內(nèi)容便于理解”和“老師充滿活力激情，且親近學生，讓學生上課輕松自然”等評價。同時，在相同的教學內(nèi)容與試卷難度下，應(yīng)用基于任務(wù)驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂模式的學生的成績及格率普遍高于傳統(tǒng)課堂模式的學生，學生的實踐等能力相對傳統(tǒng)模式得到了加強，自主學習能力和對計算機的興趣也顯著提升。

通過對教學效果的數(shù)據(jù)分析可以看出，依托線上學習平臺超星學習通App、程序設(shè)計類教學輔助平臺PTA 以及輕量級集成開發(fā)工具Lightly等教學工具構(gòu)建的基于任務(wù)驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂模式能夠有效調(diào)動學生的學習積極性，多維度提高學生各項能力，切實培養(yǎng)了學生創(chuàng)新思維，為計算機語言類教學提供了可借鑒的方法。

6 結(jié)束語

從本文提出的教學案例及分析可以看出，在Py?thon語言基礎(chǔ)課程中使用基于任務(wù)驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)課堂模式，相較傳統(tǒng)教學模式而言，在學生評價、成績及格率和學生課堂參與度方面都得到了顯著提高，在一定程度上解決了傳統(tǒng)課堂中存在的實踐與授課之間脫節(jié)、學生無法在課堂中切實感知編程過程的問題，同時有效提高了學生學習積極性，培養(yǎng)了學生的多方位能力，形成了學生學習習慣和學習效果的良性循環(huán)。在未來的研究和探索中，應(yīng)將教學模式研究的重點放在如何更好的結(jié)合學校的辦學特色中，以培養(yǎng)社會經(jīng)濟發(fā)展需要的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。