許金山 浙江工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

顧漢杰（通訊作者） 浙江樹人學(xué)院信息科技學(xué)院

●引言

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)、新工具被應(yīng)用于教育教學(xué)，新的教育場(chǎng)景不斷創(chuàng)新發(fā)展，高校課程教學(xué)模式正被數(shù)字技術(shù)所重塑。2022年12月，教育部發(fā)布了《教師數(shù)字素養(yǎng)》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)高校教師如何應(yīng)對(duì)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提出了指導(dǎo)意見，要求提升教師利用數(shù)字技術(shù)優(yōu)化、創(chuàng)新和變革教育教學(xué)活動(dòng)的意識(shí)、能力和責(zé)任。[1]Python算法課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門必修課程，傳統(tǒng)的線下講授式教學(xué)模式難以較好地應(yīng)對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求，面對(duì)信息化時(shí)代出生的學(xué)生也難以調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性。在此背景下，本研究以《教師數(shù)字素養(yǎng)》為重要指導(dǎo)，針對(duì)Python算法課程提出一種數(shù)字化教學(xué)改革的思路，以期對(duì)同類問題能提供借鑒。

●課程教學(xué)現(xiàn)狀

Python算法課程，其傳統(tǒng)教學(xué)模式一般為教室講授結(jié)合機(jī)房上機(jī)的形式，存在教學(xué)資源單一、教學(xué)互動(dòng)單一、教學(xué)實(shí)踐單一、教學(xué)評(píng)價(jià)單一等問題，難以充分發(fā)揮數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。教學(xué)資源單一，表現(xiàn)在教師把幻燈片作為教學(xué)資源的主要形式，在感官刺激方面缺少對(duì)學(xué)生的吸引力。教學(xué)互動(dòng)單一，表現(xiàn)在以線下臨場(chǎng)提問為教學(xué)互動(dòng)的主要形式，缺少數(shù)字技術(shù)支持的靈活教學(xué)方法，在外在動(dòng)機(jī)方面難以刺激學(xué)生的參與興趣。教學(xué)實(shí)踐單一，表現(xiàn)在以線下機(jī)房上機(jī)作為教學(xué)實(shí)踐的主要形式，缺乏數(shù)字技術(shù)支持下的校企合作協(xié)同育人途徑，在滿足社會(huì)需求方面容易與產(chǎn)業(yè)實(shí)際脫節(jié)，難以激發(fā)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感以及主觀能動(dòng)性。教學(xué)評(píng)價(jià)單一，表現(xiàn)在以總結(jié)性評(píng)價(jià)作為教學(xué)評(píng)價(jià)的主要形式，缺乏過程數(shù)據(jù)支撐的過程性評(píng)價(jià)，難以體現(xiàn)對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)的全面性、科學(xué)性。[2]

●課程整體改革思路

本研究以Python算法課程為案例，從數(shù)字化意識(shí)、數(shù)字技術(shù)知識(shí)與技能、數(shù)字化應(yīng)用、數(shù)字社會(huì)責(zé)任、專業(yè)發(fā)展等維度切入，開展課程數(shù)字化教學(xué)改革。上頁圖1為Python算法課程的教學(xué)改革思路。其中，課前的教學(xué)準(zhǔn)備工作依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)開展，課中的教學(xué)過程以O(shè)BE（Outcome based education）導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)為依據(jù)，課后的專業(yè)拓展訓(xùn)練以校企合作協(xié)同育人為實(shí)施形式。該種教學(xué)改革思路，在課前、課中、課后三階段融入翻轉(zhuǎn)課堂理念，借助數(shù)字化手段、方法，相對(duì)靈活地開展探究式學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等多種形式的教學(xué)交互，實(shí)現(xiàn)過程性與總結(jié)性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)相結(jié)合的多樣化評(píng)價(jià)途徑。

圖1 課程數(shù)字化改革思路

●課程具體改革措施

1.數(shù)字化意識(shí)

要完成課程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，任課教師數(shù)字化意識(shí)的提升是首要前提。Python算法課程的課程組要定期組織教學(xué)交流會(huì)，由課程負(fù)責(zé)人引導(dǎo)任課教師認(rèn)識(shí)到數(shù)字技術(shù)發(fā)展對(duì)提升課程教學(xué)質(zhì)量的正面價(jià)值，以及數(shù)字技術(shù)對(duì)教學(xué)模式變革所帶來的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。具體而言，首先課程負(fù)責(zé)人應(yīng)借助同校、同級(jí)相似對(duì)象的數(shù)字化轉(zhuǎn)型成功案例，幫助任課教師克服對(duì)學(xué)習(xí)新技術(shù)的畏難情緒。其次，可組織頭腦風(fēng)暴等思維啟迪活動(dòng)，將Python程序設(shè)計(jì)語言以及Pytorch平臺(tái)使用方法等核心知識(shí)傳達(dá)時(shí)所遇到的概念抽象、不易理解等現(xiàn)象，與數(shù)字技術(shù)表達(dá)內(nèi)容細(xì)致形象的特點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)結(jié)，強(qiáng)調(diào)數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的可行性。最后，組織課程組通過思維導(dǎo)圖等可視化分析方法，將章等級(jí)的教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分解至節(jié)等級(jí)，提出輕量化的數(shù)字技術(shù)實(shí)施方案，克服Python科學(xué)計(jì)算模塊求解等復(fù)雜問題表述不全面、不生動(dòng)的困難，樹立任課教師對(duì)數(shù)字化教學(xué)改革的信心與決心。

2.數(shù)字技術(shù)知識(shí)與技能

當(dāng)下的高等教育數(shù)字化教學(xué)，已逐漸由混合式教學(xué)發(fā)展至融合式教學(xué)，數(shù)字技術(shù)與課程的聯(lián)系更為緊密，因此數(shù)字技術(shù)知識(shí)與技能成為課程數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必要儲(chǔ)備。課程組應(yīng)組織學(xué)習(xí)數(shù)字技術(shù)的概念、基本原理、選擇策略以及使用方法，提升任課教師的數(shù)字技術(shù)知識(shí)與技能。[3]對(duì)Python算法課程而言，任課教師應(yīng)具備的數(shù)字技術(shù)知識(shí)，包含模擬仿真、多媒體動(dòng)畫、大數(shù)據(jù)、人工智能、游戲化的內(nèi)涵特征，以及相關(guān)平臺(tái)型軟件、工具型軟件的定位、種類、特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。Python算法課程的課程知識(shí)包含概念性知識(shí)、陳述性知識(shí)、規(guī)則性知識(shí)、流程性知識(shí)、情感范疇內(nèi)容以及部分軟技能，適宜采用具備匹配、收集、資源分配、策略制訂、建造、解謎、探索、幫助、角色扮演等特征的多元化教學(xué)資源來引導(dǎo)學(xué)生理解與接受，在一定程度上解決教學(xué)資源單一的問題。[4]例如，張量的定義是一項(xiàng)概念性知識(shí)，該內(nèi)容的表達(dá)可以設(shè)計(jì)匹配類型的趣味性教學(xué)資源來實(shí)現(xiàn)，如設(shè)計(jì)知識(shí)競(jìng)答游戲課件，在競(jìng)答題目中融入張量的定義，解決該類知識(shí)表述過程易產(chǎn)生的抽象枯燥問題。

3.數(shù)字化應(yīng)用

數(shù)字化應(yīng)用是課程數(shù)字化改革的核心，其在教學(xué)實(shí)施、教學(xué)評(píng)價(jià)、協(xié)同育人等方面均需要數(shù)字技術(shù)的深度參與。其中，教學(xué)實(shí)施工作主要是基于翻轉(zhuǎn)課堂設(shè)計(jì)理念在課前、課中、課后三階段開展，教學(xué)評(píng)價(jià)工作主要是依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)數(shù)據(jù)開展，協(xié)同育人工作主要是依托校企合作開展。

對(duì)Python算法課程而言，任課教師要在課前通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，做好課前教學(xué)準(zhǔn)備。在此階段，任課教師所做的數(shù)字化工作有三項(xiàng)：其一是通過在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)編輯圖文信息，概述課程章節(jié)的學(xué)習(xí)目標(biāo)。其二是通過在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)編輯多媒體資料設(shè)計(jì)速課或微課，介紹課程章節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)與應(yīng)用案例。其三是通過在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)引入第三方資源信息，如學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)等權(quán)威平臺(tái)的專業(yè)內(nèi)容作為課程知識(shí)的輔助拓展。

任課教師需要在課中使用多元化的教學(xué)資源以及多樣化的教學(xué)互動(dòng)，基于OBE引導(dǎo)學(xué)生以既有課程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，構(gòu)建與理解當(dāng)次課程的新知識(shí)。在此階段，任課教師所做的數(shù)字化工作有兩項(xiàng)：其一是應(yīng)用多媒體設(shè)計(jì)軟件，開發(fā)制作與課程知識(shí)類型相匹配、與學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出相關(guān)聯(lián)的數(shù)字化教學(xué)資源，借助其帶來的感官刺激優(yōu)勢(shì)提升信息的傳播效果。其二是借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)發(fā)布問卷、搶答、選人、投票、評(píng)分、分組任務(wù)等學(xué)習(xí)活動(dòng)，配合上機(jī)實(shí)驗(yàn)促成探究式學(xué)習(xí)、討論式學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，在調(diào)動(dòng)學(xué)生個(gè)體主觀能動(dòng)性的同時(shí)保證學(xué)習(xí)成果的科學(xué)性，從而解決教學(xué)互動(dòng)單一化的問題。

任課教師需要在課后通過校企合作引導(dǎo)學(xué)生去參與專業(yè)實(shí)踐，提升并鞏固在課程中所學(xué)的知識(shí)技能，加強(qiáng)學(xué)習(xí)情感體驗(yàn)。在此階段，教師所做的數(shù)字化工作有兩項(xiàng)：其一是借助協(xié)同育人平臺(tái)，與合作企業(yè)建立實(shí)踐項(xiàng)目的關(guān)聯(lián)，在協(xié)同育人平臺(tái)上發(fā)布實(shí)習(xí)計(jì)劃，實(shí)施簽到管理、過程管理、實(shí)習(xí)保險(xiǎn)、實(shí)習(xí)檢查等管理工作，提升實(shí)踐教學(xué)效率。其二是引入大學(xué)生科技競(jìng)賽實(shí)踐平臺(tái)，閱讀與選擇合適的企業(yè)需求，將課程所學(xué)應(yīng)用到就業(yè)實(shí)踐，提升團(tuán)隊(duì)合作經(jīng)驗(yàn)，鞏固軟技能。校企合作協(xié)同育人的工作可解決教學(xué)實(shí)踐單一的問題。[5]

以P y t h o n 算法課程的“Python科學(xué)計(jì)算模塊”章節(jié)為例（如圖2），首先任課教師在學(xué)習(xí)通平臺(tái)發(fā)布針對(duì)Python科學(xué)計(jì)算模塊概念及應(yīng)用范圍的學(xué)習(xí)要求，提醒學(xué)生對(duì)科學(xué)計(jì)算模塊的基礎(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。接著，在課中針對(duì)Python科學(xué)計(jì)算模塊的用法及價(jià)值，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的教學(xué)資源及互動(dòng)活動(dòng)，如為科學(xué)計(jì)算模塊概念設(shè)計(jì)知識(shí)競(jìng)答游戲課件，為科學(xué)計(jì)算使用流程設(shè)計(jì)象棋游戲課件，為科學(xué)計(jì)算模塊規(guī)則設(shè)計(jì)疊疊樂游戲課件，為開源工具集價(jià)值設(shè)計(jì)“我的世界”模擬游戲資源，通過趣味性與教育性融合的教學(xué)資源促成項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)通平臺(tái)設(shè)計(jì)問卷活動(dòng)收集學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，指導(dǎo)科學(xué)計(jì)算模塊各實(shí)驗(yàn)任務(wù)的有序推進(jìn)。最后，針對(duì)Python科學(xué)計(jì)算模塊的綜合應(yīng)用，與企業(yè)合作開展教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目，在育人平臺(tái)設(shè)立Python科學(xué)計(jì)算模塊的綜合實(shí)習(xí)計(jì)劃；同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)個(gè)人特長(zhǎng)參加各類競(jìng)賽，結(jié)合Python科學(xué)計(jì)算模塊知識(shí)完成各類應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)等命題，引導(dǎo)學(xué)生在課后教學(xué)實(shí)踐中深刻體悟自主可控工具的意義。

圖2 “Python科學(xué)計(jì)算模塊”章節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)

借助數(shù)字技術(shù)，教師對(duì)課程的教學(xué)資源數(shù)據(jù)以及學(xué)生在各階段的學(xué)習(xí)記錄都可以進(jìn)行清晰的監(jiān)測(cè)與管理。例如，在Python算法課程中，任課教師通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)及協(xié)同育人平臺(tái)，分別了解學(xué)生校內(nèi)和校外的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。其中，在校內(nèi)課程教學(xué)環(huán)節(jié)，任課教師借助學(xué)習(xí)通平臺(tái)，掌握學(xué)生人數(shù)、題庫(kù)總數(shù)、章節(jié)任務(wù)點(diǎn)數(shù)、各類多媒體資料數(shù)、課堂活動(dòng)數(shù)等基礎(chǔ)信息，以及學(xué)生各個(gè)時(shí)間段的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)、章節(jié)任務(wù)點(diǎn)瀏覽程度、作業(yè)完成情況、章節(jié)測(cè)驗(yàn)情況等過程數(shù)據(jù)，并依據(jù)學(xué)生群體水平均衡考核難度，將教學(xué)任務(wù)點(diǎn)、章節(jié)測(cè)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)作業(yè)等數(shù)據(jù)作為過程性評(píng)價(jià)，將期末考試作為總結(jié)性評(píng)價(jià)，兩者按1∶1權(quán)重比例構(gòu)成課程總評(píng)成績(jī)。除此之外，任課教師還可依據(jù)簽到情況、課程積分等觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，對(duì)出現(xiàn)學(xué)習(xí)問題的學(xué)生進(jìn)行教學(xué)預(yù)警，及時(shí)干預(yù)學(xué)情。在校外實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，任課教師通過協(xié)同育人平臺(tái)，掌握學(xué)生簽到、實(shí)習(xí)報(bào)告提交、日志提交等實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，以及學(xué)生實(shí)習(xí)成績(jī)分布、異常信息等實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

4.數(shù)字社會(huì)責(zé)任

數(shù)字社會(huì)責(zé)任是教師開展正常數(shù)字化活動(dòng)的根本保障。隨著互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的擴(kuò)張，網(wǎng)絡(luò)信息良莠不齊，更加凸顯教師在維護(hù)文明、安全、健康的教學(xué)環(huán)境方面的責(zé)任。[6]對(duì)于Python課程而言，任課教師的數(shù)字社會(huì)責(zé)任主要體現(xiàn)在四方面：其一是針對(duì)導(dǎo)入至學(xué)習(xí)平臺(tái)的第三方網(wǎng)絡(luò)資源，需要對(duì)其信息來源及性質(zhì)進(jìn)行甄別，避免不當(dāng)信息對(duì)學(xué)生產(chǎn)生誤導(dǎo)作用。其二是在設(shè)計(jì)多元化教學(xué)資源時(shí)，若涉及素材引用，應(yīng)具備版權(quán)意識(shí)，為學(xué)生樹立尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)的健康榜樣。其三是使用Pytorch等開源庫(kù)開展教學(xué)，應(yīng)以網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)隱私保護(hù)為前提，尤其要避免敏感數(shù)據(jù)的泄露。其四是在使用Python算法及深度網(wǎng)絡(luò)模型開展人工智能項(xiàng)目實(shí)踐時(shí)，應(yīng)結(jié)合我國(guó)先進(jìn)的人工智能應(yīng)用研發(fā)現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)生從事計(jì)算科學(xué)研究的熱情，提升其對(duì)課程的認(rèn)同感，培養(yǎng)其專業(yè)自信與愛國(guó)主義精神。

5.專業(yè)發(fā)展

專業(yè)發(fā)展是教師保證課程數(shù)字化教學(xué)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)生動(dòng)力，能推動(dòng)教師更好地認(rèn)識(shí)教學(xué)、勇于實(shí)踐和實(shí)現(xiàn)自我發(fā)展。對(duì)于Python算法課程而言，任課教師可通過掛職、研修等途徑提升專業(yè)能力，如到人工智能相關(guān)企業(yè)或新型研發(fā)機(jī)構(gòu)掛職鍛煉，在企業(yè)中掛職可以更全面地了解行業(yè)迫切想解決的問題以及對(duì)Python算法的需求側(cè)重點(diǎn)所在，在新型研發(fā)機(jī)構(gòu)中掛職則可以熟悉企業(yè)與高校研發(fā)意愿相對(duì)偏低的領(lǐng)域，彌補(bǔ)課程教學(xué)內(nèi)容中的盲點(diǎn)。同時(shí)，任課教師可以通過國(guó)家智慧教育公共服務(wù)平臺(tái)等權(quán)威繼續(xù)教育平臺(tái)，參加數(shù)字素養(yǎng)專題研修，掌握主流教學(xué)數(shù)字化工具及案例，提升數(shù)字化意識(shí)、數(shù)字技術(shù)知識(shí)與技能。

●結(jié)論

在上述背景下，教師只有不斷學(xué)習(xí)，提升自身數(shù)字素養(yǎng)，掌握教學(xué)數(shù)字化工具，才能不斷地優(yōu)化數(shù)字化環(huán)境下以學(xué)生為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)，保證課程的教學(xué)創(chuàng)新與教學(xué)質(zhì)量提升。