人工智能時代大學非計算機專業項目引導式教學探索與實踐

摘要：針對高校非計算機專業Python程序設計教學中存在的課時少、學生基礎薄弱、教學效果不佳等問題，結合人工智能時代背景下對人才培養的新要求，文章詳細闡述了構建模塊化的項目引導式教學課程體系的具體方法。通過以項目為核心，將學習目標和任務緊密結合，激發學生的學習興趣和積極性，提升其實踐能力和解決問題的能力，以期為非計算機專業Python程序設計教學提供有益的探索和實踐。

關鍵詞：非計算機專業；Python程序設計；模塊化；項目引導式教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）31-0168-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID） ：

0 引言

教育部在2018年印發《高等學校人工智能創新行動計劃》，引導高等學校瞄準世界科技前沿，不斷提高人工智能領域科技創新、人才培養和國際合作交流等能力，為我國新一代人工智能發展提供戰略支撐[1]。在人工智能技術飛速發展的時代背景下，計算機編程已成為當代大學生不可或缺的基本素養。Python作為一種通用編程語言，以其簡潔易讀、功能強大的特性，在人工智能、數據分析、機器學習等領域得到了廣泛應用，其教學也受到了越來越多的重視。

對于大學非計算機專業的學生而言，掌握Python 語言程序設計，不僅有助于提升個人信息素養和創新能力，還能為未來職業生涯的多元化發展奠定堅實基礎。項目引導式教學，作為一種以項目為驅動、教師為引導的教學方法，近年來在教育領域備受關注[2-3]。此方法通過精心設計的教學項目，幫助學生系統地構建知識體系，逐步深入掌握Python語言的核心概念和編程技巧，能有效激發學生的學習興趣和積極性，同時也鍛煉他們的實踐能力與解決問題的能力[4]。

然而，當前大學非計算機專業的計算機教學仍面臨諸多挑戰。首先，Python程序設計作為非計算機專業的必修課程，通常課時較少，大多為48學時，基本上都是在大一上學期開設。由于大部分學生在此之前并沒有太多的計算機基礎，Python作為他們接觸的第一門計算機語言，其語法知識點較多，學生在理解和記憶上存在一定難度，容易感到內容枯燥并缺乏學習動力。傳統的“課堂理論知識講解+機房實驗”教學方式，缺乏實踐環節的有效融合、師生互動不足、學生缺乏獨立思考和解決問題的機會。同時，教學內容更新不及時，學生學習興趣不高，難以將所學知識用于解決實際問題中。因此，在人工智能背景下，如何有效地開展Python語言教學成為一個亟待研究的課題。

基于此，本文以高校非計算機專業Python語言程序設計課程為例，從構建模塊化的項目引導式教學課程體系、教學內容項目化、項目引導式教學實踐等方面，探討項目引導式教學的實踐效果。希望通過本研究，為非計算機專業的Python程序設計教學改革提供一些有益的參考和借鑒，為人工智能時代大學非計算機專業的教學改革探索出一條有效的途徑。

1 課程概況

1.1 課程目標

本課程主要講授Python編程的基礎知識、核心理論以及基本的程序設計方法。通過本課程的系統學習，學生應能夠熟練掌握Python語言程序設計的關鍵技術和邏輯思維，并能夠運用Python語言解決實際應用問題。為其今后在相關領域開展工作奠定堅實的基礎，初步培養其結合專業知識進行軟件開發的能力，以適應信息化社會的需求。

1.2 課程資源

本課程采用的教材是由學院自編、電子科技大學出版社出版的Python程序設計基礎教程[5]，該教材內容豐富，習題詳盡，操作實例貼近實際，易于理解。為了增強學生的實踐能力，還特別編寫了同步配套教材。課程作業和實驗均通過萬維考試系統完成，該系統提供了豐富的編程練習題，包括程序設計、程序改錯、程序填空等多種題型，使學生能夠全面檢驗和鞏固所學知識。

除了傳統的教材資源，還利用超星網絡教學平臺為學生提供了多樣化的教學資源。平臺上包括了詳細的教學視頻、精美的課件、典型的案例代碼、融入思政元素的思政園地、課后題解以及拓展提高等內容。這些資源的整合，為學生提供了多方面的學習支持，可以促進學生自主學習和實踐能力的提升，有效提高了課程的教學質量和學習效果。

2 項目引導式教學框架

2.1 構建模塊化的項目引導式教學課程體系

鑒于當前大學非計算機專業Python程序設計課程的教學現狀，本文提出了構建模塊化的項目引導式教學課程體系。該模式以項目作為整個學習過程的核心，通過選定一些實用性強、趣味性廣的項目，將學生的學習目標和任務緊密地聯系在一起。

在構建項目引導式教學課程體系時，需要充分考慮教學目標、課程內容、教學方式、學情、實際應用等多個方面。其中，課程內容的模塊化設計是體系構建的關鍵。首先對課程內容進行梳理，然后將知識點劃分為相對獨立但又相互關聯的模塊。每個模塊可圍繞一個或多個項目來展開，確保學生在掌握Python基礎知識后，能夠通過項目實踐加深對知識點的理解和應用。

在項目引導式教學中，項目的選擇非常重要。所選項目涉及的知識點應該貫穿相應的章節，這樣學生在完成項目的過程中，可以逐步構建起完整的知識體系，從而對Python程序設計形成全面的理解。讓學生能夠將所學理論知識應用于解決實際問題之中。同時，教學內容需要與時俱進，及時更新，除了鍛煉學生的實踐能力外，還要收集學生對學習過程的評價和反饋，以優化教學模式，提升教學效果。

根據非計算機專業學生的基礎、教學目標以及Python程序設計語言的特點，將課程內容劃分為8個模塊，包括Python基礎知識、數據類型與運算、流程控制、函數與模塊、面向對象編程、文件操作、數據處理與分析以及綜合應用項目。每個模塊都聚焦于Py?thon編程的某個特定領域，重在幫助學生分階段地學習和掌握相關知識。同時，各模塊之間相互銜接，共同構成了一個完整、系統的課程內容體系。

模塊化設計有助于實現課程學習的靈活性和可擴展性。在教學中，可以根據實際需要對模塊內容進行調整，以適應新的教學需求。不同專業、不同學習能力的學生還可以根據自己的專業和興趣，選擇相應的模塊進行學習，實現個性化學習。整個課程體系分為4個階段，如圖1所示。

2.2 課程模塊內容的項目化

通過圍繞項目展開模塊內容，學生可以在完成項目的過程中逐步掌握相關的知識點和技能。這種學習方式不僅有助于學生形成對知識的整體理解，還能夠提高他們的實踐能力。同時，項目式學習還能夠激發學生的學習興趣，使他們更加積極主動地參與課程學習中來。

為了保證課程模塊之間知識的銜接和內容體系的完整性，在設計模塊和項目時，需要確保每個模塊和項目對課程目標的支撐關系；在模塊設計上采取“漸進式”的難度，以便學生能夠在前一個模塊的基礎上順利進入下一個模塊的學習；在設計項目時，需要穿插使用之前模塊學過的知識點，以此來串聯各個模塊；在課程的最后階段，可設計一個涵蓋多個模塊知識點的綜合項目，讓學生綜合運用所學知識來完成項目，從而加深對各個模塊知識及模塊之間聯系的理解。總之，通過課程內容的項目化設計，力求使課程內容更加符合學生的學習規律，從而提升教學質量和教學效果。

圍繞每個模塊，研究設計了相應的項目任務，便于學生分階段學習和實踐，如表1所示。

2.3 項目引導式教學的實踐應用

教學團隊設計的項目，貼近學生生活、有趣實用。下面以“制作電子通訊錄”項目為例，講解在實際教學中的實施步驟：

1） 項目引入：首先向學生介紹“電子通訊錄”在日常生活和工作中的重要性和實用性，激發學生的學習興趣和動機，明確項目的學習目標即掌握Python中列表和字典的使用，達到提升數據處理的能力。

2） 講解基礎知識：針對項目所涉及的知識點進行詳細講解和示范。確保學生對列表、字典等數據類型及其運算操作等有深入理解。

3） 需求分析和功能設計：和學生一起討論“電子通訊錄”需要實現的功能，包括錄入、查詢和修改聯系人的信息，如姓名、電話、郵箱等。根據討論結果，設計程序的基本框架和邏輯。

4） 學生實踐：學生根據教師的指導，自行編寫代碼實現項目功能。在完成代碼編寫后，組織學生進行代碼測試；在基本功能實現的基礎上，還可以引導學生思考如何對程序進行優化與擴展。在此過程中，教師可以提供必要的幫助和指導。

5） 項目展示與總結：在項目完成后，組織學生進行項目展示，并對項目進行總結和評價。通過向其他同學展示自己的成果，可以增強學生的學習成就感，還可以培養學生之間的合作能力。

通過以上教學實踐，實現了課程內容的模塊化設計，幫助學生分階段地學習和實踐Python編程技能。同時，注重模塊之間的銜接和課程內容體系的完整性，為學生提供更加系統、全面的學習體驗。

2.4 項目引導式教學的考核和評價

課程考核作為衡量教學質量與學生學習成效的核心環節，對于非計算機專業學生而言，尤其需要強調對基礎知識的深入教學與考核。在基礎教學階段，積極引導學生主動預習，并利用超星網絡教學平臺進行自主學習，以便深入理解并熟練應用Python語言。在此過程中，學生的平時成績以完成萬維考試系統中的6個作業、出勤情況以及在超星系統中對知識點的掌握程度作為考核的主要依據。

進入提高階段后，學生的考核目標則聚焦于完成萬維考試系統中的6個實驗。只有當學生成功通過基礎階段的考核后，方可進入下一階段的考核，以確保其學習進程的連貫性與扎實性。

在高級階段，采用模塊化的項目引導式教學模式，為學生提供了從基礎到高級應用的系統學習路徑。通過對學生在課堂參與度、項目完成度、代碼質量及創新性等方面的全面分析，發現此種教學模式能夠顯著激發學生的學習熱情。同時，為促進學生的互動與學習，還鼓勵他們進行自我評價和相互評價。學生普遍反映，這種教學方式有助于他們更好地理解和應用Python編程語言，能夠運用所學知識解決實際問題，進而提升編程技能、學習興趣和實踐能力。此外，與往屆學生成績的對比進一步證明，實施項目引導式教學模式后，學生的平均成績有了明顯提升。這一成果不僅驗證了該教學模式的有效性，也為未來進一步優化教學方法提供了有力的數據支持。

3 結論

在人工智能背景下，非計算機專業的Python語言程序設計課程為適應新的教學要求，引入了項目引導式教學模式。目前，該模式已應用于日常教學，取得了一定成效。同時，通過與學生日常生活和專業應用的結合，課程內容更加實用有趣，有效促進了學生學習的主動性和積極性。

后續將注重學生自主學習和協作學習能力的培養，引導他們逐步掌握相關知識和技能，使學習更加具有針對性和實用性，切實提高學生利用Python語言解決實際問題的能力。

另外，針對不同專業的項目引導式教學還存在許多需要深入研究和探討的內容，需要不斷實踐逐步完善課程教學體系，以期提高教學質量，培養更多高素質的技術人才[6]。

參考文獻：

[1] 教育部關于印發《高等學校人工智能創新行動計劃》的通知- 中華人民共和國教育部政府門戶網站[EB/OL].[2023-10-20].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s7062/201804/t20180410_332722.html.

[2] 詹明君.面向新文科的Python程序設計課程項目引導式教學[J].佛山科學技術學院學報（自然科學版），2023，41（6）：70-75.

[3] 程化，盧周廣，王海鷗，等.材料學綜合實驗課程項目引導式教學的探索與實踐[J].中國現代教育裝備，2023（15）：129-131，144.

[4] 曹錦梅.非計算機專業Python程序設計教學模式改革實踐探究[J].電腦知識與技術，2023，19（13）：127-129.

[5] 葉安勝，范文杰，趙麗琴，等.Python程序設計基礎教程[M].成都：電子科技大學出版社，2023.

[6] 盧景.Python語言課程的項目式教學模式分析[J].集成電路應用，2023，40（4）：277-279.

【通聯編輯：王力】

基金項目：成都大學計算機學院2024 年微課題工程項目（SmartIT_K046） ；2023 年微課題工程項目（SmartIT_K041、SmartIT_K042）