Python程序設計混合式教學實踐探究

李光敏,文富榮,許新華

(湖北師范大學 計算機與信息工程學院,湖北 黃石 435000)

0 引言

國家和高校都對混合式教學給予了高度重視和支持。《教育部2022年工作要點》強調實施教育數字化戰略行動,加快推進教育數字化轉型和智能升級[1]。《加快推進教育現代化實施方案(2018～2022年)》也要求大力推進教育信息化,構建線上線下混合式學習和學科互通的學習新生態,以現代信息技術推動教育質量提升[2]。混合式教學作為有效的教學模式,在此背景下得到廣泛的應用和推廣。

隨著信息技術的快速發展,計算機編程語言的教學也面臨著新的挑戰和機遇。Python編程語言以簡潔、高效、易學的特點和開源及第三方庫支持的優勢,增加了編程的靈活性和實用性,逐漸成為了當前教學和應用的熱門選擇。本文旨在探討針對 Python 語言課程的混合式教學模式,以期提高教學質量和效果,培養學生的計算思維和創新能力。

混合式教學充分發揮線上線下教學的優勢,提高教學效果。混合式教學結合了線上 MOOC 和線下課堂教學,既能利用 MOOC 的靈活性和豐富性,發揮學生的積極性、主動性和創造性,又能利用課堂教學的互動性和針對性,發揮教師的引領、啟發、監控作用。混合式教學也能實現多元化的評價方式,不僅考核學生的知識掌握程度,也考核學生的技能運用能力和創新思維能力。混合式教學對計算機編程語言類課程具有很好的適應性和參考價值。

1 Python課程與教學改革要解決的重點問題

Python 是快速迭代開發的編程語言,雖然以簡潔易用的語法和豐富的第三方庫深受用戶和市場鐘愛,但在實際的教學過程中發現如下問題:

1)教學時長短,實踐內容弱化當前教學中存在著教學時長短、實踐內容弱化的問題。學生常常傾向于以C語言編程的結構型思維方式來學習,更注重算法的實現,而忽視問題的更好解決方法。Python 編程的特色在于保證代碼可讀性的同時,能讓代碼解決問題簡單化。因此,該課程應凸顯 Python 特色,盡量從最簡單的角度去思考和編寫,保證代碼的簡潔和更加 Pythonic.隨著培養要求的提高,教學內容與學生編程能力的要求相脫節,因此需持續更新教學內容,以“所想即所得”的教學思路,激發學生的學習興趣。

2)課程的評價方式重結果輕反饋

在課程評價中,教師的關注點主要集中于教學內容,而忽略了對學生學習效果的有效評價。目前采用的評價機制主要以期末總結實驗成績為衡量標準,這種方式過于單一,無法全面評估學生的學習效果。在教學改革中,可以引入創新的評價體系,結合電子信息技術,采用技術賦能的混合式教學方法,加強對學習過程中學生效果的評價。

2 混合式教學設計

本教學設計遵循教學目標、考核和教學活動的一致性,貫徹教育部《新時代基礎教育強師計劃》的“整體提升中小學教師隊伍教書育人能力素質”精神[3],關注未來師范生在理工科專業的計算思維能力和知識訓練的培養。

如圖1所示,數字賦能下的混合式教學設計秉持“一體兩翼兩驅動”理念:一個教學過程主體,兩個教學目標,兩類數字資源驅動,以培養學生的信息意識、數字素養、工匠精神和運用知識解決實際問題的動手能力,滿足“兩性一度”的課程要求。

圖1 “一體兩翼兩驅動”混合式教學設計理念

一個主體包括結合線上信息化技術和線下師生研討互動的兩種橫向教學模式,讓教學內容圍繞縱向的課前、課中和課后三個環節進行規劃、組織和展開,形成一個完整的教學過程主體。

兩個目標包括組織和引導學生,完成能力培養和知識汲取兩大目標,從教學內容、教學方式、評價方式等方面進行軸翻轉,達到培養學生能力的目標[4],讓課程教學完全回歸到“學生本位”“能力本位”和“問題本位”的軌道上。

兩類資源驅動包括采用多元化考核方式,有效利用MOOC 平臺的課程視頻、試題庫等資源以及定時提醒功能,以督促學生及時完成課內學習任務。同時結合課外的博客和代碼版本協作平臺中提交的歷史記錄,觀察度量學生在技術社區的活躍度,鼓勵學生持續進行知識輸出,培養學生的寫作能力以及團隊協作精神。

3 教學方法改革

貫徹教育部關于加強本科及以上層次高素質專業化科學教師供給、提高科學教育水平、夯實創新人才培養基礎的精神。本課程從單一的知識輸入,轉變為以立德樹人為根本的數字型應用人才培養,主要從三個方面對教學方法進行改進,如圖2所示。

圖2 教學方法改革實踐路徑

1)“學生畫龍,教師點睛”的教學方式:培養跨學科自學能力,關注知識有效傳遞

實施費曼學習法,以教代學,選用優秀學生擔任課程助教,提供知識答疑。通過校校合作,了解基礎教育的人才培養需求,培養數字素養和計算思維能力。例如,利用 Python 中 for 循環知識點,編寫口算題自動生成器、解答小學奧賽題等。

2)重構教學體系:注重時效性,因地制宜,因人制宜

從難度、復雜度、梯度方面迭代學習度,將各章節所涉及的知識點分解到綜合項目任務中,由易到難,逐步解決實際應用。學習內容源于但不囿于在線資源,設計開發系列融合專業特色和思政元素的教學案例,探索針對師范類學生的特色教學。

3)激勵和悅趣化的教學評價:過程性評價與總結性評價的融合

診斷性評價了解學生的學習水平、認知特點等,自動更新線上自學、線下研討等各項加權值,每周通過騰訊文檔定時推送給個人,方便了解各階段學習情況在班級的排名。博客撰寫和代碼提交歷史等學習記錄也會進行過程性評價,強調知識輸出。課終進行 OJ 在線考試,檢查學生的綜合應用能力,完成總結性評價。

4 課程教學內容及組織實施情況

課程內容改變以語法為主線的組織方式,調整為以問題解決為導向,以案例應用為載體,重組教學內容,將各章節所涉及的知識點(珍珠)融入綜合項目案例(主線)中講解。 課程共設計3個案例(四則運算器、中小學生學習習慣分析、在線思政課程可視化),其中以四則運算器和在線思政課程可視化的案例為例,各分解為5個子模塊,將知識點融入到各模塊中,基于問題導向的任務驅動課程體系對應關系如表1和表2所示。

表1 四則運算器案例課時安排

表2 在線思政課程信息可視化案例課時安排

為了更好地促進學生的學習效果和能力提升,在Python程序設計教學中,采用問題驅動式的線上線下混合教學設計模式。該設計模式主要包括課前準備、課堂活動和課后提升三個環節,通過有序的組織和安排,提供多樣化的學習機會和資源,激發學生的學習興趣和動力,幫助他們更好地掌握Python程序設計的知識和技能。

4.1 課前準備

在教學活動開始之前,教師提前做好學情分析,了解學生的學習狀況和需求。教師通過學習通等教育平臺,上傳知識點的思維導圖、課前練習等拓展資源,供學生進行自主學習。這些資源可以幫助學生在課前對相關知識進行預習,并提供相應的導學材料和練習題,讓學生在自主學習的過程中積累問題和困惑。

為了引導學生有效地進行預習,設置預習導學和預習檢測兩個環節。預習導學環節通過提供預習指南、學習目標和相關學習資源,引導學生對即將學習的內容進行了解和準備。預習檢測環節設置簡單的測試題或問題,讓學生在課前自行嘗試解答,以檢查他們的預習效果和理解程度。這樣的準備工作有助于激發學生的學習興趣,提前引發問題和討論的需求,為課堂活動奠定基礎。

4.2 課堂活動

在課堂教學環節中,采用多種形式和方法進行教學活動,包括教師講授、學生質疑、小組協作、討論、作品展示和歸納總結等。教師根據學生的學習情況和需求,靈活地組織和安排這些活動,以達到教學目標和要求。 教師通過講授和演示的方式,介紹Python程序設計的基本概念、語法規則和常用技巧。同時,鼓勵學生在學習過程中提出問題和質疑,促進思維的活躍和深入。在小組協作和討論環節中,組織學生進行合作學習,共同解決一些開放性的問題或編寫一些簡單的程序。這樣的活動培養學生的團隊合作意識和解決問題的能力,同時提供實踐和實例,加深對知識的理解和應用。

作品展示和歸納總結環節是課堂活動的重要組成部分。學生展示他們在課前準備和課堂活動中完成的作品和成果,例如編寫的程序、解決的問題或討論的結果。同時,教師進行總結和歸納,回顧本節課的重點和難點,強化學生對知識的理解和記憶。這樣的環節有助于鞏固學生的學習成果,提高他們的學習效果和參與度。

4.3 課后提升

課后提升環節是教學活動的延伸和鞏固,旨在幫助學生進一步鞏固和拓展所學的知識和技能。在這個環節中,學生利用網上QQ群、課后測試、技能競賽和博客記載等方式進行深入探究和提升。

學生通過QQ群提問的方式,向教師和同學們提出自己在學習過程中遇到的問題和困惑。同時,參加一些課后測試和技能競賽,檢驗自己的學習成果和能力水平。此外,學生還通過寫博客、記載學習心得和經驗,分享自己的學習過程和收獲。這些活動可以激發學生的自主學習和思考能力,加深對知識的理解和應用,提升綜合能力和創新能力。

此外,課后提升還包括課后延伸和反思提升兩個環節。課后延伸是指通過提供一些拓展資源和學習材料,讓學生對所學知識進行深入拓展和延伸。例如,提供擴展閱讀的文章、編程項目或實例代碼,供學生進一步學習和實踐。反思提升是指學生對自己的學習過程和學習效果進行反思和總結,思考自己的不足和改進方向,從而進一步提高學習效果和能力。

5 課程特色與創新

本課程以數字賦能教育創新為契機,將數字素養培育和精益求精的工匠精神培養納入教學內容,線下研討為主,重在培養學生運用計算思維解決問題的能力,提前籌備未來作為基礎教育教師所需的信息科技知識。

5.1 特色

課程融入了豐富有趣且有實際應用的中小學信息教學案例,以“從知識中來,到生活中去”為宗旨的教學思路。該思路強調將學到的知識與實際生活中的問題相結合,使學生在學習過程中能夠感受到知識的實用性和重要性。通過解決真實的問題,學生將培養邏輯思維和計算思維能力,并逐步掌握解決問題的方法和技巧。該教學方式能夠提高學生對知識的興趣和學習的積極性,培養具備數字素養與技能的基礎教育師范生候選人。

課程的實施改變傳統以語法為主線的內容組織方式,重構以解決問題為導向的課程體系。將復雜的問題分解成簡單的部分,并采用循序漸進的程序設計方式進行教學。通過逐步解決問題的過程,學生能夠逐漸掌握程序設計的思維方式和方法,提高在問題解決過程中的成就感。這種以問題為導向的教學模式能夠幫助學生更好地理解和應用所學知識,培養他們的創新思維和解決問題的能力。

5.2 創新

鼓勵學生遵循3W原則持續撰寫技術博客,注重寫作能力的培養。通過撰寫技術博客,學生能夠將所學的知識和經驗進行總結和分享,提高他們的表達和溝通能力。同時,技術博客也能夠成為學生展示自己專業能力的平臺,幫助他們建立自信心。

探索增值評價的方式,提升學生的專業自信。在教學過程中,不僅僅注重學生的學習成績,更注重他們的實際應用能力和創新思維。通過定期的項目作業和實踐任務,評價學生在實際問題解決中的表現,并給予針對性的指導和反饋。這種增值評價的方式能夠激發學生的學習動力,提高他們的自我認知和專業自信。

挖掘優秀學生作為課程助教,提供及時的知識答疑。作為助教的學生不僅能夠加深自己的理解和應用能力,還能夠通過解答其他同學的問題,進一步鞏固和深化所學知識。這種互助學習的方式能夠促進學生之間的交流和合作,形成良好的學習氛圍。

最后,借助手寫板構建程序設計流程圖,將問題分解、模式識別、抽象歸納和整合等過程可視化展示。通過可視化的方式,學生能夠更清晰地理解問題的解決思路和步驟,避免在程序設計過程中因思路不清晰而感到困惑和迷茫。同時,還利用優秀的Python社區工具,將計算機求解問題的過程可視化呈現給學生,幫助他們更好地理解和應用計算機編程技術。

問題驅動式的線上線下混合教學設計模式通過融入有趣有料的教學案例,改變傳統的內容組織方式,鼓勵學生寫作能力培養,探索增值評價,挖掘學生助教,借助可視化工具等手段,能夠更有效地培養學生的計算思維能力,提升他們的創新思維和問題解決能力,為他們未來作為基礎教育教師所需的信息科技知識提前做好準備。這種教學模式的特色與創新將為教育領域帶來新的活力和發展機遇。

6 結論

通過分析Python混合式教學的理論基礎和實施策略,構建了線上線下相結合的教學流程和評價體系,并借助網絡教學平臺,實現了任務驅動、理實一體、個性化和開源創新的教學目標。對于計算編程語言類課程而言,總結和反思了混合式教學模式的實踐經驗和存在的問題,為師范院校進行教學改革和提升教學質量提供了有益的參考。混合式教學模式在教育創新中具有重要意義,為培養適應未來社會需求的高素質人才提供了可行的路徑和方法。然而,仍需不斷探索和改進混合式教學模式,以更好地滿足學生的學習需求和培養目標,推動教育的創新發展。