黃勝 劉偉煒

湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院 湖南 長沙 410205

引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，手機(jī)、平板、筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備逐漸融入了人們的生活。對比過去，移動(dòng)設(shè)備帶來的移動(dòng)式學(xué)習(xí)和碎片化學(xué)習(xí)更能滿足當(dāng)代學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求，而這是傳統(tǒng)的大學(xué)課堂和簡單的在線課程不能提供的。面對以上問題，高校教育者應(yīng)積極尋求變革，對傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式進(jìn)行改變，對多種教學(xué)模式進(jìn)行大膽嘗試，用以來滿足學(xué)生不斷變化的學(xué)習(xí)需求。

Python程序設(shè)計(jì)不僅作為全校公選課，用于培養(yǎng)和提高在校大學(xué)生的計(jì)算思維能力，更是計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析的先修課程。如何在課程體系中構(gòu)建統(tǒng)一的平臺，其中設(shè)置低階內(nèi)容適合于所有專業(yè)的學(xué)生用于進(jìn)行基礎(chǔ)編程能力的學(xué)習(xí)；設(shè)置中階內(nèi)容適合于理工類的學(xué)生和有強(qiáng)烈學(xué)習(xí)興趣并有一定編程基礎(chǔ)的文科學(xué)生學(xué)習(xí)，用于運(yùn)用Python語言解決專業(yè)中遇到的實(shí)際工程問題；設(shè)置高階內(nèi)容適合于本專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)，例如：中文分詞、正則化處理、網(wǎng)絡(luò)爬蟲、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫連接等內(nèi)容，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。筆者結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對Python語言的特點(diǎn)，采用線上線下混合教學(xué)模式對該門課程進(jìn)行教學(xué)改革試點(diǎn)，通過幾個(gè)教學(xué)周期的觀察發(fā)現(xiàn)，對比傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，混合教學(xué)模式在提高學(xué)生理論知識的掌握程度上、在提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力上都有顯著的效果，而且對不同能力水平的學(xué)生更具有包容性。

1 Python程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問題

Python語言是一種跨平臺、開源的解釋型編程語言，它的特點(diǎn)是代碼簡潔、語法優(yōu)美且簡單易學(xué)[1-2]。然而從教學(xué)實(shí)踐情況看，一門看似“簡單”的課程，卻讓很多學(xué)生感覺無法適從。那么在Python程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)過程中，存在哪些問題呢？

1.1 課程定位不清

Python程序設(shè)計(jì)不僅在計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)開設(shè)，也在非計(jì)算機(jī)專業(yè)作為公共選修課開設(shè)，相當(dāng)部分高校將其定位于編程入門課程，通過這門課的學(xué)習(xí)，學(xué)生只是要求具有用 Python 編寫程序的基本能力。然而Python語言應(yīng)的最大特點(diǎn)就是擁有強(qiáng)大的第三方庫，這使得它在Web開發(fā)、科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)運(yùn)維、多媒體應(yīng)用和爬蟲開發(fā)等領(lǐng)域受到廣泛的應(yīng)用。因而只在課堂中講述Python語言的基礎(chǔ)知識和語法結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了學(xué)生的學(xué)習(xí)預(yù)期，不能激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，其授課效果、課堂吸引力可想而知。

1.2 教學(xué)任務(wù)重

Python程序設(shè)計(jì)作為計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)大數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析的先導(dǎo)課程，除了安排學(xué)習(xí)Python編程精講以外，還要涉及中英文分詞、JSON庫、正則化、網(wǎng)絡(luò)爬蟲、數(shù)據(jù)庫編程、并行處理和數(shù)據(jù)可視化等內(nèi)容，而該門課程的總課時(shí)只有32節(jié)，學(xué)習(xí)緊任務(wù)重，這就造成了老師為了符合教學(xué)進(jìn)度，就大水漫灌，導(dǎo)致了學(xué)生學(xué)習(xí)起來叫苦不迭，最終導(dǎo)致的結(jié)果是教師教得累，學(xué)生學(xué)得辛苦，學(xué)習(xí)效果卻非常差，讓后續(xù)課程的開展設(shè)置了很大的障礙。因此，開辟第二學(xué)習(xí)戰(zhàn)場，擴(kuò)展課堂教學(xué)時(shí)間是非常必要的。課程組將選擇部分簡單的教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)移到線上教學(xué)，通過學(xué)生線上自學(xué)，不僅減輕了教師課堂的教學(xué)壓力，增加了學(xué)生的自信心，還提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

1.3 學(xué)生參與度不高

對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說，Python程序設(shè)計(jì)只是作為公選課，很多學(xué)生的學(xué)習(xí)目的就是為了拿學(xué)分，其底層的學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)力不強(qiáng)，學(xué)習(xí)積極性不高；對于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說，已經(jīng)在前期學(xué)習(xí)了C語言和Java語言，重新再學(xué)習(xí)一門編程語言，尤其是還要按照要求重新學(xué)習(xí)基本語法知識，容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)惰性，積極性不高。如何調(diào)動(dòng)不同專業(yè)，不同層次的學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，是課題組需要研究的一個(gè)長期問題。

1.4 高質(zhì)量、系統(tǒng)性教學(xué)支撐資源有待進(jìn)一步完善

現(xiàn)階段關(guān)于Python程序設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)資源非常豐富，然而網(wǎng)上的教學(xué)資源為了追求普及性和受眾面，其所涉及的知識點(diǎn)往往全而不專，并不完全適合本校的學(xué)生，例如：本校學(xué)生需要經(jīng)常分析處理金融數(shù)據(jù)，需要在課程中開設(shè)Tushare+Pandas+Matplotlib庫的講解，而這些內(nèi)容在很多教學(xué)資源中是沒有提及的。其二，網(wǎng)上資源多是采用視頻講解的方式，缺乏網(wǎng)上實(shí)踐練習(xí)，學(xué)生的動(dòng)手能力得不到鍛煉。因而，課程組需要根據(jù)學(xué)校的教學(xué)定位和學(xué)生的能力水平，建設(shè)從教材、到案例、到平臺等相配套的系統(tǒng)性、高質(zhì)量的教學(xué)資源。

2 Python程序設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐探索和思考

針對上述問題，課程組根據(jù)不同專業(yè)學(xué)生的編程能力和需求出發(fā)，將Python課程的知識點(diǎn)劃分為低階、中階和高階三個(gè)層次，并在課程講解中依據(jù)學(xué)生所處專業(yè)的特點(diǎn)，將對應(yīng)專業(yè)的真實(shí)案例和知識點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，在解題過程中掌握和運(yùn)用知識，鞏固知識的同時(shí)還提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。與此同時(shí)，我們通過制定“自主獲取知識（課前）+實(shí)踐構(gòu)建知識（課堂）+鞏固知識（課后）”的教學(xué)模式，并已初步建設(shè)完成超星課程平臺和線上實(shí)踐平臺，把理論知識與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，讓學(xué)生在教學(xué)的每個(gè)過程中都能獲得學(xué)習(xí)的成就感，從而取得良好的教學(xué)效果[3]。

2.1 積極拓展課程思政，思考如何在教學(xué)過程中挖掘思政元素

課程建設(shè)必須以立德樹人為根本，教師在課堂教學(xué)中不能僅僅傳授知識，還要充分發(fā)揮教師的人格魅力，通過自己的師風(fēng)師德引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)良好的科學(xué)素質(zhì)和職業(yè)道德。另一方面教師需要整合課內(nèi)課外的資源，將思政教育方法引入到課程教學(xué)中，并充分挖掘課程知識中所包含的思想價(jià)值，在增加課程趣味性的同時(shí)，著力培養(yǎng)學(xué)生正確的唯物史觀和價(jià)值觀，讓學(xué)生在課程教學(xué)中堅(jiān)定自己愛黨、愛國、愛社會主義的理想信念，實(shí)現(xiàn)價(jià)值、知識和能力相統(tǒng)一。

2.2 教學(xué)內(nèi)容的劃分

課程組按照不同專業(yè)的需求，將課程內(nèi)容劃分為3個(gè)層次。其中低階內(nèi)容包括課程導(dǎo)學(xué)、Python初體驗(yàn)、Python集成開發(fā)環(huán)境的安裝與配置、Python基本數(shù)據(jù)類型、流程控制、函數(shù)和代碼復(fù)用、組合數(shù)據(jù)類型、文件和數(shù)據(jù)格式化、基本擴(kuò)展模塊（datatime模塊、算術(shù)模塊、持久化模塊、文件讀寫模塊）等內(nèi)容，適合所有專業(yè)學(xué)生進(jìn)行選擇性學(xué)習(xí)；中階內(nèi)容包括類和面向?qū)ο?、圖形化用戶界面、數(shù)據(jù)庫編程、中級擴(kuò)展模塊（中英文分詞、PIL、正則化、Requests、Beautiful Soup、TuShare等）適合于理工類專業(yè)學(xué)生進(jìn)行選擇性學(xué)習(xí)；高階內(nèi)容包括高級擴(kuò)展模塊（Numpy、Pandas、Scipy）、多線程編程、數(shù)據(jù)可視化和網(wǎng)絡(luò)爬蟲框架等內(nèi)容，適合于計(jì)算機(jī)類不同專業(yè)學(xué)生進(jìn)行選擇學(xué)習(xí)。

2.3 設(shè)計(jì)混合教學(xué)流程

Python程序設(shè)計(jì)課程的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)主要由課前預(yù)習(xí)、課中討論、課后知識鞏固三部分組成。課前教學(xué)通過發(fā)布課前任務(wù)的形式，讓學(xué)生通過微視頻學(xué)習(xí)和教學(xué)課件學(xué)習(xí)提前自主獲取課堂知識，并針對學(xué)習(xí)難點(diǎn)提出疑問。課堂教學(xué)運(yùn)用研討式及啟發(fā)式情景教學(xué)方法，幫助學(xué)生構(gòu)建知識體系。例如：引入π的求解案例，將學(xué)生分成3組，分別通過蒙特卡洛方法、萊布尼茨公式和Machin公式分別進(jìn)行求解，在過程中植入復(fù)雜工程計(jì)算、random庫和循環(huán)的知識點(diǎn)，并最終由小組進(jìn)行成果展示。課后教學(xué)通過課后專項(xiàng)練習(xí)、線上實(shí)踐練習(xí)、學(xué)習(xí)總結(jié)和論壇交流的形式，鞏固學(xué)生課堂知識，并通過與學(xué)生交流和定期發(fā)布問卷調(diào)查等方式獲取學(xué)生反饋，并根據(jù)反饋意見課程組將進(jìn)行教學(xué)反思和教學(xué)方案優(yōu)化，提高學(xué)生的滿意度。

2.4 提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

針對非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，課程組可以通過在教學(xué)過程中穿插學(xué)生對應(yīng)專業(yè)的案例，通過計(jì)算機(jī)+專業(yè)的形式，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中感覺到課程中學(xué)習(xí)的知識是對自己專業(yè)有所幫助，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如：可以針對商學(xué)院的特點(diǎn)，添加python+金融數(shù)據(jù)分析的案例分析，針對文法學(xué)院的特點(diǎn)，添加python+文學(xué)作品分詞分析的案例，針對機(jī)械學(xué)院的特點(diǎn)，增加python+工程應(yīng)用案例。

計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生不僅需要學(xué)生掌握Python語言的語法知識，還需要學(xué)生掌握其強(qiáng)大的生態(tài)工具，能夠初步解決例如：大數(shù)據(jù)處理、圖形圖像處理、科學(xué)計(jì)算可視化等領(lǐng)域中的實(shí)際問題，為后續(xù)大數(shù)據(jù)處理等課程奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，課程組在教學(xué)內(nèi)容中引入第三方庫的內(nèi)容，利用章節(jié)知識和第三方庫解決實(shí)際工程問題。例如，課程組在流程控制章節(jié)添加了Random庫的講解，讓學(xué)生利用章節(jié)所學(xué)知識（循環(huán)結(jié)構(gòu)和分支結(jié)構(gòu)）和Random庫結(jié)合，使用蒙特卡洛思想求解圓周率π。讓學(xué)生在解決實(shí)際問題過程中，不僅加深了對教學(xué)知識點(diǎn)的理解，還拓展了Python的第三方庫知識，激勵(lì)了學(xué)生的實(shí)踐探索興趣。

2.5 建立全過程考核評價(jià)機(jī)制。

具體而言，從過程考核和結(jié)果考核兩個(gè)維度考慮。從過程考核來看，通過專家評審、同行評價(jià)、學(xué)生調(diào)查問卷等多種形式進(jìn)行效果評估（如圖1所示）。例如：隨機(jī)抽選了125名學(xué)生分別對教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)考核方式和評分標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)容是否有挑戰(zhàn)度等問題進(jìn)行調(diào)研，結(jié)果總體滿意度達(dá)到90%。

圖1 某班問卷調(diào)查部分截圖

從結(jié)果考核來看，將傳統(tǒng)教學(xué)和混合式教學(xué)通過SPSS并結(jié)合問卷調(diào)查與學(xué)情數(shù)據(jù)對學(xué)生成績進(jìn)行分析，具體如下所示，平均成績提高了12分，標(biāo)準(zhǔn)差由原來的5.53降為5.30，均值的標(biāo)準(zhǔn)差由0.78降為0.75?？傮w上看，線上線下混合模式更能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握，也更具有包容性（實(shí)際效果如圖2、圖3所示）。

圖2 學(xué)生平均學(xué)習(xí)時(shí)長

圖3 學(xué)生成績分布圖

2.6 加強(qiáng)資源建設(shè)

逐步形成了較為系統(tǒng)化教學(xué)支撐資源，以支撐混合式教學(xué)模式的完成。 具體包括： ①以教材和在線教學(xué)視頻為主的課程教學(xué)資源建設(shè)（現(xiàn)有授課視頻78個(gè)，視頻總時(shí)長817分鐘，非視頻資源206個(gè)，習(xí)題庫448題，線上實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目57個(gè)，現(xiàn)累計(jì)頁面瀏覽量952454，累計(jì)選課人數(shù)832人），具體內(nèi)容如圖4所示；②充分利用以實(shí)踐教學(xué)為主的頭歌教學(xué)平臺（www.educoder.net）[4]；③具備合作關(guān)系、面向不同行業(yè)的本地化企業(yè)為主的“第二校園” 。

圖4 線上教學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

3 結(jié)束語

Python程序設(shè)計(jì)不僅肩負(fù)著大學(xué)計(jì)算機(jī)教育的普及工作，也是計(jì)算機(jī)專業(yè)深入大數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)入門課程，在大學(xué)本科教育中占據(jù)了非常重要的地位。本文立足于本校學(xué)生的學(xué)習(xí)特性，引入混合式教學(xué)模式，切合實(shí)際的改進(jìn)教學(xué)流程、更新教學(xué)內(nèi)容、改革考核評價(jià)模式，并付諸實(shí)際教學(xué)過程中。實(shí)踐表明，該方案充分發(fā)揮了線上教學(xué)的優(yōu)勢，將部分基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容搬上了網(wǎng)絡(luò)，既變相的擴(kuò)展了教學(xué)時(shí)間，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，又能利用線上教學(xué)的功能，收集學(xué)生的學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)，便于教師實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。與此同時(shí)，教師在課堂教育中將擁有更多的時(shí)間來進(jìn)行課程思政教育和開展例如課堂討論、專題匯報(bào)多種形式的教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度。Python程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革不是一蹴而就的過程，這需要教育工作者投入更多的時(shí)間和精力，進(jìn)行深入的教學(xué)改革，使其教學(xué)內(nèi)容不斷的貼合社會發(fā)展的需要，培養(yǎng)出更多的高素質(zhì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用人才[5]。