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

劉學(xué)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(dòng)；教學(xué)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(xué)生的實(shí)踐能力、探究能力、創(chuàng)新能力及表達(dá)能力，更加體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教育理念，亟須授課教師及團(tuán)隊(duì)在課堂教學(xué)模式上進(jìn)行創(chuàng)新。本文提出的教學(xué)模式摒棄老師主講、學(xué)生聽課的傳統(tǒng)形式，轉(zhuǎn)而采用以問題為導(dǎo)向的啟發(fā)式教學(xué)的思想，在以學(xué)生為主導(dǎo)的翻轉(zhuǎn)課堂中引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、探究解決方法、嘗試動(dòng)手實(shí)踐，最終達(dá)到學(xué)以致用的目的。

翻轉(zhuǎn)課堂是一種重新分配課內(nèi)外時(shí)間，將課堂的主導(dǎo)權(quán)由教師轉(zhuǎn)移到學(xué)生的課堂模式[1]。在此模式下，課上和課外的學(xué)習(xí)變得同樣重要，學(xué)生更專注于基于目標(biāo)任務(wù)的學(xué)習(xí)，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(xué)生的創(chuàng)新思維。與此同時(shí)，將智慧教學(xué)和課程思政理念融入教學(xué)過程，為基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式提供支撐。在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)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(xué)當(dāng)中[2] ，以提高課程深度。在課堂內(nèi)外借助智慧教學(xué)工具與學(xué)生聯(lián)通，教師可以實(shí)時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，根據(jù)學(xué)生反饋調(diào)整教學(xué)節(jié)奏[3]，做到“寬而不松，學(xué)教共濟(jì)”，從而規(guī)避翻轉(zhuǎn)課堂在實(shí)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(jì)算機(jī)類專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，Python語言是一種高級(jí)動(dòng)態(tài)的計(jì)算機(jī)語言，其完全面向?qū)ο蟮奶匦允沟么a具有極強(qiáng)的可擴(kuò)展性，設(shè)計(jì)出的程序算法更易維護(hù)，可在數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)等領(lǐng)域使用，進(jìn)行數(shù)據(jù)量較大的工程的計(jì)算[4]。課程主要介紹Python編程的語法基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)方法論、Python 生態(tài)及數(shù)據(jù)處理等基礎(chǔ)理論，希望學(xué)生完成本課程的學(xué)習(xí)后即可利用Python語言編程解決諸多實(shí)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(shí)驗(yàn)課兩部分。此安排希望在課程結(jié)構(gòu)上幫助學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，但由于課程安排工作在實(shí)施時(shí)的偏差，往往會(huì)存在理論學(xué)習(xí)和實(shí)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(xué)中，課堂的重點(diǎn)容易集中在對(duì)語言語法的描述和解讀上，受限于上課時(shí)間，即使有代碼的演示也往往是淺嘗輒止，在教與學(xué)之間很容易產(chǎn)生“壁壘”。同時(shí)，有時(shí)為了趕進(jìn)度或備考，真正留給學(xué)生體驗(yàn)和思考的時(shí)間相對(duì)較少，學(xué)生沒有切實(shí)體會(huì)代碼編寫的過程，聽得懂、卻不會(huì)用[5]。最后，從學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受程度來看，學(xué)習(xí)語言主要目的本應(yīng)是解決實(shí)際問題，大篇幅的理論知識(shí)講授會(huì)使學(xué)生對(duì)課程失去學(xué)習(xí)興趣和探究激情。只有在夯實(shí)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，以任務(wù)完成為目標(biāo)，才能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中分階段收獲成就感。

3 翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)形式

在本案例中，Python語言基礎(chǔ)課程的教學(xué)在基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的翻轉(zhuǎn)課堂模式下進(jìn)行，借助移動(dòng)終端軟件與學(xué)生實(shí)現(xiàn)全過程交互，將智慧教學(xué)理念真正融入教學(xué)過程中。

翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)形式主要由課前、課中和課后三部分組成。在課前學(xué)生需完成對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，在課中教師需解答學(xué)生疑惑，同時(shí)強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)和應(yīng)用的聯(lián)系，課后通過布置任務(wù)等形式幫助學(xué)生鞏固所學(xué)。借助對(duì)三個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，全方位踐行“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，充分關(guān)心學(xué)生的學(xué)習(xí)過程與結(jié)果，在課堂內(nèi)外同時(shí)開展教學(xué)活動(dòng)，在教與學(xué)的過程中促進(jìn)學(xué)生自主能力和創(chuàng)新能力的提升[6]。

與此同時(shí)，智慧教學(xué)也是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的重要組成部分，在Python語言基礎(chǔ)課程教學(xué)中應(yīng)用超星學(xué)習(xí)通App作為線上教學(xué)工具，使用PTA程序編寫類教學(xué)輔助平臺(tái)作為代碼編寫的線上實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。為更好的在課上實(shí)現(xiàn)同步編程，將輕量級(jí)、可實(shí)現(xiàn)互動(dòng)編程的集成開發(fā)工具Lightly應(yīng)用于課堂，增強(qiáng)課堂互動(dòng)性。

4 任務(wù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

學(xué)生的學(xué)習(xí)惰性和學(xué)習(xí)習(xí)慣欠佳的問題在編程語言類課程中格外明顯，為提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣，同時(shí)為學(xué)生提供增強(qiáng)實(shí)踐能力的渠道和環(huán)境，借助任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式開展教學(xué)是可行且必要的嘗試。任務(wù)驅(qū)動(dòng)旨在為學(xué)生提供理解和處理問題的情境，學(xué)生可以圍繞問題開展討論和學(xué)習(xí)，并在此過程中增強(qiáng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的感悟[7]。

具體教學(xué)中應(yīng)根據(jù)知識(shí)要點(diǎn)將目標(biāo)拆分成若干子任務(wù)，并以此引導(dǎo)學(xué)生完成知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)。任務(wù)對(duì)學(xué)生來說是“需要踮腳尖才能拿到的蘋果”，為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)和探索的動(dòng)力，而任務(wù)的完成又可以有效的激勵(lì)學(xué)生快速進(jìn)入后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，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(xué)設(shè)計(jì)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(xì)闡述在基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的翻轉(zhuǎn)課堂模式下課堂教學(xué)的三個(gè)階段，具體的教學(xué)流程設(shè)計(jì)見圖1。

4.1 課前環(huán)節(jié)

為培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性以及自主學(xué)習(xí)能力，同時(shí)也為了避免將過多的課上時(shí)間花費(fèi)在基礎(chǔ)知識(shí)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(xué)們通過平臺(tái)進(jìn)行課前自主學(xué)習(xí)。

微課視頻應(yīng)具有簡(jiǎn)潔精煉的特點(diǎn)，視頻大多只有幾分鐘到十幾分鐘，每個(gè)視頻僅針對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，教學(xué)內(nèi)容精準(zhǔn)且明確，將知識(shí)要點(diǎn)清晰地傳遞給學(xué)生[8]。微課視頻的制作考量了學(xué)習(xí)者普遍的學(xué)習(xí)狀態(tài)，采用碎片化教學(xué)，保證學(xué)生觀看每個(gè)視頻時(shí)的注意力盡可能保持集中，同時(shí)方便學(xué)生在無法理解時(shí)能夠快速查找反復(fù)觀看。

在Python語言基礎(chǔ)課程的具體實(shí)踐中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在學(xué)習(xí)通平臺(tái)上傳了大量的學(xué)習(xí)資源以供同學(xué)們自主學(xué)習(xí)，資源內(nèi)容包括任務(wù)書、微課學(xué)習(xí)視頻、演示代碼及參考資料等。與此同時(shí)，除了教學(xué)團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備的相關(guān)材料，也盡可能通過MOOC中眾多國(guó)家精品課程來豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)資源。

學(xué)生經(jīng)過線上平臺(tái)相關(guān)資源的學(xué)習(xí)后基本掌握基礎(chǔ)知識(shí)，并通過每個(gè)知識(shí)點(diǎn)后的章節(jié)測(cè)驗(yàn)來檢驗(yàn)自己的學(xué)習(xí)情況。教師通過后臺(tái)查看學(xué)生的微課學(xué)習(xí)參與率、章節(jié)測(cè)驗(yàn)的正確率，從而大致了解學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握情況，在備課時(shí)調(diào)整課程講解重點(diǎn)，為學(xué)生解答預(yù)習(xí)中的困惑并進(jìn)行擴(kuò)展提高，有效提升課堂時(shí)間的教學(xué)效率。

4.2課中環(huán)節(jié)

課前的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)已有效的將傳統(tǒng)課堂中對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的講解前置，從而更好的將課堂環(huán)節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到互動(dòng)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(xué)將緊盯知識(shí)的靈活應(yīng)用和創(chuàng)新探究實(shí)踐，通過適當(dāng)?shù)脑黾訄F(tuán)隊(duì)合作類的任務(wù)，提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和意識(shí)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)依托線上學(xué)習(xí)平臺(tái)超星學(xué)習(xí)通提供的隨堂練習(xí)、分組任務(wù)、主題討論等功能開展教學(xué)，課中教學(xué)過程可分為四個(gè)階段，分別是案例導(dǎo)入、知識(shí)回顧、教學(xué)重點(diǎn)解讀和拓展提高。

1）案例導(dǎo)入部分

根據(jù)課程安排，學(xué)生已經(jīng)在課前基本了解本節(jié)課程基礎(chǔ)知識(shí)，但對(duì)該知識(shí)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(gè)較復(fù)雜的問題作為本節(jié)課程“核心任務(wù)”引發(fā)學(xué)生思考，這不僅是可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的教學(xué)手段，更是可以巧妙引出課程重難點(diǎn)的教學(xué)方法。

2）知識(shí)回顧部分

案例導(dǎo)入部分已自然并生動(dòng)的將學(xué)生帶入到當(dāng)前的課堂情景中，在正式進(jìn)入學(xué)習(xí)之前為了讓學(xué)生了解所學(xué)知識(shí)框架，通過思維導(dǎo)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(xué)生在理解當(dāng)前知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)課程結(jié)構(gòu)有宏觀的認(rèn)識(shí)。在課程開始階段適當(dāng)設(shè)置預(yù)習(xí)回顧的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)若干道題目幫助學(xué)生回憶預(yù)習(xí)中的知識(shí)點(diǎn)，通過“熱身任務(wù)”讓學(xué)生能夠快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。

3）教學(xué)重點(diǎn)解讀部分

本階段在預(yù)習(xí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上開展本節(jié)課程重點(diǎn)知識(shí)的教學(xué)，老師和學(xué)生在此環(huán)節(jié)進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的研討與應(yīng)用。在此階段的課堂教學(xué)中，教師可應(yīng)用多種教學(xué)方法和教具使課堂形式更加多元化，如游戲教學(xué)、協(xié)作學(xué)習(xí)等，通過適合課程特點(diǎn)的方式開展豐富多彩的課堂活動(dòng)，以便于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和感受。以任務(wù)驅(qū)動(dòng)帶來學(xué)習(xí)動(dòng)力，使用團(tuán)隊(duì)合作等方式開展教學(xué)，并通過多種評(píng)價(jià)方式激發(fā)學(xué)生思考活力和創(chuàng)造力，切實(shí)提高學(xué)生的問題解決能力。

4）拓展提高部分

在這一階段學(xué)生已經(jīng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)產(chǎn)生了理解和認(rèn)知，接下來要將其應(yīng)用在實(shí)際情境中，此環(huán)節(jié)也是有效增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的關(guān)鍵一環(huán)。在案例導(dǎo)入部分，教師已為學(xué)生提供了應(yīng)用案例，案例的實(shí)現(xiàn)與解決也恰好是驗(yàn)證學(xué)生是否已經(jīng)掌握當(dāng)前知識(shí)點(diǎn)的重要手段，對(duì)實(shí)際問題的分析過程切實(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的應(yīng)用能力。在此過程中，可借助基于Web的輕量級(jí)開發(fā)工具Lightly實(shí)現(xiàn)代碼的協(xié)同編寫，以實(shí)現(xiàn)編程過程全程可視化，老師學(xué)生共同解決編程過程中遇到的問題，有效提高學(xué)生代碼和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

4.3課后環(huán)節(jié)

課堂教學(xué)結(jié)束不是本節(jié)學(xué)習(xí)的終點(diǎn)，課后學(xué)生需對(duì)課程所學(xué)進(jìn)一步鞏固和提高，教師按照學(xué)生知識(shí)掌握程度將課后作業(yè)分為基礎(chǔ)題和拓展題，學(xué)生根據(jù)所給出的文獻(xiàn)和資料嘗試完成作業(yè)。此過程希望能讓學(xué)生的文獻(xiàn)閱讀和程序編寫能力得到進(jìn)一步提升，教師在這一環(huán)節(jié)借助PTA程序編寫教學(xué)平臺(tái)及時(shí)掌握學(xué)生課后動(dòng)態(tài)。

4.4教學(xué)過程總結(jié)

綜上所述，在本文提出和總結(jié)的教學(xué)實(shí)踐中，課前安排“預(yù)習(xí)任務(wù)”，將基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)前置。以案例導(dǎo)入的例題作為課上學(xué)習(xí)的“核心任務(wù)”，通常該任務(wù)具有“貼近實(shí)際且頗為復(fù)雜”特點(diǎn)，試圖激發(fā)學(xué)生的積極性。在知識(shí)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(jiǎn)單的選擇題形式出現(xiàn)，目的是幫助學(xué)生回憶預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的知識(shí)點(diǎn)。教學(xué)重難點(diǎn)的講解是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)應(yīng)設(shè)計(jì)更加豐富且體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)性的“過程任務(wù)”，幫助同學(xué)們通過探索和實(shí)踐發(fā)掘知識(shí)內(nèi)部的潛在聯(lián)系，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生個(gè)人的實(shí)踐能力，樹立學(xué)習(xí)自信心。在教學(xué)過程的末尾回溯案例導(dǎo)入的“核心任務(wù)”，同時(shí)根據(jù)任務(wù)的完成情況衡量學(xué)生掌握程度，根據(jù)出現(xiàn)的問題為學(xué)生查缺補(bǔ)漏以確保教學(xué)質(zhì)量。課程結(jié)束后，在教學(xué)平臺(tái)中布置“課后任務(wù)”，根據(jù)學(xué)生的接受程度不同安排不同難度的任務(wù)，不僅讓同學(xué)們能夠鞏固已學(xué)知識(shí)，同時(shí)給學(xué)有余力的學(xué)生提供提高能力和水平的平臺(tái)和資源。

因此教學(xué)過程中任務(wù)設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)，讓學(xué)生在任務(wù)達(dá)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(dá)到改善學(xué)習(xí)習(xí)慣、提高學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性的目的。

5 教學(xué)效果分析

基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的翻轉(zhuǎn)課堂模式已應(yīng)用在課堂教學(xué)中，現(xiàn)已在2019級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（簡(jiǎn)稱計(jì)科）以及2019級(jí)物聯(lián)網(wǎng)工程兩個(gè)專業(yè)中進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐并積累了一定數(shù)據(jù)。為更好的對(duì)比兩種教學(xué)方法的教學(xué)效果，2019級(jí)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)（簡(jiǎn)稱數(shù)媒）和2019 級(jí)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（簡(jiǎn)稱智科）仍采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，使用三個(gè)指標(biāo)對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行量化，分別為學(xué)生評(píng)價(jià)滿意度、成績(jī)及格率以及課堂參與度，以此進(jìn)行結(jié)果對(duì)比。由于Python程序基礎(chǔ)課程的應(yīng)用性及實(shí)踐性，采用全程序設(shè)計(jì)題的機(jī)考作為考察方式，以檢驗(yàn)學(xué)生的動(dòng)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(dòng)的翻轉(zhuǎn)課堂模式的兩個(gè)專業(yè)學(xué)生對(duì)于課堂的參與度和滿意程度均略高于采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生，在評(píng)教時(shí)計(jì)科學(xué)生對(duì)課程有“課程生動(dòng)有趣，從案例引入到學(xué)習(xí)內(nèi)容過渡自然，上課形式多樣，師生互動(dòng)頻繁”“安排了課前導(dǎo)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(xué)生，讓學(xué)生上課輕松自然”等評(píng)價(jià)。同時(shí)，在相同的教學(xué)內(nèi)容與試卷難度下，應(yīng)用基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的翻轉(zhuǎn)課堂模式的學(xué)生的成績(jī)及格率普遍高于傳統(tǒng)課堂模式的學(xué)生，學(xué)生的實(shí)踐等能力相對(duì)傳統(tǒng)模式得到了加強(qiáng)，自主學(xué)習(xí)能力和對(duì)計(jì)算機(jī)的興趣也顯著提升。

通過對(duì)教學(xué)效果的數(shù)據(jù)分析可以看出，依托線上學(xué)習(xí)平臺(tái)超星學(xué)習(xí)通App、程序設(shè)計(jì)類教學(xué)輔助平臺(tái)PTA 以及輕量級(jí)集成開發(fā)工具Lightly等教學(xué)工具構(gòu)建的基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的翻轉(zhuǎn)課堂模式能夠有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，多維度提高學(xué)生各項(xiàng)能力，切實(shí)培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新思維，為計(jì)算機(jī)語言類教學(xué)提供了可借鑒的方法。

6 結(jié)束語

從本文提出的教學(xué)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(dòng)的翻轉(zhuǎn)課堂模式，相較傳統(tǒng)教學(xué)模式而言，在學(xué)生評(píng)價(jià)、成績(jī)及格率和學(xué)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(shí)踐與授課之間脫節(jié)、學(xué)生無法在課堂中切實(shí)感知編程過程的問題，同時(shí)有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的多方位能力，形成了學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)效果的良性循環(huán)。在未來的研究和探索中，應(yīng)將教學(xué)模式研究的重點(diǎn)放在如何更好的結(jié)合學(xué)校的辦學(xué)特色中，以培養(yǎng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。