基于CDIO工程思維的Python編程項目教學(xué)實踐與探索

摘要：文章依據(jù)中職計算機專業(yè)教學(xué)需求，將CDIO工程思維融入Python編程項目教學(xué)實踐，以“跳水比賽打分程序”為例，闡述通過項目驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生歷經(jīng)構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行的完整工作流程，助力中職編程語言教學(xué)。實踐表明，該方法有效提高了學(xué)生的編程能力、問題解決能力和工程素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：CDIO工程思維；Python編程；項目教學(xué)；中職教育

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）13-0140-03

AI時代，編程技能的重要性日益凸顯。Python作為人工智能領(lǐng)域首選開發(fā)語言，是中職計算機教學(xué)的重點專業(yè)課程。簡潔的語法特點，面向?qū)ο蟮木幊谭绞?，豐富的第三方庫等特性決定了其在項目工程編程中的優(yōu)勢地位。但傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式脫離工程場景，側(cè)重語法學(xué)習(xí)，缺乏基于項目的實踐，阻礙學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于解決現(xiàn)實問題。本文探索基于CDIO工程思維的Python編程項目教學(xué)，以提高中職學(xué)生的編程能力和工程素養(yǎng)。

1中職Python編程課堂教學(xué)困境

中職計算機專業(yè)Python編程學(xué)習(xí)的重要性自是不可低估，但在現(xiàn)實教學(xué)中卻面臨著諸多挑戰(zhàn)。首先，中職生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)薄弱，能力較差，對編程的抽象性和專業(yè)性感到畏難。其次，課堂教學(xué)內(nèi)容設(shè)計不合理，方法傳統(tǒng)，教師的教學(xué)邏輯依然停留在語法、算法、解題、編程層面，缺乏項目實踐，學(xué)生難以將知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用能力，容易喪失學(xué)習(xí)興趣[1]。

因此，探尋新的教法打破教學(xué)困境，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力，成了亟待解決的重要問題。

2相關(guān)概念界定

2.1CDIO工程思維

生命周期為邏輯CDIO工程思維強調(diào)以項目為載體，經(jīng)歷構(gòu)思、設(shè)計、實施與運行，以項目的全，完成項目實踐全過程，是面向工程教育的新理念和新方法，涵蓋工程工作所需的全部技能。致力于培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、問題解決能力和系統(tǒng)思維能力，它不僅關(guān)注知識和技能的傳授，更注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，終身學(xué)習(xí)能力等[2]。

2.2Python編程項目教學(xué)

生通過解決實際問題來學(xué)習(xí)編程Python編程項目教學(xué)以項目驅(qū)動為核心。這種教學(xué)模式強，引導(dǎo)學(xué)調(diào)問題解決邏輯，注重思維引導(dǎo)，在項目實施過程中建構(gòu)知識與技能，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和知識應(yīng)用能力。它以學(xué)習(xí)者為中心，能夠有效支持工程思維的培養(yǎng)[3]。

3基于CDIO工程思維的Python編程項目教學(xué)設(shè)計

基于CDIO工程思維的Python編程項目教學(xué)設(shè)計旨在通過具體項目的實施，讓學(xué)生體驗項目運作全流程，加深對程序創(chuàng)作的理解，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和問題解決能力。教學(xué)流程主要包括：選擇貼近學(xué)生實際的項目，引發(fā)思考，激發(fā)興趣；以問題解決為導(dǎo)向進行程序創(chuàng)作，提升工程思維能力；在工程實踐中開發(fā)作品，掌握知識技能，增強工程實踐能力；在調(diào)試運行和維護中強化社會責(zé)任意識。具體如圖1所示[4]。

4基于CDIO工程思維的Python編程項目教學(xué)實踐

現(xiàn)以中職計算機專業(yè)編程課堂教學(xué)中的“跳水比賽打分程序”這一項目為例，闡述基于CDIO工程思維的Python編程項目教學(xué)實踐。項目以“生成、實施、總結(jié)”三流程，“構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行”四環(huán)節(jié)開展教學(xué)。依據(jù)項目問題解決需求，激活舊知，構(gòu)思項目模型；設(shè)計算法方案，展示新知；實施項目編程，應(yīng)用新技；調(diào)試運行維護，融會貫通。如圖2所示。

4.1問題聚焦，生成項目

基于學(xué)生喜歡觀看奧運會跳水比賽，選取“跳水比賽打分”作為項目主題，貼近生活熱點，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，誘發(fā)高階思維活動，主動建構(gòu)知識體系。比賽評分規(guī)則：選手跳完一個項目后，裁判打分，打分范圍是0-10分，最小單位是0.5分，計分方法是去掉一個最高分和一個最低分，取平均值，然后乘以該動作的難度系數(shù)，作為選手得分。假設(shè)4名選手參加跳水比賽，5位裁判參與打分，要求設(shè)計跳水比賽模擬打分程序，將選手最后得分按降序排列寫入Excel工作表。（選手信息如表1所示）。

4.2工程實踐，實施項目

CDIO工程教學(xué)依據(jù)項目問題解決的程序，按照“構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行”四環(huán)節(jié)，循序漸進展開整體教學(xué)[5]。

4.2.1構(gòu)思項目模型

本項目采用“瀑布模型”，將項目劃分為比賽評分任務(wù)定義、開發(fā)和維護三個階段，各階段相互依賴，順序漸近，具體步驟為問題定義，需求分析，系統(tǒng)設(shè)計、程序編碼、測試運行和軟件維護，并形成相應(yīng)的報告。

瀑布模型流程（如圖3所示）。

4.2.2設(shè)計算法方案

本項目設(shè)計方案包括：模擬生成裁判打分、刪除最高分和最低分、計算平均分和最后得分、將數(shù)據(jù)保存至二維列表、處理多名選手數(shù)據(jù)、按得分排序并將最終結(jié)果寫入Excel文件。

算法方案如圖4所示。

4.2.3實施項目編程

根據(jù)算法設(shè)計，將項目分解為七個編程任務(wù)，每個任務(wù)對應(yīng)具體的代碼實現(xiàn)。學(xué)生以小組為單位，根據(jù)算法思路，創(chuàng)建序列步驟，在交流協(xié)作與共同探究中學(xué)習(xí)解決編程過程中遇到的問題。通過完成這些任務(wù)，構(gòu)建完整程序（如表2所示）。

4.2.4調(diào)試運行維護

項目代碼編寫結(jié)束后，學(xué)生以小組為單位測試運行，進行代碼調(diào)試并查漏補缺，培養(yǎng)運維知識和技能，最后在對程序代碼的測試展示和評價中融會貫通，認識到Python編程在現(xiàn)實生活中的實際應(yīng)用，強化信息社會責(zé)任。

4.3素養(yǎng)提升，總結(jié)項目

項目實施結(jié)束后，學(xué)生總結(jié)項目實踐全過程，反思學(xué)習(xí)成果，提升技術(shù)能力、實踐應(yīng)用能力、工程能力以及團隊協(xié)作和溝通能力，關(guān)注學(xué)習(xí)過程中的目標“實現(xiàn)”和技能“運作”，注重綜合素養(yǎng)的提升。

5結(jié)束語

本文探索了基于CDIO工程思維的Python編程項目教學(xué)方法，并以“跳水比賽打分程序”為例進行了實踐。結(jié)果表明，該方法能夠有效提升中職學(xué)生的編程能力、問題解決能力和工程素養(yǎng)，有助于培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合應(yīng)用型人才。未來研究可以進一步探索如何將CDIO工程思維應(yīng)用于其他編程語言和更復(fù)雜的項目，并研究其對中職學(xué)生長期學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展的影響。

參考文獻：

[1]方琳.基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的小學(xué)人工智能教學(xué)設(shè)計與實踐[J].教育信息技術(shù)，2022（4）：76-78.

[2]馮紫欣.基于CDIO理念的信息科技跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動設(shè)計研究[D].南昌：南昌大學(xué)，2024.

[3]劉剛.大單元教學(xué)下的趣味化Python課程設(shè)計實踐研究[J].中國教育技術(shù)裝備，2024（13）：89-91.

[4]周馮.高中信息技術(shù)Python編程教學(xué)中學(xué)生自主學(xué)習(xí)分析[J].中小學(xué)電教（教學(xué)），2024（8）：10-12.

[5]支月芬.基于Python語言的課程教學(xué)對策分析[J].山西經(jīng)濟管理干部學(xué)院學(xué)報，2024，32（2）：87-90.

【通聯(lián)編輯：光文玲】