Python程序設計課程教學模式改革探索

［摘 要］現階段各高校開展的Python課程通常采用“課堂理論授課+上機實驗課”的形式。這種教學方式在人工智能技術快速發展的今天已不能完全適應人才的培養要求。本文從教學和實踐各個環境下討論傳統Python教學模式存在的不足并嘗試使用興趣激發的項目教學方式、Pico口袋實驗平臺，以及項目答辯的考核方式進行改革。同時在完成教學目標的前提下，積極探索教學與生產應用結合的具體實踐方法，為提高Python教學的質量提供一套完備的應用方案。

［關鍵詞］Python；Pico平臺；MicroPython；程序設計

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2024.23.057

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］1673-0194（2024）23-0182-04

0 " " 引 言

現階段，多數大專院校計算機基礎教學包含一門程序設計課程。Python以其簡潔強大的特性逐漸取代C語言成為新教學主線。教好Python，使學生通過學習Python接近以計算機技術為基礎手段的科技前沿是對教師提出的挑戰。傳統的教學方式方法雖然仍可應用于Python程序設計課程的教學，但已不再適應時代的發展。本文從教學各個環節討論傳統模式存在諸多不足，并嘗試進行有針對性的改革與探索。

1 " " 現階段教學模式存在的不足

傳統教學主要實現方式是：教師以教材為主線進行分章節課堂集中授課，在機房進行計算機實驗輔助教學。課后，學生完成固有模式的習題作業。期末考核以學生答題、教師評分為實現手段。這種教學方式在計算機教育發展初期階段是適合我國國情的。當今，以Python程序框架為主要實現方式的人工智能技術迅猛發展，傳統教育方式明顯存在很多不足。

1.1 " 教學方式存在的不足

以往的課堂分章教學方式側重于理論知識的灌輸，忽視了對學生創新和解決問題能力的培養。在課堂上，教師通常是知識的傳授者，學生是被動的接受者。這種單向的知識傳遞方式限制了學生的主動性和創造性，使得學生在面對實際問題時，缺乏獨立思考和解決問題的能力。

在信息技術領域，新的編程方法、工具和框架層出不窮，而傳統書本內容的更新往往滯后于技術的發展。這使得學生在學習過程中無法接觸新的技術，使教學開始就被歷史所淘汰。

Python語言的教材雖然數量眾多，但能夠完全符合教學模式的卻不多見。Python語言的靈活性和動態特性使得同一問題可能有多種解決方案，這也增加了教學的難度，使得教材難以覆蓋所有可能的情形。

此外，新的擴展庫和編程框架層出不窮，教材需要不斷更新才能跟上技術的發展。而傳統教學方式往往側重于穩定的知識的傳授，這可能導致使用Python作為教學語言時，教材內容與實際應用之間出現脫節。

通常，課后作業聚焦于算法的邏輯與練習，這些作業雖然對于培養學生的基礎編程技能至關重要，但學生雖完成了這些作業，卻難以看到這些編程練習與現實問題的直接聯系。

課后作業也忽視了軟件開發的全過程，包括需求分析、設計、編碼、測試和維護等環節。學生即便在編碼方面得到了充分的練習，但在其他同樣重要的軟件開發環節上卻缺乏經驗。這導致學生在實際工作中難以適應團隊協作和項目管理工作。

1.2 " 實驗方式存在的不足

以往的實驗環節，學生被安排在電腦機房里，通過預裝的軟件完成各種編程任務。計算機軟硬件的更新換代速度非?？?，但由于各方面的限制實驗室不會隨時更新，從而無法為學生提供新的技術體驗。

機房中的軟件環境過于單一，無法滿足學生的需求。學生往往需要使用各種不同的編程環境、開發工具和軟件應用。然而，機房的電腦大多只能提供有限的軟件選擇，這直接限制了學生學習多種工具的機會。

機房的開放時間和使用限制也成為學生實踐學習的障礙。機房通常只在特定的時間段對學生開放，這可能與學生的課程表或其他活動發生沖突。

在機房中，學生通常按照統一的課程進度和任務進行學習，每個學生的學習節奏、興趣點和理解能力都不盡相同，而機房的統一化練習無法為每個學生提供定制化的指導和支持。

在真實的軟件開發過程中，學生需要學會如何在不同的軟硬件平臺上工作，如何與團隊成員協作，以及如何管理項目和代碼。機房的孤立練習環境無法模擬這些真實的工作場景，無法提高學生將所學知識應用于實際工作的能力。

1.3 " 結課評價體系存在的不足

教學評價是對教學過程和教學結果的測量與反饋[1]。評價通常通過兩種方式進行：筆試，即通過試卷的形式進行考試；上機考試，要求學生在計算機上完成程序設計任務。

筆試，作為一種傳統的評價方式，側重于考查學生對理論知識的掌握程度。筆試往往難以全面評估學生的實際操作能力和創新思維。

上機考試能夠直觀地反映學生對編程語言和算法的運用能力。但是，上機考試通常側重于技術細節和編程技巧，忽視了對學生綜合分析和創新能力的考查。上機考試的評分標準過于依賴自動化的測試腳本，這些腳本一般無法準確評估程序的創新性、代碼的可讀性和學生的綜合應用能力。

2 " " 對教學模式的一些改革

在上述種種教學方式不能滿足當前新型教學任務的背景下，教研團隊在教學方式方法上，嘗試將以前晦澀難懂的書本引路變換為以實際應用案例為引導的興趣教學。在教學環境上，因吉林大學對實驗項目的大力支持，使得項目能將學生的實踐練習環境從單調的機房走出來，在實際應用的實踐場所進行有意義的嘗試。同時，教研團隊成員也嘗試改進對學生的評價考核方法，讓學生不再緊張于期末的背書，而是更有效率地投入對知識內容的理解和應用上。

2.1 " 教學方式的改革

傳統教學中，學生被引導通過逐章地學習掌握語言的語法和結構。這種方法導致學生在理解語言的深層次邏輯和應用潛力方面存在障礙。為了彌補這一缺陷，教研團隊開始探索基于實際應用問題的教學思路。基于實際應用的教學模式最終目標是培養學生的創新思維和問題解決能力。通過讓學生在實際問題中應用所學知識從而在面對新的挑戰時，能夠提出創新的解決方案。

為了實現教學目標，教研團隊設計了一系列與教學內容相關的實驗項目。這些項目涵蓋語言的基本功能和實際應用中常見的問題?；A實驗項目可以作為課堂學習的輔助，幫助學生鞏固和應用所學知識。進階實驗項目則可以作為課后的延伸，鼓勵學生進行深入的研究和實踐。

在基于實際應用的教學中，教研團隊通過引導、提問和討論，調動學生的思考和探索積極性。同時，鼓勵學生利用網絡資源和社區資料，自主學習相關知識，進行實驗和試錯。這種自主學習的過程不僅能夠提高學生的編程技能，還能夠培養他們的獨立思考和問題解決能力。

為了確保新教學模式的有效性，教研團隊通過吉林大學“學習通”交互軟件與學生進行溝通、反饋、

評估。這包括對實驗項目的難度、教學方法的有效性以及學生學習成果的評估。通過這種持續的評估和反饋，團隊教師持續優化教學內容和方法，以更好地滿足學生的學習需求。

2.2 " 實驗方式的改革

為了解決傳統機房實驗的不足，教研團隊將Pico引入Python實驗課。Raspberry Pi Pico是一款由Raspberry Pi基金會推出的微型開發系統，為教育領域提供了一個極具吸引力的口袋實驗平臺。

Pico支持Python的衍生品種MicroPython。使得學生能夠快速上手，將更多的精力投入項目的開發中。這種易用性降低了學習門檻，激發了學生對編程的興趣。

平臺小巧便捷的口袋特性為教研團隊解除了教學時間和地域的限制，讓編程實驗不僅在傳統的實驗室環境大顯身手，更可以自由地擴展到課外，甚至任何有網絡覆蓋的地方。

在機房集中授課的階段，如何確保每一臺PC的軟硬件條件都能滿足編程實驗的需求是教師曾面臨的一個棘手問題。這個問題在Pico口袋技術的幫助下得到了解決。Pico與PC之間的通信程序非常簡單，只需簡單地配置，就能夠確保PC與Python口袋設備之間的無縫連接，讓學生能夠順利地進行編程實踐。這種方式，不僅減輕了教師的負擔，也讓學生不再擔心設備的問題，從而提高學習效率。

Python及Pico技術的強大社區支持也使學生無論是在課堂上，還是在課后的任何地點，都能夠通過互聯網與教師溝通，并將Python口袋平臺與PC設備的互聯進行實驗。

這種實驗環境的變革，不僅提高了教育資源的利用效率，也為學生提供了更加個性化的學習體驗。他們可以根據自己的學習節奏選擇合適的時間和地點進行學習，從而更便捷地掌握編程技能。

此外，Python口袋的引入還促進了學生團隊合作和項目管理能力的發展。在課程項目的開發過程中，學生進行團隊合作，共同討論、分工合作。

我們在2023—2024學年的Python程序課上將Python口袋組件代替傳統PC。這不僅方便了學生進行實驗練習，同時學生也把所學的知識從課堂帶入了自己切身的生活環境，通過自發積極地實驗，取得了更好的效果。

2.3 " 結課評價體系的改革

教師在教學過程中必須向學生強調理論結合實踐的重要性，教學改革除了考慮優化實驗、實踐環節內容的設置，還需優化實踐的考核方式，使學生能夠真正達到學以致用[2]。

2023—2024學年我們探索新的考核評價方法。其中，項目化管理的教學考核被我們采納。在這種方式下，學生在學習過程中自己選題立項，通過實際操作和建立團隊合作來完成項目。這種方法不僅能夠提高學生的主動性和參與度，還能夠促進他們綜合運用所學知識，解決實際問題。

在項目化管理的教學模式中，學生進行了項目規劃、團隊協作、問題解決和創新思考等一系列活動。這些活動有助于培養學生的項目管理能力、團隊合作精神和創新能力。同時，學生在項目實施過程中的探索和實踐，也是對他們知識掌握程度的直接檢驗。

期末考核時，團隊利用項目答辯代替傳統的考試。在項目答辯中，學生需要展示他們的項目成果，解釋項目的設計思路、實施過程和最終效果。教研團隊則根據學生的項目展示、問題回答和團隊表現來評價他們的學習成果。這種評價方式更加注重學生的實際操作能力和創新思維，能夠更全面地反映學生的學習效果。

項目管理的評價體系改革，不僅能夠激發學生的學習熱情，還能夠促進教研團隊教學方法的創新。教師在教學過程中，需要更多地關注學生的個性化發展和創新能力的培養，而不僅僅是傳授知識。這種改革有助于構建一個更加開放、靈活和創新的教育環境，為學生的全面發展提供支持。

3 " " 對教學應用的一些探索

《新一代人工智能發展規劃》（國發〔2017〕35號），

重點針對2030年我國人工智能發展的總體思路、戰略目標和主要任務、保障措施進行系統的規劃和部署，為推動我國人工智能的長期發展指明了方向[3]。

在新的戰略要求下，僅局限于教學考試的授課過程是否能達到國家要求的目標值得考量。因此，教研團隊在課程設計上，既注重理論與實驗的結合，也鼓勵學生走出課堂，將所學知識應用于實際的生產活動中。在積極改善教學環境、改進教學方法的同時，教研團隊在教學實際應用上也進行了積極探索。

基于“Python程序設計基礎”應用需求，教研團隊申請了吉林大學“基于物聯網農作物生長狀況監測系統研究”項目。在吉林大學實驗基地建設了真實的作物生長環境，讓學生用所學的編程知識在真實環境中實踐應用。在這個實驗系統中，學生利用所學的編程知識不僅要編寫代碼來控制溫室內的傳感器，收集溫度、濕度、光照等數據，還要分析這些數據以優化作物的生長條件。這樣的實踐活動，不僅加深了學生對Python語言的理解，也鍛煉了他們解決實際生產應用問題的能力。此外，學生通過對比不同參數設置下的作物生長情況，能夠更直觀地理解數據背后的意義，從而在實踐中學習到如何利用編程技術來提高作物的生產效率。

教研團隊在前期成功實踐應用的基礎上，也會逐步完善更多領域的教學與應用銜接環節，逐步發展教、練、用一體的教學與實踐模式。

教學理論的實際應用不僅提升了學生的編程技能，更重要的是培養了他們的創新思維和實踐能力。這不僅是對傳統教學模式的一次成功改革，也是對未來教育發展方向的一種探索和嘗試。

4 " " 總 結

隨著計算機新技術新方法的不斷出現，計算機程序設計課程的要求也在不斷提高，傳統教學的方法與手段雖然仍具有一定的效果，但以新方式方法對程序設計課程進行改革已逐漸成為高校教育改革的必然要求。針對當前Python程序設計課程存在的種種弊端，本文概括闡述了在吉林大學2023級進行的改革嘗試，雖在課程改革過程中遇到了不少困難也存在諸多不足，但成功激發了學生的學習熱情，同時學生在模擬真實生產實踐的場景的微縮環境下進行真實的編程實踐活動，在學習與期末考核過程中了解了完整程序設計項目管理的流程和評價體系。這些嘗試無論對他們以后的學習或是從事科學研究工作都具有深遠的意義。

主要參考文獻

［1］孫健，徐碩，李健. Python語言程序設計混合式教學改革

［J］.計算機教育，2023（10）：82-86.

［2］肖海蓉.數據庫原理混合式教學過程數據分析與教學啟

示［J］.計算機教育，2023（1）：184-189，194.

［3］劉金梅，許駿，付浩海.新一代人工智能發展規劃實施路徑研究：以吉林省為例［J］.長春工程學院學報（社會科學版），2020，21（4）：40-43.