沈翠新

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 人工智能學(xué)院，廣東 深圳 518055）

關(guān)鍵字：Python語言及其應(yīng)用；項目化課程；改革與實踐

教育部吳巖司長在《建設(shè)中國“金課”》一文中提到：課程是人才培養(yǎng)的核心要素，學(xué)生從大學(xué)里受益最直接、最核心、最顯效的是課程，要“消滅水課、打造金課”．打造金課，要充分重視課堂教學(xué)這一主陣地，努力營造課堂教學(xué)熱烈氛圍．要合理運用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，要抓好虛擬仿真實驗實訓(xùn)項目建設(shè)，開辟“智能教育”新途徑[1]．關(guān)于“金課”的定義，吳巖司長提出了“兩性一度”的評價標準，即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度．與之相反的“水課”是指低階性、陳舊性和不用心的課．吳巖司長對“金課”的理解，更多的是對本科院校的強調(diào)．高職院?！敖鹫n”如何定義？從目前來看，高等職業(yè)教育的“金課”要更多體現(xiàn)實踐性、問題與任務(wù)雙導(dǎo)向性、與時俱進的現(xiàn)實性，就是學(xué)生愿意參與有啟發(fā)、有收獲、有提升的課堂，教師肯投入，有針對性、有豐富內(nèi)涵、有成就感的課堂．

《Python語言及其應(yīng)用》是大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用、軟件技術(shù)、云計算和計算機應(yīng)用專業(yè)的核心課程，是人工智能學(xué)院的院級平臺課程．在該課程的學(xué)習過程中，以編程實踐操作解決實際生活問題為主，讓學(xué)生更好的學(xué)習和掌握Python語言的關(guān)鍵技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題的能力，強化學(xué)生的職業(yè)道德意識、職業(yè)素養(yǎng)意識和創(chuàng)新意識，為學(xué)生以后從事人工智能相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)．

本文以《Python語言及其應(yīng)用》課程中的綜合實訓(xùn)項目（16學(xué)時）為例，介紹該課程項目化建設(shè)的改革與實踐，事實證明，課程的改革取得了良好的效果．

1 教學(xué)模式的構(gòu)建

《Python語言及其應(yīng)用》課程面向高職院校大數(shù)據(jù)、人工智能、計算機等相關(guān)專業(yè)大二上學(xué)期的學(xué)生，他們在前期程序設(shè)計基礎(chǔ)類課程中已經(jīng)學(xué)習了基本的編程方法，能夠編寫簡單的程序，有一定的程序設(shè)計知識和技能基礎(chǔ)，他們課堂參與度高，團隊協(xié)作能力強，對人工智能技術(shù)感興趣，動手實踐能力強，但編程思維和解決問題能力較弱[2][3]．基于課程面向?qū)ο蟮膶W(xué)情特點，明確課程的目標，精心設(shè)計課程的項目和載體、制定相應(yīng)的教學(xué)策略．

1.1 對接標準，精選項目載體

結(jié)合大數(shù)據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案、《Python語言及其應(yīng)用》課程標準，參照“Python軟件開發(fā)工程師”工作崗位能力要求，對接“Python程序開發(fā)”1+X職業(yè)技能等級證書標準，參考國規(guī)教材《Python語言及其應(yīng)用》，以鍛煉學(xué)生編程思維為目標，選定課程的總體教學(xué)內(nèi)容．課程共分為5個單元，分別為走進python、程序的控制結(jié)構(gòu)、復(fù)合數(shù)據(jù)類型、文件與異常處理、綜合實訓(xùn)5個教學(xué)單元．每個單元由若干個互相聯(lián)系和遞進的任務(wù)組成，在任務(wù)的實習過程中學(xué)習和理解理論知識，鞏固程序編寫能力．

好的教學(xué)項目能提升學(xué)生的學(xué)習興趣和積極主動性，教學(xué)項目的選取應(yīng)遵循以下三個原則：

技術(shù)先進性原則：項目的選取要緊跟專業(yè)技術(shù)的更新和發(fā)展，使學(xué)生在學(xué)習和實訓(xùn)過程中能夠緊跟業(yè)界技術(shù)前沿，主動學(xué)習探索．

貼進生活化原則：項目的內(nèi)容要貼進學(xué)生的生活，使學(xué)生在項目中感受到樂趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習欲望，在項目選取時要緊貼實際生產(chǎn)生活，項目要有明顯的感知效果，這樣學(xué)生才愿意自主學(xué)習．

難易可擴展原則：項目的選擇應(yīng)適合對學(xué)生開展分層教學(xué)，可以把項目分為基本任務(wù)和拓展任務(wù)．大多數(shù)學(xué)生能夠通過課內(nèi)、在老師的帶領(lǐng)下完成基本任務(wù)，少數(shù)同學(xué)通過查閱課外資料、獨立自主、創(chuàng)新性完成拓展任務(wù)．

本文以第五個教學(xué)單元為例，介紹課程的改革與實踐情況．單元五為“綜合實訓(xùn)”，教學(xué)項目選擇門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，主要教學(xué)內(nèi)容是基于百度 AI的人臉識別技術(shù)，應(yīng)用于門禁系統(tǒng)中，實現(xiàn)人臉檢測、搜索、對比和身份驗證，因此將綜合實訓(xùn)項目劃分為單臉檢測、多臉檢測、人臉搜索和身份驗證4個任務(wù)，如圖1所示．

圖1 教學(xué)項目載體

1.2 德業(yè)并進，明確教學(xué)目標

結(jié)合《Python語言及其應(yīng)用》課程標準與python軟件工程師崗位能力要求，確定每個單元的知識、技能和素質(zhì)三維目標，基于崗位能力要求確定教學(xué)重點，根據(jù)學(xué)情分析確定每個單元的難點．在對以往畢業(yè)生和企業(yè)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，第五單元的知識難度較大，但是培養(yǎng)了學(xué)生編程的邏輯思維能力，在實際工作中特別重要．

本單元的總體教學(xué)目標為：合理利用所學(xué)的程序結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法，充分利用字典、列表等理論知識，結(jié)合百度 AI人臉識別的技術(shù)文檔資料，開發(fā)集人臉識別、人臉搜索、身份識別和語音播報為一體的人臉識別門禁系統(tǒng)，測試運行后把程序部署到機器人上，能夠在機器人上進行展示．在程序的開發(fā)過程中，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力、分析問題和解決問題的能力，養(yǎng)成嚴謹、細致、認真負責的職業(yè)素養(yǎng)，同時注重關(guān)注技術(shù)前沿和學(xué)習新知識的能力，如圖2所示．

圖2 第5單元的教學(xué)目標和重難點

教學(xué)重點：（1）結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法（2）復(fù)合數(shù)據(jù)類型的綜合應(yīng)用（3）百度AI的相關(guān)方法的使用（4）培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力．

教學(xué)難點：（1）綜合應(yīng)用三種基本結(jié)構(gòu)，也是程序設(shè)計課程的難點（2）靈活應(yīng)用復(fù)合數(shù)據(jù)類型（3）熟練掌握程序的斷點調(diào)試技巧（4）靈活應(yīng)用百度AI平臺的方法解決實際問題．

1.3 理念先行，制定教學(xué)策略

本項目以基于百度 AI的人臉識別項目為載體，遵循“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念和線上線下混合式教學(xué)模式，將課程教學(xué)設(shè)置為課前、課中、課后三個階段，課前讓學(xué)生學(xué)起來，課上讓學(xué)生動起來，課后讓學(xué)生練起來．

任務(wù)實現(xiàn)過程中，采用項目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，結(jié)合學(xué)情，體現(xiàn)技術(shù)先進性、緊跟業(yè)界技術(shù)前沿，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注技術(shù)前沿和學(xué)習新知識的能力．同時，混合式教學(xué)、現(xiàn)場編程、合作探究、任務(wù)驅(qū)動等教學(xué)方法的綜合運用，落實課程思政，將工匠精神融滲教學(xué)全過程，用勞動和愛國教育筑牢立德樹人基石，促進教學(xué)目標的達成，最終通過多元評價體系，實現(xiàn)全員、全過程、全方位育人．

另外，課程采用學(xué)習通在線教學(xué)平臺和一體化智慧教室構(gòu)建線上線下混合式教學(xué)環(huán)境，整合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和自有資源，自主研發(fā)Python課程闖關(guān)小游戲，借助技術(shù)文檔和多元信息化教學(xué)應(yīng)用如碼云（高校版）、學(xué)習討論群、思維導(dǎo)圖工具、協(xié)作辦公軟件金山文檔等，搭建“有用、有趣、有效”的互聯(lián)網(wǎng)+智慧教學(xué)課堂，如圖3所示．

圖3 課程總體教學(xué)策略

2 教學(xué)過程的實施

2.1 對接崗位，“沉浸式”角色扮演引領(lǐng)教學(xué)實施

在現(xiàn)實生活中，門禁系統(tǒng)的人臉識別任務(wù)由以下幾個環(huán)節(jié)組成，先用攝像頭捕捉人臉的圖片，根據(jù)圖片進行人臉信息檢測，如果存在人臉信息，將檢測結(jié)果與數(shù)據(jù)庫的人臉信息進行對比，搜索出符合條件的人員信息，進行身份驗證，使用語音播報結(jié)果．在疫情期間，除進行人臉信息檢測外，還需要進行是否佩戴口罩的檢測，如圖4所示．

圖4 門禁系統(tǒng)的工作流程

人臉識別應(yīng)用綜合實訓(xùn)單元，基于百度 AI“人臉識別”相關(guān)技術(shù)，根據(jù)人臉識別的過程和門禁系統(tǒng)功能實現(xiàn)流程，按照任務(wù)的由易到難，知識點由簡到繁劃分為四個任務(wù)，分別是單臉檢測功能實現(xiàn)、多臉檢測功能實現(xiàn)、人臉搜索功能實現(xiàn)和身份識別功能實現(xiàn)，課程遵循“以學(xué)生為中心”的理念．在每個任務(wù)的實施過程中，按照軟件開發(fā)流程引導(dǎo)學(xué)生分步完成，由任務(wù)分析、明確需求、軟件設(shè)計、程序編碼、測試運行、任務(wù)改進6個步驟構(gòu)成完整的軟件生命周期，在任務(wù)實現(xiàn)過程中，學(xué)生沉浸在軟件全生命周期的各個角色中進行真實操作實訓(xùn)，體驗了企業(yè)一線工作崗位的能力需求和職業(yè)素養(yǎng)，在實訓(xùn)過程中學(xué)知識、練思維、漲技能、拓能力．在任務(wù)分析中，重在激發(fā)學(xué)生對新知識新技能學(xué)習的熱情和培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習能力．

2.2 多措并舉，“六環(huán)節(jié)”實施單次課教學(xué)

以“人臉搜索”任務(wù)實現(xiàn)為例，采用線上線下混合式教學(xué)模式，實施課前課中課后教學(xué)，遵循“以學(xué)生為中心”的理念組織教學(xué)，如圖5所示．

圖5 總體教學(xué)實施

2.2.1 課前明確目標，積極參與

教師發(fā)布線上學(xué)習資源和任務(wù)相關(guān)資料，引導(dǎo)學(xué)生綜合復(fù)習應(yīng)用相關(guān)知識．學(xué)生了解任務(wù)背景，閱讀百度 AI人臉搜索方面的技術(shù)文檔，制定任務(wù)實施方案，最后在平臺上完成課前測并進行自我評價．通過課前任務(wù)增強學(xué)生學(xué)習主動性，教師根據(jù)課前任務(wù)的學(xué)習情況及時調(diào)整教學(xué)策略．

2.2.2 課中方法得當，學(xué)有所獲

結(jié)合學(xué)情特點和Python開發(fā)崗位要求，“做中教，做中學(xué)”教學(xué)模式，聚焦重點、突破難點，基于項目引領(lǐng)、任務(wù)驅(qū)動，按照軟件開發(fā)流程引導(dǎo)學(xué)生分步完成．課程開始邀請學(xué)生展示優(yōu)秀作業(yè)，同時教師總結(jié)課前討論和課前測題目．接下來結(jié)合完整的軟件生命周期組織“任務(wù)引出、任務(wù)分析（需求分析）、軟件設(shè)計、程序編碼、測試運行、任務(wù)改進”六個教學(xué)環(huán)節(jié)．

第一個環(huán)節(jié)：任務(wù)引出

教師發(fā)送“人臉搜索”任務(wù)單，下達任務(wù)要求，學(xué)生領(lǐng)取并明晰任務(wù)．

第二個環(huán)節(jié)：任務(wù)分析

確定人臉搜索功能需求以及所需要的關(guān)鍵知識．教師組織觀看疫情期間某大學(xué)刷臉門禁工作視頻和公安部利用 AI技術(shù)打拐的視頻，融入科技助力生活，落實課程思政．通過演示動畫，結(jié)合生活情景的案例，組織學(xué)生進行人臉搜索功能需求方案的討論，學(xué)生以小組為單位，并制定需求方案，教師以問題引導(dǎo)方式，帶領(lǐng)學(xué)生梳理完成任務(wù)所需要的關(guān)鍵知識點，同學(xué)在回答問題的同時邏輯上已理清完成任務(wù)步驟及關(guān)鍵技術(shù)．

第三個環(huán)節(jié)：繪制流程圖

學(xué)生分組繪制流程圖，教師巡視指導(dǎo)，組織學(xué)生以小組為單位提交作品到學(xué)習通平臺，通過展示、互評，引導(dǎo)學(xué)生找出錯誤流程圖的不足，做到精益求精，不能將就，教師點評繪圖易錯點，最后確定正確的流程圖，完成軟件設(shè)計環(huán)節(jié)．

第四個環(huán)節(jié)：現(xiàn)場編程

按照最終設(shè)計的流程圖完成軟件編碼．學(xué)生結(jié)合技術(shù)文檔編寫程序并測試，教師巡視指導(dǎo)、解答疑問、糾正錯誤．進展順利的同學(xué)協(xié)助其他同學(xué)進行程序的編寫和調(diào)試．本環(huán)節(jié)鍛煉學(xué)生的程序編寫技能，鍛煉學(xué)生程序排錯技能，再現(xiàn)程序員必備技能，同時要進行軟件開發(fā)規(guī)范的職業(yè)素養(yǎng)教育．最后同學(xué)們要把遇到的錯誤及解決方法上傳到學(xué)習通的錯誤交流區(qū)，不斷豐富課程的錯誤庫，以備將來同學(xué)們的查閱．

第五個環(huán)節(jié)：測試運行

教師組織學(xué)生進行組間測試，引導(dǎo)學(xué)生實施完備正確的軟件測試，并記錄好程序 bug，最后學(xué)生以小組為單位匯報提交測試結(jié)果，教師對測試結(jié)果進行總結(jié)．每個小組根據(jù)測試結(jié)果對程序進行修改完善并再次測試運行，確保編寫完成了正確的軟件．

第六個環(huán)節(jié)：任務(wù)拓展

教師演示功能完成的軟件，引導(dǎo)學(xué)生思考討論，如何使輸出結(jié)果更為直觀生動？如何封裝已完成的功能？通過問題引導(dǎo)，提出改進任務(wù)，如何把找到的人臉結(jié)果信息顯示的屏幕上，通過百度AI語音模塊進行結(jié)果展示．學(xué)生完成任務(wù)改造，調(diào)試運行，作品上傳到“碼云”平臺．

最后，教師進行小結(jié)，學(xué)生進行作品展示，師生一起討論反思．

整個課堂的任務(wù)實施過程中，貫徹學(xué)知識、練思維、漲技能、拓能力，提升學(xué)生實踐積極性，加強師生互動、小組協(xié)作，避免了簡單的單一枯燥講授，有效突破重難點．

2.2.3 課后拓展總結(jié)，穩(wěn)步提升

在學(xué)習通平臺發(fā)布拓展任務(wù)，分組協(xié)作完成真實軟件開發(fā)任務(wù)，深入產(chǎn)教融合，提升職業(yè)能力與素養(yǎng)．學(xué)生積極參與課后測試和拓展任務(wù)的開發(fā)，把所學(xué)知識綜合應(yīng)用于有趣正能量案例．教師根據(jù)學(xué)生的參與和任務(wù)完成情況，分層關(guān)注各個學(xué)生實踐學(xué)習效果，完成教學(xué)反思，及時調(diào)整教學(xué)策略并進行改進．

2.3 潤物無聲，落實課堂思政

全國高校思想政治工作會議精神指出:要把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，推動“思政課程”向“課程思政”轉(zhuǎn)變，挖掘梳理各門課程的德育元素，完善思想政治教育的課程體系建設(shè)，充分發(fā)揮各門課程的育人功能，實現(xiàn)學(xué)院全程育人、全方位育人和全員育人的大思政格局．在本課程中，教學(xué)內(nèi)容的選取融入時政案例，以新冠肺炎疫情為背景，介紹減少人與人接觸的技術(shù)手段，模擬人臉識別身份驗證實戰(zhàn)開發(fā)，在教學(xué)過程中無縫滲透“愛國敬業(yè)、科技創(chuàng)新、工匠精神、勞動精神”等課程思政元素．從教學(xué)資源準備、任務(wù)設(shè)計、教學(xué)實施、課后總結(jié)各項教學(xué)活動過程中，實現(xiàn)知識與能力并重、學(xué)識與品格并重的教學(xué)模式，如圖6所示．

圖6 課程思政設(shè)計

2.3.1 弘揚愛國情懷

在課程的開始，介紹人臉識別與檢測技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用，同時強調(diào)中國是將人臉識別技術(shù)應(yīng)用最廣泛的國家，體驗我國科技發(fā)展的成績，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷，提升學(xué)生的國家自豪感．在授課過程中，也會把社會主義價值觀穿插在課程內(nèi)容中，使學(xué)生發(fā)自內(nèi)心的感覺到國家的強大．

2.3.2 培養(yǎng)勞動精神

在課程教學(xué)過程中，穿插人工智能技術(shù)發(fā)展過程的典型故事和事例，讓學(xué)生體會技術(shù)的發(fā)展是由廣大辛勤勞動的工程師努力得來的結(jié)果；學(xué)生在離開實訓(xùn)室之前，必須整理好實訓(xùn)的設(shè)備并擺放整齊，包括電腦、機器人等，收拾好自己的工位才能離開．

2.3.3 養(yǎng)成職業(yè)素養(yǎng)

在教學(xué)過程中，要求學(xué)生隨時隨地編寫文檔，養(yǎng)成良好的文檔撰寫能力；在軟件編碼的過程中，強調(diào)程序的可讀性、維護性，用戶界面的友好性，養(yǎng)成良好的編程習慣[4]；在軟件工程和數(shù)據(jù)領(lǐng)域中，學(xué)生的安全意識和責任意識特別重要，因為數(shù)據(jù)泄露會給企業(yè)和國家造成不可挽回的經(jīng)濟損失[5]，在課程中，通過安全事故的案例，反思分析，提高學(xué)生的安全和責任意識．通過文檔、編程習慣、安全和責任意識培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)素養(yǎng)．

2.3.4 塑造工匠精神

“工匠精神”是升華后的職業(yè)精神[6]．計算機具有行業(yè)發(fā)展快、技術(shù)更新迅速的特點，因此高職學(xué)生的工匠精神主要包括：需要具備創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，掌握新技術(shù)，善于創(chuàng)造，并且工于專技、忠于崗位．將”新技術(shù)、新工藝、新技能“融入到課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中，鼓勵學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神．只有在計算機專業(yè)教育中融入工匠精神”的培育，學(xué)生才會在未來的職業(yè)發(fā)展中更加自覺地提升自身實踐能力，做好本職工作．

3 全方位評價體系的建立

針對教學(xué)目標，以教學(xué)過程為主線，設(shè)計以過程評價和終結(jié)評價結(jié)合的多元全過程教學(xué)評價體系．

將本綜合實訓(xùn)單元的4個任務(wù)的考核測評量化，課程成績由“課前學(xué)習、課中學(xué)習、課后學(xué)習”三方面構(gòu)成，改變原來單一的由“任課老師”給分的單一評價體系，采用“平臺自動生成、教師評價、學(xué)生互評和企業(yè)教師評價”全方位的學(xué)習效果評價途徑，能更客觀的評價學(xué)習效果，同時也有助于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習的能力和踏實的學(xué)習風氣．

每個任務(wù)的評價采取“課前、課中、課后”（全過程）相結(jié)合，課中的成績要由平臺、學(xué)生、老師針對軟件開發(fā)的各個步驟進行知識內(nèi)容、技能操作、職業(yè)素養(yǎng)等全方位評價，如圖7所示．

圖7 教學(xué)評價設(shè)計

各評價主體的分數(shù)占比如下：

4 教學(xué)成效

1）選用技術(shù)先進、業(yè)界應(yīng)用廣泛的人臉識別技術(shù)，搭載人臉識別綜合應(yīng)用案例，學(xué)生學(xué)習興趣濃厚．通過教學(xué)全過程的信息采集和統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習積極主動，課程參與度高，學(xué)習通平臺訪問量較以往有了很大的提高，課后作業(yè)的完成度在95%以上，學(xué)習效果明顯提升．

2）采用混合式教學(xué)，線上與線下相結(jié)合，課前、課中與課后相結(jié)合．利用學(xué)習通平臺，學(xué)生可以隨時隨地進行課前預(yù)習、課后知識復(fù)習、鞏固拓展提高；課中學(xué)生沉浸在軟件全生命周期的各個角色中進行真實操作實訓(xùn)，體驗了企業(yè)一線工作崗位的能力需求和職業(yè)素養(yǎng)，產(chǎn)教融合，教學(xué)一體，提升了學(xué)生職業(yè)能力與勞動素養(yǎng)，充分調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性．以學(xué)生為主體，結(jié)合先學(xué)后教、難點教學(xué)，有助于學(xué)生及時消化和吸收知識點；虛實融合，理實一體，實時教學(xué)評價，促使學(xué)生主動構(gòu)建、思考和實踐，提升職業(yè)技能，培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展的潛力．

3）學(xué)生課程設(shè)計作業(yè)的完成度和完整度比以往有了質(zhì)的飛躍，近一年，學(xué)生參加各類專業(yè)技能大賽并獲得優(yōu)秀成果：計算機設(shè)計大賽省級一等獎1項，二等獎2項，三等獎2項；大數(shù)據(jù)技術(shù)與應(yīng)用技能大賽省級一等獎2項，省級二等獎1項；人工智能技能大賽，省賽一等獎1項．