陳榮

摘要：針對(duì)“Python語(yǔ)言編程”課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容綜合性不足、與學(xué)科專業(yè)實(shí)際項(xiàng)目結(jié)合度不高以及與前沿知識(shí)和先進(jìn)技術(shù)脫鉤等問(wèn)題，文章結(jié)合OBE理念設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革方案。該方案從成果出發(fā)逆向構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容3層體系，建立包含實(shí)際應(yīng)用背景、多學(xué)科多領(lǐng)域問(wèn)題以及前沿信息技術(shù)的Python案例資源庫(kù)。通過(guò)實(shí)踐，該課程改革方案提高了學(xué)生的計(jì)算思維、綜合應(yīng)用與創(chuàng)新能力，改善了學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：Python程序設(shè)計(jì)；OBE理念；新工科；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP311.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

與傳統(tǒng)工科培養(yǎng)具備專業(yè)技能的工程師不同，教育部自2017年推進(jìn)新工科建設(shè)以來(lái)，對(duì)高校培養(yǎng)創(chuàng)新能力、跨學(xué)科知識(shí)以及國(guó)際化素養(yǎng)的工程技術(shù)人才提出了更高的要求。在“Python語(yǔ)言編程”課程教學(xué)中，通過(guò)案例和項(xiàng)目探究學(xué)習(xí)和構(gòu)建編程思維是培養(yǎng)學(xué)生多元綜合能力和創(chuàng)新意識(shí)的重要途徑^[1]。近年來(lái)，產(chǎn)出導(dǎo)向教育（Outcome Based Education，OBE）因其以最終成果為導(dǎo)向的工程教育模式所具有的良好效果，已被廣泛應(yīng)用于教學(xué)改革實(shí)踐^[2]。因此，Python實(shí)踐教學(xué)也要適應(yīng)新形勢(shì)的要求，主動(dòng)變革，將以學(xué)生成果產(chǎn)出的OBE理念與Python實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)計(jì)算思維、動(dòng)手實(shí)踐能力以及創(chuàng)新意識(shí)^[3]。

1 傳統(tǒng)教學(xué)存在的問(wèn)題

現(xiàn)有“Python語(yǔ)言編程”課程教學(xué)模式主要以“教師講授+學(xué)生平臺(tái)操作”為主，注重對(duì)高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)語(yǔ)法的驗(yàn)證。該模式主要存在以下問(wèn)題。

1.1 Python實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容綜合性不足

目前，教學(xué)內(nèi)容偏向基礎(chǔ)語(yǔ)法演示與驗(yàn)證，程序流程、函數(shù)、模塊與庫(kù)等知識(shí)點(diǎn)獨(dú)立分散，案例來(lái)源比較單一，學(xué)生難以形成系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和解決問(wèn)題的能力。

1.2 實(shí)踐內(nèi)容與學(xué)科專業(yè)實(shí)際項(xiàng)目結(jié)合度不高

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能等專業(yè)的學(xué)生專業(yè)課主要開(kāi)設(shè)在大二至大三學(xué)年，此時(shí)“Python語(yǔ)言編程”已經(jīng)結(jié)課，前期程序設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)缺少學(xué)科相關(guān)案例。

1.3 實(shí)踐內(nèi)容與前沿技術(shù)脫節(jié)

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容普遍為簡(jiǎn)單場(chǎng)景，缺乏與先進(jìn)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)挖掘、知識(shí)圖譜、人工智能（Artificial Intelligent，AI）大模型等前沿知識(shí)認(rèn)識(shí)不夠，缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力，難以形成創(chuàng)新思維和意識(shí)。

基于以上問(wèn)題，本文在以產(chǎn)出為導(dǎo)向的教學(xué)理念指導(dǎo)下，合理設(shè)計(jì)教學(xué)改革方案，深度挖掘與專業(yè)建設(shè)、實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和先進(jìn)技術(shù)的融合點(diǎn)，構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容3層體系，從基礎(chǔ)、專業(yè)和創(chuàng)新應(yīng)用3個(gè)方面逐步建立和完善課程案例庫(kù)，并應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，形成學(xué)生能力達(dá)成與成果產(chǎn)出的閉環(huán)，對(duì)培養(yǎng)適應(yīng)新工科建設(shè)的復(fù)合型人才具有深遠(yuǎn)意義^[4]。

2 實(shí)踐教改方案設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)Python實(shí)踐教學(xué)在廣度、深度以及綜合度等多重維度的探索^[5]，改革方案設(shè)計(jì)遵循以成果產(chǎn)出為導(dǎo)向構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系的基本思路，如圖1所示。該方案主要由3個(gè)部分組成：構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容3層體系；設(shè)計(jì)并完善細(xì)粒度強(qiáng)、靈活度高、擴(kuò)展性強(qiáng)的實(shí)踐案例庫(kù)；實(shí)施與評(píng)價(jià)教學(xué)實(shí)踐效果。

2.1 教學(xué)內(nèi)容體系構(gòu)建

為了改善現(xiàn)存問(wèn)題，本文以成果為導(dǎo)向構(gòu)建了Python實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容3層體系，具體包含Python語(yǔ)言基礎(chǔ)、專業(yè)以及創(chuàng)新應(yīng)用，如圖2所示。其中，基礎(chǔ)應(yīng)用部分為學(xué)會(huì)閱讀和分析程序，了解大數(shù)據(jù)與人工智能時(shí)代熱點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生編程思維，達(dá)成實(shí)際問(wèn)題求解的能力，同時(shí)，拓展“以證代考”策略以具備職業(yè)相關(guān)技能。專業(yè)應(yīng)用從不同學(xué)科領(lǐng)域出發(fā)，賦能自身專業(yè)，了解相關(guān)技術(shù)如機(jī)器學(xué)習(xí)、網(wǎng)站開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)分析等，增強(qiáng)跨學(xué)科交叉融合，以專業(yè)學(xué)科比賽為平臺(tái)，提升學(xué)生解決不同學(xué)科問(wèn)題的知識(shí)應(yīng)用能力。創(chuàng)新應(yīng)用則以申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目、申請(qǐng)軟件著作權(quán)和專利等為依托，形成大數(shù)據(jù)可視化產(chǎn)品、軟件系統(tǒng)、創(chuàng)意藝術(shù)作品等成果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容3層體系在人才培養(yǎng)方面更具系統(tǒng)性和階梯性。

2.2 多維案例庫(kù)設(shè)計(jì)

為了更好地適應(yīng)專業(yè)發(fā)展目標(biāo)，本文通過(guò)整合與重構(gòu)Python教學(xué)內(nèi)容，形成高靈活度的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容框架，案例設(shè)計(jì)在3層體系中側(cè)重于應(yīng)用。因此，本文從實(shí)際問(wèn)題項(xiàng)目、不同學(xué)科領(lǐng)域和前沿信息技術(shù)3個(gè)角度出發(fā)，探索并建設(shè)多維全面的Python實(shí)踐教學(xué)案例庫(kù)。其中，基礎(chǔ)應(yīng)用涵蓋Python基本語(yǔ)法、流程、字典以及模塊的使用，如經(jīng)典數(shù)學(xué)問(wèn)題求解、文學(xué)作品分析、垃圾分類查詢系統(tǒng)等。專業(yè)應(yīng)用側(cè)重跨學(xué)科融合，引入經(jīng)濟(jì)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和醫(yī)學(xué)等不同專業(yè)領(lǐng)域的案例，起到賦能專業(yè)未來(lái)發(fā)展的作用，如上市公司財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、電商數(shù)據(jù)可視化大屏和醫(yī)學(xué)影像處理等。創(chuàng)新應(yīng)用注重開(kāi)闊國(guó)際化視野，發(fā)散學(xué)生思維，引入ChatGPT、知識(shí)圖譜問(wèn)答系統(tǒng)和益智小游戲等前沿技術(shù)或企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目。具體案例資源包含教學(xué)課件、教學(xué)設(shè)計(jì)、案例指導(dǎo)書(shū)或說(shuō)明書(shū)以及演示源代碼，便于教師教學(xué)與學(xué)生操作，有利于打破不同教師授課間的信息壁壘，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)資源共享。

2.3 實(shí)踐教學(xué)改革實(shí)施

以青島黃海學(xué)院為例，2023年，對(duì)2021級(jí)人工智能本科班級(jí)開(kāi)展了一學(xué)期的“Python語(yǔ)言編程”實(shí)踐案例教學(xué)試點(diǎn)，形成了初步的基礎(chǔ)、專業(yè)和創(chuàng)新應(yīng)用3層體系。從基礎(chǔ)應(yīng)用來(lái)看，學(xué)院依托校級(jí)在線課程平臺(tái)，結(jié)合全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試大綱知識(shí)點(diǎn)錄制和完善線上視頻內(nèi)容與題庫(kù)，將二級(jí)真題融入線上視頻、課堂講授、上機(jī)實(shí)驗(yàn)以及課后作業(yè)各個(gè)階段。期末考試將傳統(tǒng)的“教師出題—學(xué)生筆試”調(diào)整為從Python二級(jí)題庫(kù)中隨機(jī)抽題模擬機(jī)考，積極開(kāi)展學(xué)校“以證代考”政策，將計(jì)算機(jī)等級(jí)證書(shū)與課程學(xué)分置換政策落到實(shí)地。從專業(yè)應(yīng)用來(lái)看，青島黃海學(xué)院取消傳統(tǒng)的筆試章節(jié)測(cè)驗(yàn)，利用翻轉(zhuǎn)課堂、團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和頭腦風(fēng)暴等手段，從實(shí)踐教學(xué)案例庫(kù)中引入豐富的項(xiàng)目，加強(qiáng)編程語(yǔ)言與專業(yè)或跨學(xué)科的有機(jī)融合。在上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，青島黃海學(xué)院引入基于Python的綜合項(xiàng)目，同步接入相應(yīng)的專業(yè)學(xué)科競(jìng)賽賽題，如針對(duì)“電工杯”全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽B題為例，開(kāi)展有關(guān)人工智能對(duì)大學(xué)生學(xué)習(xí)影響的主題討論、搶答、分組任務(wù)等活動(dòng)。在創(chuàng)新應(yīng)用方面，青島黃海學(xué)院在期中考核中融入醫(yī)療領(lǐng)域“視網(wǎng)膜OCT分割”案例，對(duì)學(xué)生PPT制作能力、演講能力和編程能力進(jìn)行綜合訓(xùn)練。在授課過(guò)程中，從基礎(chǔ)到專業(yè)應(yīng)用，再到創(chuàng)新應(yīng)用，從Python語(yǔ)言的理論到數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)可視化等專業(yè)課程的思考，再到金融、交通、醫(yī)療和游戲等不同場(chǎng)景的應(yīng)用，授課教師不斷啟迪學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新意識(shí)。

3 實(shí)踐教學(xué)改革效果

在實(shí)施“Python語(yǔ)言編程”實(shí)踐教學(xué)改革后，授課效果較以往有顯著提升。從成果產(chǎn)出來(lái)看，學(xué)生基于實(shí)踐內(nèi)容掌握編程技能，了解學(xué)科專業(yè)知識(shí)與前沿信息后，產(chǎn)出多項(xiàng)優(yōu)秀成果。首先，實(shí)踐班級(jí)學(xué)生在2023年9月全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試中獲取了Python二級(jí)合格證書(shū)，在青島黃海學(xué)院中取得了歷史突破，驗(yàn)證了“以證代考”政策的有效性。其次，學(xué)生在大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目的申報(bào)積極性方面有了明顯提高，尤其是在選題方面更注重應(yīng)用，致力開(kāi)展跨學(xué)科融合的前沿問(wèn)題探索，服務(wù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，如井蓋問(wèn)題分類、眼表疾病檢測(cè)和儀器儀表安全識(shí)別等。2023年，教師指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，獲批國(guó)家級(jí)1項(xiàng)、省級(jí)2項(xiàng)、校級(jí)20余項(xiàng)，基于項(xiàng)目基礎(chǔ)進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生作為第一作者發(fā)表學(xué)術(shù)論文2篇。另外，同年，教師指導(dǎo)學(xué)生積極報(bào)名參加“藍(lán)橋杯”程序設(shè)計(jì)大賽、數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、數(shù)據(jù)分析技能比賽和數(shù)字媒體科技作品及創(chuàng)意競(jìng)賽等專業(yè)學(xué)科競(jìng)賽，取得10余項(xiàng)國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)新工科背景下“Python語(yǔ)言編程”課程教學(xué)存在問(wèn)題進(jìn)行分析，構(gòu)建以能力成果為導(dǎo)向、以案例為載體的實(shí)踐教學(xué)改革方案，在青島黃海學(xué)院人工智能專業(yè)進(jìn)行實(shí)踐。實(shí)踐結(jié)果表明，該改革模式能夠有效促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果和能力達(dá)成，基于OBE理念逆向構(gòu)建基礎(chǔ)應(yīng)用、專業(yè)應(yīng)用和創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容3層體系，從實(shí)際項(xiàng)目背景、多學(xué)科多領(lǐng)域問(wèn)題和前沿信息技術(shù)3個(gè)層面不斷構(gòu)建、完善和優(yōu)化多維度案例庫(kù)，既滿足了學(xué)生能力達(dá)成與成果產(chǎn)出需求，又適應(yīng)新工科背景下實(shí)踐教學(xué)建設(shè)的根本要求。

參考文獻(xiàn)

[1]張雷，李洪安，李霞，等.新工科背景下Python程序設(shè)計(jì)“一中心兩互動(dòng)六途徑”教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2023（8）：86-90.

[2]王素云，陳海勇.基于OBE的《Python程序設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革[J].中國(guó)新通信，2022（22）：93-95.

[3]劉盈，谷建濤，閆海波，等.基于OBE理念的Python程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐案例教學(xué)[J].計(jì)算機(jī)教育，2023（1）：21-27.

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[5]黃俊蓮，呂博學(xué)，段雪麗.基于OBE理念的教學(xué)改革與實(shí)踐——以“Python編程與實(shí)踐”課程為例[J].教育教學(xué)論壇，2021（13）：71-74.

（編輯 王雪芬編輯）

Practical teaching of Python course based on OBE concept under background of new engineering

Chen? Rong

（Qingdao Huanghai University， Qingdao 266427， China）

Abstract： In response to the insufficient comprehensiveness of the practical teaching content of the “Python Language Programming” course， the low integration with the actual projects of the discipline， and the decoupling from cutting-edge knowledge and advanced technology， this article designs a teaching reform plan for the course based on the OBE concept. This plan starts from the results and constructs a three-layer system of practical teaching content， establishing a Python case resource library that includes practical application background， multidisciplinary and multi domain problems， and cutting-edge information technology. Through practice， the proposed course reform scheme has improved students computational thinking， comprehensive application and innovation abilities， and improved learning outcomes.

Key words： Python programming; OBE concept; new engineering; practical teaching