曹振宇

摘要：《Python語言程序設(shè)計》是數(shù)據(jù)科學和大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)能力，主要培養(yǎng)學生的計算機思維、程序設(shè)計和數(shù)據(jù)分析能力。其中，積極學習和主動探索是教學設(shè)計的難點之一。本文基于哈佛大學Eric Mazur的同伴互教原理，使用反向設(shè)計，分析Python語言課程的設(shè)計方法，讓學生成為學習的主導者，老師成為過程的組織者。并在此基礎(chǔ)之上，為應(yīng)用型高校的Python課程設(shè)計提供可以借鑒的經(jīng)驗和思路。

關(guān)鍵詞：Python語言;同伴互教;積極學習

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）32-0107-02

1 引言

隨著智能技術(shù)的高速發(fā)展，社會進入了全新的數(shù)智經(jīng)濟時代。大數(shù)據(jù)、人工智能、機器學習不斷顛覆人們的生活方式。其中，大部分智能技術(shù)使用Python語言編寫和運行，這也成了數(shù)字化人才的必備技能。目前，關(guān)于Python課程的教學設(shè)計原理是，盡可能多地將最新編程知識和操作方法整合在一起，并搭配案例練習引導學生掌握編程技巧。這種教學方法的缺點在于以“教”為主，以“學”為輔。學生只需要比葫蘆畫瓢，按照老師的要求完成相應(yīng)任務(wù)，而缺乏獨立探索的“激勵”因素。

處于青春期的大學生，其心理表現(xiàn)是構(gòu)建認同，包括自我認同和社會認同。大學課堂應(yīng)該采用合作學習的方式，促進學生的自我成長和團隊意識。美國著名的心理學家Wilbert J. McKeachie 指出，高效的教學方法是一群學生將自己的經(jīng)驗分享給另外一群學生。所以，Python課程設(shè)計需要老師將學生組織起來，構(gòu)建一個知識共享和互動社區(qū)，激勵學生之間的互教互助，提升教與學的質(zhì)量。

本文結(jié)合同伴互教理念，通過反向設(shè)計法從課前、課中和課后三個階段制定積極學習策略，以及相對應(yīng)的教學策略。從而增強學生主動學習和合作學習能力，為應(yīng)用型高校的課程轉(zhuǎn)型和人才培養(yǎng)目標制定提供一些可行的思路。

2 同伴互教（Peer Instruction）的特征與原理

Eric Mazur是哈佛大學的物理學教授。他在一次課堂上的無意舉動卻對學生的學習效果產(chǎn)生了積極影響。由于學生是初學者，他們知道哪些知識點容易出錯，應(yīng)該使用什么樣的方法去解決問題。這些學生可以將自己的經(jīng)驗通過互教的方式傳遞給其他同學。Eric Mazur發(fā)現(xiàn)同伴互教比老師教授的效果更好。并且這種教學方式不受限于班級人數(shù)和學科類別。例如著名的慕課平臺Coursera引進了同伴互評機制。學生完成了項目實訓作業(yè)后會隨機分配到一名同伴，兩人通過評分標準為對方的項目作業(yè)提供建議和優(yōu)化方案。所以，學習者需要經(jīng)過三個階段的成長，即會說、會做和會教。

同伴互教的設(shè)計原理分為四個步驟。首先，每一位學生根據(jù)老師的要求獨立完成章節(jié)學習和練習題。這個時候，學生對知識點的理解會多種多樣。其次，學生以小組為單位進行研討，找到想法不一樣的原因，并結(jié)合討論的結(jié)果優(yōu)化自己的答案。再次，老師給出一個相似的問題讓學生作答。這個時候大部分學生的答案正確，并且會出現(xiàn)不同的解題思路。最后，老師和同學共同總結(jié)知識點和學習經(jīng)驗，形成一套完善的知識體系。整個過程是由學生主動完成的，先獨立思考，再進行討論，然后分享心得，最后轉(zhuǎn)化為經(jīng)驗。

美國密歇根大學教師發(fā)展中心O.Neal 和 T.Pinder-Grover指出，老師需要根據(jù)知識點的復雜程度和資源消耗程度來設(shè)計教學策略。筆者根據(jù)她們提出的積極學習策略圖譜進行歸納與整合，將其分為四個類別（表1所示）。

3 基于同伴互教的教學方法設(shè)計

筆者在民辦本科應(yīng)用型高校的數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)任教。《Python語言程序設(shè)計》在大學第二年第一學期開設(shè)，課時數(shù)為64學時。學生在之前的學習階段已經(jīng)掌握計算機和信息演化歷史，但是未系統(tǒng)性地學習編程技術(shù)。所以本門課程是連接信息理論和數(shù)據(jù)應(yīng)用的紐帶。筆者將以反向教學設(shè)計法闡釋本門課程的教學設(shè)計思路。

3.1 學習預期效果設(shè)計

Python編程與人類的語言演變過程相似。隨著數(shù)據(jù)交互量級增長，Python編程會更迭出要素復雜的語法體系。這里以Python網(wǎng)絡(luò)爬蟲庫為例。假設(shè)我們需要從某網(wǎng)站采集電影信息。正則表達式通過特定的符號指代字母或數(shù)字，在網(wǎng)頁中定位核心數(shù)據(jù)。BS4在此基礎(chǔ)之上進行了簡化。通過設(shè)置標簽來制定數(shù)據(jù)檢索路徑，從而減少程序編譯的工作量。Xpath在前者的基礎(chǔ)上為Python提供最優(yōu)路徑選擇，減少運算任務(wù)，提升數(shù)據(jù)采集效率。由此可見，學生在學習上需要追本溯源，將復雜的問題進行系統(tǒng)化解構(gòu)，運用自己的思維方式去理解問題，并更迭出新的知識和技能體系，將復雜的問題進行系統(tǒng)化的分解。基于此，本門課程在學習效果設(shè)計上包含以下三點。首先，學生能夠清晰地描述數(shù)據(jù)采集、處理和分析的需求，以及Python工具的演化過程。其次，不同工具在功能上和需求上的場景應(yīng)用。最后，通過程序設(shè)計演示代碼的實現(xiàn)過程。

3.2 評價方式設(shè)計

本門課程摒棄了以學習成果為中心的評價方式，而是聚焦學生的學習效果和個人成長。課程的成績占比為期末考試（50%）+ 平時成績（50%）。其中，平時成績的效果評價方式根據(jù)學習預期效果進行了分類（表2所示）。首先，理解Python工具的演化過程采用單目標學習策略。學生需要完成線上測試。并以小組為單位總結(jié)知識點分享到線上學習社區(qū)。同時學生團隊也將收到其他小組的評價。其次，對比Python工具在不同場景中的應(yīng)用采取多目標學習策略。團隊需要根據(jù)項目需求進行程序設(shè)計，并完成實驗報告和10分鐘演講。其他小組成員和高年級學長給出評價和優(yōu)化建議。最后，程序設(shè)計演示采用綜合創(chuàng)作學習策略。各小組將所學到的知識融會貫通，并解決真實項目的問題。項目評價邀請行業(yè)導師和校友導師共同參與，從職業(yè)角度評價項目的專業(yè)性和普適性。

社區(qū)服務(wù)采用成果檔案原理，是學生效果評價的證據(jù)。學生小組每周委派一名成員將研究成果整合并錄制成微課視頻。這么做的原因有三：其一，學生和老師共創(chuàng)知識社區(qū)，并無償分享。將立德樹人的思政教育融入課程中。其二，學生用自己的語言講解項目成果，把知識經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為個人智慧。其三，成果檔案是學生職業(yè)發(fā)展的重要證據(jù)。

3.3 課前教學方法設(shè)計

老師在課前學習階段布微課視頻，為學生講解本周學習要點、任務(wù)打卡和同伴評分標準。在視頻結(jié)尾，老師給出3～5個思考題，學生需要通過資料查閱、網(wǎng)課學習和小組研討得出答案。學生根據(jù)任務(wù)指示需要完成三個階段的學習：首先，學生需要閱讀參考書資料，并在實驗樓和Data Quest完成理論知識學習。本門課程使用這兩個平臺的原因是讓學生從實操中學習（Learning by doing）。其次，學生以小組為單位，將學習成果進行分享，并完成老師提出的思考題。如果小組存在學習問題，將由組長統(tǒng)一向老師預約私人輔導。最后，學生將研究的成果、資料和經(jīng)驗分享到線上學習平臺。并且評價其他2個小組的帖子。團隊通過與其他小組的溝通，優(yōu)化本小組的研究成果，并委派一名成員準備10分鐘演講。

3.4 課中教學方法設(shè)計

課中學習階段分為三個部分。首先，各小組學生匯報問題的研究成果和學習方法。其他小組成員和老師共同給出評價。其次，老師發(fā)布項目實訓任務(wù)。根據(jù)課程的內(nèi)容需求，實訓題目會有所不同。如果學習的目的是研究Python工具在不同場景的應(yīng)用，題目會以問題分析為主。例如三種Python爬蟲工具在同一個網(wǎng)站的程序設(shè)計策略和優(yōu)劣比較。如果學習目標是運用綜合能力解決真實案例問題，練習以題目分解為主，例如使用什么方法和流程解決這個項目問題。學生根據(jù)老師發(fā)布的項目問題，設(shè)計程序流程框架，并解釋其解題思路。學生團隊結(jié)合其他小組的成果進行評價和優(yōu)化。最后，學生團隊共同完成項目練習題和實驗手冊。各小組組長會根據(jù)遇到的問題預約同輩、學長或者老師輔導。

3.5 課后教學方法設(shè)計

學生需要在課后學習完成三個任務(wù)。首先，各小組委派一名代表錄制微課視頻。高年級學長將根據(jù)小組實驗報告做出評價，并協(xié)同小組完成視頻錄制。微課類型沒有要求，但是學生必須用自己的語言描述而不是照本宣科。其次，行業(yè)導師和校友導師將定期參與項目評價，主要聚焦在代碼設(shè)計的專業(yè)性和普適性。最后，各小組組長帶領(lǐng)成員制定下一節(jié)課的預習計劃。另外，老師總結(jié)學生的學習數(shù)據(jù)并存入學習檔案中。

3.6 創(chuàng)新性與普適性總結(jié)

《Python語言程序設(shè)計》教學方法的創(chuàng)新性和普適性包含以下四點。首先，教學設(shè)計不再以老師灌輸為主，而是將學習的主動權(quán)交給學生。老師在教學過程中扮演的角色是學習社區(qū)的組織者和學習問題的指導者。其次，老師不會重復學生能夠在網(wǎng)絡(luò)上和書本中學習到的知識，而是將更多時間用于知識和技能的綜合指導。再次，課程設(shè)計著重考慮學生的“認同”心理，鼓勵他們從多個角度思考和解決問題，弱化對成績分數(shù)的依賴。最后，課程將檔案記錄作為學習效果的佐證，清晰地記錄了學習方式、能力圖譜、項目經(jīng)驗和學科成績。這些數(shù)據(jù)都將為學生的職業(yè)發(fā)展提供指導。

4 結(jié)語

同伴互教是激發(fā)學生主觀能動性的教學方式。老師在課程中需要轉(zhuǎn)變角色，給予學生更多自由學習和積極創(chuàng)新的空間。教學設(shè)計應(yīng)該從學習過程的有效性、挑戰(zhàn)性和互動性為基礎(chǔ)，潛移默化地激發(fā)學生的積極學習和社會互動意識，從知識能力到品德建設(shè)全方位培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

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【通聯(lián)編輯：梁書】