工程認(rèn)證背景下Python程序設(shè)計(jì)線上課程建設(shè)

摘要：工程教育認(rèn)證對(duì)工科畢業(yè)生提出了明確的畢業(yè)要求，在此背景下建設(shè)符合認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的Python程序設(shè)計(jì)線上課程具有重要意義。文章首先闡述了基于工程教育認(rèn)證的在線課程建設(shè)思路：以認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為指引，以Python程序設(shè)計(jì)課程為核心，以在線教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)為支撐。其次詳細(xì)介紹了課程建設(shè)的具體內(nèi)容，包括教學(xué)視頻制作、互動(dòng)交流設(shè)計(jì)、在線實(shí)驗(yàn)開發(fā)和在線考試系統(tǒng)構(gòu)建，并對(duì)課程考核方式和教學(xué)效果進(jìn)行了系統(tǒng)分析。最后總結(jié)了工程認(rèn)證背景下Python程序設(shè)計(jì)在線課程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，特別強(qiáng)調(diào)了教師角色轉(zhuǎn)變的重要性以及加強(qiáng)學(xué)生管理的必要性。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證；Python程序設(shè)計(jì)；在線課程；頭歌平臺(tái)；在線教育

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2025）20-0052-04

0引言

2016年6月，我國(guó)正式加入工程教育學(xué)位互認(rèn)協(xié)議之一《華盛頓協(xié)議》，通過認(rèn)證協(xié)會(huì)認(rèn)證的工科專業(yè)，畢業(yè)生學(xué)位可以得到《華盛頓協(xié)議》其他成員組織的認(rèn)可[1]。2024年11月29日中國(guó)工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)發(fā)布的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2024版）》（后文簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)）[2]。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工科專業(yè)畢業(yè)生提出了11點(diǎn)畢業(yè)要求。

這一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)指導(dǎo)工科專業(yè)專業(yè)課建設(shè)具有指導(dǎo)意義。Python作為當(dāng)前熱度最高的程序設(shè)計(jì)語言[3]，在大數(shù)據(jù)和人工智能領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。Python程序設(shè)計(jì)課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課程或?qū)I(yè)選修課程在各工科專業(yè)課程體系中占有重要地位。建設(shè)好Python程序設(shè)計(jì)課程的對(duì)于計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)乃至理工科其他專業(yè)具有重要意義。2013年以來，教育部持續(xù)推動(dòng)在線課程的建設(shè)、應(yīng)用與開放共享[4]。早期的在線課程主要是在線視頻的形式。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和在線教育的實(shí)際需要，近年出現(xiàn)了功能更加豐富多樣，更符合程序設(shè)計(jì)課程需要的在線課程平臺(tái)。頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)（www.educoder.net）是國(guó)內(nèi)高校廣泛使用的在線實(shí)踐教學(xué)服務(wù)平臺(tái)與創(chuàng)新環(huán)境[5]。因此探討如何在工程認(rèn)證背景下充分利用最新在線教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)有效開展Python程序設(shè)計(jì)線上課程建設(shè)具有重要意義。

1建設(shè)思路

1.1以標(biāo)準(zhǔn)為指引

課程建設(shè)應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)為指引，深入理解認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求。認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)和畢業(yè)要求做出了明確指示，其中值得Python程序設(shè)計(jì)課程關(guān)注的包括：首先，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中必須接受充分的實(shí)踐訓(xùn)練。其次，畢業(yè)要求指出學(xué)生應(yīng)具備解決復(fù)雜工程問題的能力。最后，標(biāo)準(zhǔn)特別強(qiáng)調(diào)“持續(xù)改進(jìn)”的重要性。

在標(biāo)準(zhǔn)的指引下Python程序設(shè)計(jì)課程建設(shè)和在線平臺(tái)的應(yīng)用應(yīng)該做到：1）課程應(yīng)利用在線平臺(tái)設(shè)置豐富的實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過設(shè)計(jì)項(xiàng)目作業(yè)、在線編程實(shí)驗(yàn)等方式，讓學(xué)生接受充分的實(shí)踐訓(xùn)練。2）融入復(fù)雜問題的分析與解決案例。通過案例教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)際編程項(xiàng)目中的復(fù)雜問題，進(jìn)行獨(dú)立思考與團(tuán)隊(duì)協(xié)作，逐步培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和創(chuàng)新能力。3）根據(jù)教學(xué)反饋和技術(shù)發(fā)展不斷進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。通過定期評(píng)估課程效果、利用在線平臺(tái)收集學(xué)生反饋等多種方式，確保課程內(nèi)容與教學(xué)方法始終處于先進(jìn)水平。

1.2以課程為中心

課程建設(shè)應(yīng)以課程中為中心充分遵從Python課程自身的特點(diǎn)。Python語言和程序設(shè)計(jì)課程具有以下特征：首先，Python強(qiáng)調(diào)規(guī)范性和嚴(yán)謹(jǐn)性。Python以其簡(jiǎn)潔明了的語法和嚴(yán)格的縮進(jìn)規(guī)則著稱。其次，課程應(yīng)注重讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中得到充分的編程實(shí)踐訓(xùn)練。最后，Python擁有豐富的第三方庫，這使得它在處理復(fù)雜功能時(shí)顯得簡(jiǎn)潔高效。

結(jié)合Python語言和程序設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)，Python程序設(shè)計(jì)在線課程建設(shè)應(yīng)注意：1）特別關(guān)注對(duì)學(xué)生編碼規(guī)范的培養(yǎng)，通過編寫清晰、可讀性強(qiáng)的代碼，幫助學(xué)生理解規(guī)范編碼的重要性。2）課程資源中應(yīng)包含豐富的編程練習(xí)和項(xiàng)目作業(yè)。3）充分利用強(qiáng)大的第三方庫資源，通過結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的教學(xué)，讓學(xué)生理解Python在各個(gè)領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1.3以平臺(tái)為依托

課程建設(shè)應(yīng)以平臺(tái)為依托充分利用在線實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的豐富功能。在線教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1）平臺(tái)提供了豐富的教學(xué)形式，能夠滿足不同學(xué)習(xí)內(nèi)容的需求。2）平臺(tái)為學(xué)生提供了充分的在線練習(xí)和自動(dòng)評(píng)測(cè)功能。3）平臺(tái)具備量化且全面的學(xué)習(xí)課程評(píng)價(jià)體系。

依托于頭歌教學(xué)平臺(tái)，Python程序設(shè)計(jì)課程應(yīng)做到：1）建設(shè)形式多樣、內(nèi)容充實(shí)的課程教學(xué)資源。2）教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生充分利用平臺(tái)進(jìn)行充分的編程練習(xí)。3）利用平臺(tái)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果進(jìn)行量化評(píng)估。

2建設(shè)方案

2.1課程目標(biāo)

工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工科專業(yè)畢業(yè)生提出了11點(diǎn)畢業(yè)要求，通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)將這11個(gè)畢業(yè)要求拆分成了29個(gè)具體的觀測(cè)點(diǎn)。通過分析發(fā)現(xiàn)其中有4個(gè)支撐點(diǎn)與Python程序設(shè)計(jì)課程比較契合。結(jié)合工程教育認(rèn)證的要求和Python程序設(shè)計(jì)課程的本身特點(diǎn)，本文提出了Python程序設(shè)計(jì)線上課程的建設(shè)目標(biāo)。如圖1所示，課程目標(biāo)可以分為知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和思政目標(biāo)，三者共同構(gòu)成了全面的課程建設(shè)目標(biāo)，以確保學(xué)生在掌握專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，提升實(shí)際能力并具備正確的價(jià)值觀。

Python程序設(shè)計(jì)線上課程的課程目標(biāo)與工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2024版）的畢業(yè)要求的4.3.1工程知識(shí)、4.3.2問題分析、4.3.5使用現(xiàn)代工具和4.3.11終身學(xué)習(xí)高度契合。工程知識(shí)包括了對(duì)Python程序設(shè)計(jì)語法、面向?qū)ο笏枷牒统Ｒ姷谌綆斓膶W(xué)習(xí)和使用。問題分析是指能夠掌握自上而下、逐步求精的問題理解、分析和解決的能力。使用現(xiàn)代工具是指掌握PyCharm、Anaconda等Python集成開發(fā)工具的使用。

隨著Python語法的不斷迭代更新和第三方庫的不斷創(chuàng)新，要求學(xué)生樹立終身學(xué)習(xí)的理念，保持對(duì)新技術(shù)的持續(xù)關(guān)注與學(xué)習(xí)。表1詳細(xì)列舉了工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的畢業(yè)要求，以及拆分的支撐點(diǎn)與本課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.2建設(shè)內(nèi)容

在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的指引下，在課程目標(biāo)的基礎(chǔ)上Python程序設(shè)計(jì)線上課程的建設(shè)內(nèi)容主要圍繞以下4個(gè)方面展開：課程視頻、互動(dòng)交流、實(shí)驗(yàn)資源、考試資源，并將思政元素貫穿其中，確保學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不僅掌握知識(shí)和技能，還能夠形成正確的價(jià)值觀。

1）課程視頻。

在線課程視頻界面如圖2所示。課程視頻是在線教學(xué)的重要部分，能夠直觀形象地介紹課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，方便學(xué)生課前的預(yù)習(xí)和課后的復(fù)習(xí)。在線課程視頻主要任務(wù)是傳授課程基礎(chǔ)知識(shí)和培養(yǎng)編碼能力和計(jì)算思維。在線視頻建設(shè)需要注意單個(gè)視頻知識(shí)點(diǎn)不宜過多，視頻不宜過長(zhǎng)，力求在3～5分鐘介紹1～2個(gè)知識(shí)點(diǎn)。方便學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)的需求有針對(duì)性地學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率。

2）互動(dòng)交流。

互動(dòng)交流形式包括對(duì)具體在線實(shí)驗(yàn)題目的討論，也可以是對(duì)課程學(xué)習(xí)中遇到的問題的討論。以在線論壇的形式展開，具體界面如圖3和圖4所示?；?dòng)交流是在線教學(xué)中提升學(xué)生參與度和解決問題的重要途徑。利用在線工具不受時(shí)間和空間約束的交流探討，可很好提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的參與度。在教學(xué)過程中可將在線討論作為課堂表現(xiàn)評(píng)價(jià)的一個(gè)指標(biāo)以鼓勵(lì)學(xué)生參與互動(dòng)交流。

3）在線實(shí)驗(yàn)。

Python程序設(shè)計(jì)作為一門實(shí)踐要求很高的課程，讓學(xué)生通過編程練習(xí)熟悉開發(fā)工具，鞏固程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和提高程序設(shè)計(jì)水平是至關(guān)重要的。頭歌在線實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖5所示，在線實(shí)驗(yàn)可圍繞一個(gè)知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)多個(gè)關(guān)卡，每個(gè)關(guān)卡包相關(guān)知識(shí)，編程要求和測(cè)試說明。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，直接在線進(jìn)行編程和測(cè)試。

課程在線實(shí)驗(yàn)建設(shè)過程包括實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)總結(jié)，實(shí)驗(yàn)選題，具體實(shí)驗(yàn)要求和測(cè)試用例設(shè)置。其中有兩點(diǎn)值得注意：1）在實(shí)驗(yàn)選題中可融入思政元素選擇選題，以潤(rùn)物無聲的形式增強(qiáng)學(xué)生的家國(guó)情懷和民族認(rèn)同感。2）在測(cè)試用例設(shè)置部分可設(shè)置一些隱藏的邊界用力，以訓(xùn)練學(xué)生解決問題的嚴(yán)謹(jǐn)性和全面性。4）在線考試。

平臺(tái)能夠支持的在線考試題型有單選題、多選題、填空題、判斷題、問答題、分析題、程序設(shè)計(jì)。既可以對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)掌握情況進(jìn)行檢查，也可以考查學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用和解決問題的能力。

在線考試試題的資源建設(shè)主要是試題庫的建設(shè)。在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和課程目標(biāo)的指引下，試題庫既要考查學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況，更要考查學(xué)生計(jì)算思維和解決問題能力的掌握情況?；A(chǔ)知識(shí)的考查主要以選擇題、填空題等客觀題的形式，計(jì)算思維和分析解決問題能力的考查主要以問答題，分析題和程序設(shè)計(jì)題的形式。在線考試資源在建設(shè)過程中直接將試題與課程目標(biāo)關(guān)聯(lián)。這樣一方面可以保證試題設(shè)置的全面合理，另一方面便于根據(jù)考試結(jié)果直接分析課程目標(biāo)的達(dá)成度。

2.3課程考核

在線課程的考核依賴于平臺(tái)建設(shè)的在線資源建設(shè)和平臺(tái)提供的信息化分析工具?？己朔譃檎n堂表現(xiàn)、在線實(shí)驗(yàn)和期末考試，具體的比例如表2所示。

課堂表現(xiàn)主要考查學(xué)生在線課程視頻觀看和在線互動(dòng)交流情況，具體評(píng)分細(xì)則為：課程視頻完播率90%且互動(dòng)交流不少于5次為滿分，課程視頻完播率80%且互動(dòng)交流不少于3次為80分；課程視頻完播率60%且互動(dòng)交流不少于1次為60分，然后按照比例換算成期末成績(jī)課堂表現(xiàn)得分。

在線實(shí)驗(yàn)根據(jù)所有在線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)根據(jù)測(cè)試用例計(jì)算出的得分的平均值再按照比例換算成期末考試在線實(shí)驗(yàn)得分。

期末考試題型分為：?jiǎn)芜x題（10%），填空題（10%），問答題（40%）和程序設(shè)計(jì)題（40%）。根據(jù)課程目標(biāo)設(shè)置題目設(shè)與課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系，以便于根據(jù)學(xué)生期末考試情況分析課程目標(biāo)的完成度。單選題和填空題重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)于課程基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況。問答題和程序設(shè)計(jì)題則重點(diǎn)考查學(xué)生解決問題的能力。結(jié)合本課程特點(diǎn)解決問題的能力可分解為以下三個(gè)方面：1）能夠很好地掌握Python程序設(shè)計(jì)課程的基礎(chǔ)語法、三種流程控制語句、復(fù)合數(shù)據(jù)類型和常見第三方包。2）掌握編程工具PyCharm的使用方法包括文件管理、程序設(shè)計(jì)和調(diào)試。3）能夠熟練地應(yīng)用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想和方法解決實(shí)際問題。4）能夠針對(duì)小型問題，很好運(yùn)用自頂向下、逐步求精、模塊化、窮舉、試探等程序設(shè)計(jì)思想進(jìn)行分析和求解，具有很強(qiáng)的計(jì)算思維能力。

3教學(xué)效果

自本在線課程基本完成建設(shè)后，22級(jí)、23級(jí)人工智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)106名學(xué)生使用在線課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課程進(jìn)行在線學(xué)習(xí)。利用在線課程的全過程精確記錄分析的優(yōu)勢(shì)，可對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)質(zhì)量進(jìn)行精準(zhǔn)量化評(píng)價(jià)。

課堂表現(xiàn)中在線課程整體完播率為82%，但平均互動(dòng)頻次為2.1次。說明大部分學(xué)生能夠按照課程要求完成課程視頻的觀看，但缺乏思考和交流的意識(shí)。

在線實(shí)驗(yàn)部分平均得分為63分，失分主要原因有：語法錯(cuò)誤導(dǎo)致的程序編譯錯(cuò)誤；題目邏輯理解不夠透徹導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤；極端情況考慮不周全導(dǎo)致部分測(cè)試用例結(jié)果錯(cuò)誤；輸出格式錯(cuò)誤等。在線實(shí)驗(yàn)部分是對(duì)學(xué)生解決問題能力的有效考核手段，這部分失分說明在課程教學(xué)中需要進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生解決問題能力的培養(yǎng)。

期末考試可利用平臺(tái)提供的可視化分析工具，非常直觀分析課程期末考試情況包括每一題的得分率和學(xué)生成績(jī)的分布。以2024—2025學(xué)年第一學(xué)期期中考試為例（本次考試滿分60分）圖6和圖7所示。根據(jù)題目和課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可計(jì)算出本次考試的課程目標(biāo)總體達(dá)成率為70.2%。

通過統(tǒng)計(jì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)、在線實(shí)驗(yàn)和期末考試得到22級(jí)和23級(jí)專業(yè)學(xué)生的四項(xiàng)課程目標(biāo)的達(dá)成率如圖8所示?？梢园l(fā)現(xiàn)22級(jí)學(xué)生中課程目標(biāo)1的達(dá)成率較高，而目標(biāo)2、目標(biāo)3和目標(biāo)4相對(duì)較低。通過課程組復(fù)盤發(fā)現(xiàn)在教學(xué)過程中由于慣性，更加注重基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)而忽視了能力的培養(yǎng)。因此在23級(jí)教學(xué)過程中也更加注重對(duì)目標(biāo)2、目標(biāo)3和目標(biāo)4的培養(yǎng)，最終在23級(jí)達(dá)成率分析中基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

21級(jí)未使用在線課程與22級(jí)使用在線課程學(xué)生的參與度與滿意度對(duì)比如圖9所示?？梢园l(fā)現(xiàn)在使用在線課程后學(xué)生的參與度有明顯提高，同時(shí)滿意度也有所提高。

4結(jié)束語

工程教育認(rèn)證通常要求課程內(nèi)容與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接、強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力培養(yǎng)，并持續(xù)改進(jìn)教育質(zhì)量?；诠こ探逃J(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與頭歌在線教育平臺(tái)聯(lián)合開發(fā)的Python程序設(shè)計(jì)線上課程，在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出三大優(yōu)勢(shì)：1）支持學(xué)生隨時(shí)隨地訪問課程資源。2）提供實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)時(shí)反。3）建立了完善的評(píng)估與反饋機(jī)制。在課程建設(shè)與使用過程中，須重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)問題：其一是教師角色須從傳統(tǒng)講授者轉(zhuǎn)型為在線課程資源建設(shè)者和學(xué)習(xí)引導(dǎo)者；其二是須加強(qiáng)學(xué)生引導(dǎo)與約束，既要幫助不熟悉平臺(tái)操作的學(xué)生快速適應(yīng)，也要重點(diǎn)督促自律性較弱的學(xué)生。因此，后續(xù)課程設(shè)計(jì)應(yīng)引入多元化教學(xué)形式，強(qiáng)化對(duì)后進(jìn)學(xué)生的幫扶，同時(shí)充分利用教學(xué)平臺(tái)的數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，量化評(píng)估學(xué)生的參與度與知識(shí)掌握程度。

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【通聯(lián)編輯：王力】