胡 濤 周 南 邱 杰

湖南交通工程學(xué)院，湖南 衡陽 421001

為培養(yǎng)高質(zhì)量實用型人才，高等教育在專業(yè)設(shè)置上應(yīng)主動適應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展需求和產(chǎn)業(yè)變革，課程規(guī)劃和內(nèi)容設(shè)置應(yīng)注重基礎(chǔ)理論和創(chuàng)新實踐能力的結(jié)合，鼓勵專業(yè)課程采用“理實一體化”教學(xué)模式。2020年新冠肺炎疫情突襲，各高校不得不將課堂從線下搬到了線上，運用網(wǎng)絡(luò)平臺進行在線教學(xué)，解決停課不停學(xué)問題。進一步促進了線上線下混合教學(xué)模式的發(fā)展［1］，同時也為課程改革提供了新的方向。

“理實一體化”教學(xué)模式是將理論教學(xué)、實踐教學(xué)融于一體的復(fù)合型教學(xué)模式。其基本思路是以理論知識為基礎(chǔ)，以“實驗室、實踐基地”為載體，整個教學(xué)過程理論實踐互相融合，“教、學(xué)、做”一體化完成課程教學(xué)模式?！袄韺嵰惑w化”課程教學(xué)內(nèi)容涵蓋專業(yè)理論知識和實踐技能操作，應(yīng)知、應(yīng)會的知識點、技能點多，受課時限制，理論教學(xué)內(nèi)容無法深度講解，實踐操作中教師無法及時跟蹤每個學(xué)生操作情況和解答學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到的每個問題。針對這一問題，提出將線上線下混合式教學(xué)模式引入“理實一體化”課程教學(xué)實踐中，深化課程改革，全面提升課程教學(xué)質(zhì)量。

“理實一體化”教學(xué)模式是一種理論、實踐一體化的教學(xué)模式，全程構(gòu)建素質(zhì)和技能培養(yǎng)框架，將學(xué)科知識與實踐活動結(jié)合，真正做到學(xué)做結(jié)合［2］。采用“理實一體化”教學(xué)模式，不僅可以滿足學(xué)生在線完成理論和實踐學(xué)習(xí)的需求，還能在極大程度上緩解教師的教學(xué)壓力，讓教師能有更多的精力致力于構(gòu)建優(yōu)秀的教學(xué)資源和開展個性化教學(xué)，從而提升教學(xué)質(zhì)量。

一、教學(xué)現(xiàn)狀分析

為了滿足不同領(lǐng)域人才對計算機語言的不同要求，培養(yǎng)不同專業(yè)學(xué)生運用信息解決本專業(yè)領(lǐng)域問題的素養(yǎng)和能力，湖南交通工程學(xué)院面向全校所有專業(yè)學(xué)生開設(shè)了Python語言程序設(shè)計課。由于學(xué)科不同、專業(yè)不同，學(xué)生思維方式以及計算機語言應(yīng)用水平、基礎(chǔ)相差較大。如果采用傳統(tǒng)的“以教師為中心”的課堂授課，先理論后實踐，不論是在線教學(xué)還是線上線下混合教學(xué)，大部分的教學(xué)安排將導(dǎo)致一些問題：教師連續(xù)的兩節(jié)課內(nèi)講授理論知識，學(xué)生課上記住了理論知識，由于沒有及時實踐，不能進行程序思維轉(zhuǎn)換，容易遺忘，無法掌握并合理應(yīng)用所學(xué)知識；實踐教學(xué)環(huán)節(jié)重結(jié)果、輕過程，評價標(biāo)準單一、模糊；實驗條件不夠、部分課程實驗環(huán)境配置要求高而復(fù)雜；學(xué)生練習(xí)效果不易監(jiān)督和評價等問題，致使教學(xué)效果不理想。為此，將理論與實踐相結(jié)合的“理實一體化”教學(xué)模式引入Python程序設(shè)計教學(xué)中，以期提升教學(xué)效果。

作為一門新的程序設(shè)計入門課程，Python程序設(shè)計一般開設(shè)在低年級。大多數(shù)低年級或者非計算機專業(yè)學(xué)生只會簡單的電腦的操作，對編程環(huán)境的搭建和操作存在一定的困難。Python語言可以分為兩個板塊，一是基礎(chǔ)知識，如基本輸入輸出、數(shù)據(jù)類型、表達式等；二是應(yīng)用，包括程序結(jié)構(gòu)、程序設(shè)計等。對大部分同學(xué)而言，第二個板塊的學(xué)習(xí)難度更大，因為這需要同學(xué)們改變傳統(tǒng)地解決問題的思維方式，培養(yǎng)程序思維。例如，我說：“把那個凳子搬過來。”如果想讓計算機聽懂這句話，就需要和計算機表達：

1.定義對象：什么是“凳子”；

2.把凳子向上移動n厘米；

3.往前（某個方向）移動m米；

4.把凳子向下移動n厘米。

如此，計算機才能按步驟完成我們想要它做的事情。相較于人類之間交流的隨意與感性，和計算機對話時，必須具備嚴謹、理性的思路，每一步都要給出準確的指令，這樣就能讓計算機按照指令執(zhí)行，才能得出唯一準確的結(jié)果。

Python程序設(shè)計課程甚至所有編程語言的思維與傳統(tǒng)思維方式本來就存在很大的差異，思維的轉(zhuǎn)換不能僅僅停留在課堂的說教上，必須讓學(xué)生及時進行實踐練習(xí)，從實踐中總結(jié)經(jīng)驗，才能牢固記住課堂理論知識并轉(zhuǎn)換成自己的能力，養(yǎng)成良好的程序思維能力。

二、“理實一體化”教學(xué)設(shè)計

（一）構(gòu)建“一體化”教學(xué)環(huán)境

一改傳統(tǒng)教室（在線）+機房教學(xué)，基于學(xué)校已有的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺搭建“理實一體化”教學(xué)平臺。既可線下集中教學(xué)，也可以進行線上教學(xué)。教師可以通過平臺完成課前備課、課堂上課、課后指導(dǎo)以及考核全部教學(xué)工作；學(xué)生也可以通過平臺提供的開放資源進行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。無需重建機房或大力建設(shè)一體化教室，只需一臺計算機，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，通過瀏覽器登錄教學(xué)平臺，編程開發(fā)實訓(xùn)環(huán)境直接配備在課程章節(jié)里面，通過放映視頻、動畫和演示PPT等方式進行理論知識的講解，圍繞課堂教學(xué)內(nèi)容設(shè)計對應(yīng)的實踐內(nèi)容，一個完整的知識點講解完后，通過單擊相應(yīng)“按鈕”快速跳轉(zhuǎn)的實訓(xùn)環(huán)境，無須安裝配置，快速跳轉(zhuǎn)。在跳轉(zhuǎn)到實訓(xùn)環(huán)境后，可以一邊對照上機實驗指導(dǎo)，一邊在虛擬環(huán)境中進行編程訓(xùn)練。整個實踐過程非常連貫，不會因為不熟悉編程軟件或編程環(huán)境本身的問題而影響學(xué)習(xí)進度。教學(xué)環(huán)境的“理實一體化”使學(xué)生緊跟教師步伐，教師講解和學(xué)生練習(xí)有機結(jié)合，邊講邊練，在學(xué)中做，在做中學(xué)，真正做到了“教、學(xué)、做”一體化。

（二）豐富教學(xué)環(huán)節(jié)

課程組織結(jié)構(gòu)，按難度和學(xué)習(xí)過程由淺入深、由易到難、由基礎(chǔ)到系統(tǒng)，分為四個階段，即基礎(chǔ)教學(xué)、驗證性實驗、設(shè)計性實驗、綜合性實驗。以此為基礎(chǔ)，循序漸進，將教學(xué)目標(biāo)分解、細化，每個階段都有與理論對標(biāo)的學(xué)習(xí)任務(wù)，且學(xué)習(xí)任務(wù)不會太復(fù)雜，一方面幫助學(xué)生完成從理論到實踐的學(xué)習(xí)過程，另一方面，學(xué)生通過簡單的實驗以及運行結(jié)果，體會成功，不僅能夠增強學(xué)生自信程度，還能提高學(xué)習(xí)興趣和積極性。

在“理實一體化”教學(xué)中，將實踐內(nèi)容融入理論教學(xué)環(huán)節(jié)中，教學(xué)過程中讓學(xué)生獲取知識之后，及時動手實踐，一方面，加深對理論知識的理解，另一方面，在編程環(huán)節(jié)中及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，避免問題堆積。

教學(xué)過程參照以教育目標(biāo)為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心的教學(xué)模式——BOPPPS教學(xué)模式，針對整個教學(xué)過程設(shè)計六個環(huán)節(jié)：

導(dǎo)入——將課程內(nèi)容和學(xué)生的已有知識或者未來可能碰到的問題有效銜接起來；

目標(biāo)——“看效果”，每個知識點開頭展示編程結(jié)果，強化學(xué)習(xí)效果的具體性，加強學(xué)習(xí)成就感；

前測——針對課程內(nèi)容將知識點進行分解，就已學(xué)習(xí)知識和預(yù)習(xí)效果進行檢測；

參與式學(xué)習(xí)——“學(xué)理論”，由程序案例引申，系統(tǒng)學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識，深入理解系統(tǒng)基礎(chǔ)知識，“強實踐”，理論學(xué)習(xí)之后，提供編程案例，加強實踐訓(xùn)練；

后測——“測能力”，提供豐富的練習(xí)題、拓展題以及實踐項目，檢查學(xué)習(xí)效果、拓展知識面；

總結(jié)——由學(xué)生根據(jù)對理論知識的掌握和實踐結(jié)果的呈現(xiàn)，進行知識的歸納總結(jié)，并共享在教學(xué)交流平臺，供同學(xué)們共享、學(xué)習(xí)以及再總結(jié)。然后教師再針對學(xué)生的總結(jié)強調(diào)重點、難點，以及延伸拓展應(yīng)用。

（三）重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容旨在培養(yǎng)具備專業(yè)編程能力、應(yīng)用能力、計算思維能力和復(fù)雜專業(yè)問題求解能力的新工科人才。教學(xué)內(nèi)容陳舊、缺乏深度、實踐教學(xué)內(nèi)容分散、缺乏創(chuàng)新的案例等，影響對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生具備的能力與實際工作崗位要求相差甚遠。

Python程序設(shè)計的課程內(nèi)容體系包括基礎(chǔ)知識以及生態(tài)圈兩部分［3］。其中，基礎(chǔ)知識主要指Python程序設(shè)計的語法，而生態(tài)圈則指第三方庫的應(yīng)用?；A(chǔ)語法簡單易學(xué)，入門較快。生態(tài)圈是Python在工程情境中的優(yōu)勢體現(xiàn)，它是學(xué)生解決實際問題的關(guān)鍵所在。因此，需要根據(jù)專業(yè)的不同，有針對性地制定培養(yǎng)目標(biāo)、設(shè)置項目案例。在教學(xué)學(xué)時安排有限的情況下，適當(dāng)弱化基礎(chǔ)知識教學(xué)，這部分的教學(xué)可借助一體化教學(xué)平臺或MOOC教學(xué)等提供的教學(xué)資源自學(xué)；對于第三方庫的使用則通過分析具體解決問題的過程，制定學(xué)習(xí)和實踐案例，鍛煉學(xué)生解決實際問題的能力。因此，可以根據(jù)市場崗位需求，結(jié)合課程內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)，按基礎(chǔ)教學(xué)、驗證性實驗、設(shè)計性實驗、綜合性實驗反向設(shè)計Python程序設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容。

基礎(chǔ)知識部分是所有學(xué)生必須掌握的內(nèi)容，要求學(xué)生掌握基本語法、序列、文件操作、函數(shù)、模塊、面向?qū)ο笤O(shè)計思想及應(yīng)用、異常處理的基礎(chǔ)知識和數(shù)據(jù)庫操作、第三方庫等相關(guān)知識［3］。在這一部分教學(xué)過程中，穿插驗證性實驗和簡單的設(shè)計性實驗，例如，在講解“列表常見基本操作”時，介紹完方法名稱、功能和基本格式后，就把課堂交給學(xué)生，“理實一體化”教學(xué)平臺打破了傳統(tǒng)教學(xué)的理論、實踐脫節(jié)以及環(huán)境束縛，讓學(xué)生及時驗證各種基本操作的結(jié)果，加強對理論知識的理解和記憶。當(dāng)一個完整的知識點講授完成后，給學(xué)生一個簡單的設(shè)計實驗案例，例如，在講解完“字典”后，設(shè)計“生成1000個隨機字符串，統(tǒng)計每個字符的出現(xiàn)次數(shù)”，讓學(xué)生嘗試解決實際問題，通過反復(fù)練習(xí)加強工程能力。設(shè)計貼近社會、生活實際需求的實驗項目，例如設(shè)計“通過數(shù)據(jù)爬蟲，獲取每日相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上生成柱狀統(tǒng)計圖”等案例［4］，促進“學(xué)以致用”，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和動力。

當(dāng)今Python程序設(shè)計語言已全面滲透至各產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，如，人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、金融等行業(yè)。在綜合性實驗環(huán)節(jié)，則根據(jù)專業(yè)、學(xué)生個人選擇方向制定如爬蟲、數(shù)據(jù)處理、可視化、機器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、游戲、網(wǎng)絡(luò)安全等方向的多組面向工作崗位的實驗項目［3］，學(xué)生組隊完成實驗環(huán)節(jié)。比如，財務(wù)管理專業(yè)，離不開報表和數(shù)據(jù)分析工作中，最常見的便是使用Excel進行數(shù)據(jù)處理。因此，針對財務(wù)管理專業(yè)，可以設(shè)計“使用Python自動化生成數(shù)據(jù)報表”一類項目，利用Python實現(xiàn)原本利用Excel或其他工具完成的數(shù)據(jù)處理工作，讓學(xué)生體驗通過Python提升數(shù)據(jù)分析效率。

通過高級綜合性實戰(zhàn)項目實踐，不僅能促進學(xué)生鞏固知識要點，提升編碼能力，還能增強團隊協(xié)作、人際交流、邏輯思維、撰寫文檔等項目能力。

（四）調(diào)整考核結(jié)構(gòu)

打破傳統(tǒng)的重理論、輕實踐，重結(jié)果、輕過程等現(xiàn)象，在遵循多元、發(fā)展、科學(xué)、過程等評價基本原則的基礎(chǔ)上，根據(jù)課程標(biāo)準，結(jié)合學(xué)科知識特點、學(xué)生認知規(guī)律等，合理設(shè)計理論與實踐相融合的考核標(biāo)準，構(gòu)建具有應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色的能力評價方法。改變傳統(tǒng)只重視筆試的考核模式，將“20%出勤+10%作業(yè)+10%實踐操作+60%筆試”改成“10%作業(yè)考勤+60%實踐操作+30%筆試”。其中，出勤情況以平臺簽到數(shù)據(jù)和在線時間為依據(jù)；課后通過平臺發(fā)布作業(yè)，利用平臺的自動判題功能模塊批改并統(tǒng)計作業(yè)情況，輔助教師進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，教師通過平臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)記錄學(xué)生的作業(yè)情況；在實踐環(huán)節(jié)，為避免出現(xiàn)“流于形式”的實踐考核，學(xué)生通過教學(xué)平臺提供的開發(fā)環(huán)境編寫并運行程序，后臺收集運行數(shù)據(jù)并生成分析報告，教師通過平臺生成的監(jiān)督數(shù)據(jù)記錄實踐成績，同時實施個性化教學(xué)（根據(jù)分析數(shù)據(jù)進行有針對性的指導(dǎo)），幫助學(xué)生消化當(dāng)堂課程內(nèi)容。如此，通過降低作業(yè)考勤以及筆試成績的比例，大幅提升實踐操作比例，加深學(xué)生對Python程序設(shè)計的基礎(chǔ)理論知識理解，提升應(yīng)用程序解決實際問題的能力。使學(xué)生深刻明白實踐操作的重要性，將更多的時間及精力用于實踐操作，以更好地訓(xùn)練程序思維。

三、結(jié)語

基于“理實一體化”教學(xué)模式開展Python語言程序設(shè)計課程改革不是簡單地從理論+實踐教學(xué)方式的組合，是理論與實踐的深度交叉與融合。應(yīng)用“理實一體化”教學(xué)平臺為學(xué)生提供了Python語言的學(xué)習(xí)平臺，擺脫對實驗條件的依賴性；自主創(chuàng)建的“理實一體化”教學(xué)資源和教學(xué)模式為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了更好的學(xué)習(xí)機會和環(huán)境。案例式教學(xué)使學(xué)習(xí)充滿了趣味性，及時“實踐”提高了學(xué)生積極性，理實結(jié)合充分訓(xùn)練了學(xué)生的程序思維能力和實際應(yīng)用能力。通過這一改革嘗試，培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新能力的專業(yè)復(fù)合型人才。