摘要:工程教育認(rèn)證對(duì)工科畢業(yè)生提出了明確的畢業(yè)要求,在此背景下建設(shè)符合認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的Python程序設(shè)計(jì)線(xiàn)上課程具有重要意義。文章首先闡述了基于工程教育認(rèn)證的在線(xiàn)課程建設(shè)思路:以認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為指引,以Python程序設(shè)計(jì)課程為核心,以在線(xiàn)教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)為支撐。其次詳細(xì)介紹了課程建設(shè)的具體內(nèi)容,包括教學(xué)視頻制作、互動(dòng)交流設(shè)計(jì)、在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)和在線(xiàn)考試系統(tǒng)構(gòu)建,并對(duì)課程考核方式和教學(xué)效果進(jìn)行了系統(tǒng)分析。最后總結(jié)了工程認(rèn)證背景下Python程序設(shè)計(jì)在線(xiàn)課程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn),特別強(qiáng)調(diào)了教師角色轉(zhuǎn)變的重要性以及加強(qiáng)學(xué)生管理的必要性。
關(guān)鍵詞:工程教育認(rèn)證;Python程序設(shè)計(jì);在線(xiàn)課程;頭歌平臺(tái);在線(xiàn)教育
中圖分類(lèi)號(hào):G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1009-3044(2025)20-0052-04
0引言
2016年6月,我國(guó)正式加入工程教育學(xué)位互認(rèn)協(xié)議之一《華盛頓協(xié)議》,通過(guò)認(rèn)證協(xié)會(huì)認(rèn)證的工科專(zhuān)業(yè),畢業(yè)生學(xué)位可以得到《華盛頓協(xié)議》其他成員組織的認(rèn)可[1]。2024年11月29日中國(guó)工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)發(fā)布的《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(2024版)》(后文簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn))[2]。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工科專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生提出了11點(diǎn)畢業(yè)要求。
這一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)指導(dǎo)工科專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè)課建設(shè)具有指導(dǎo)意義。Python作為當(dāng)前熱度最高的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言[3],在大數(shù)據(jù)和人工智能領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。Python程序設(shè)計(jì)課程作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程或?qū)I(yè)選修課程在各工科專(zhuān)業(yè)課程體系中占有重要地位。建設(shè)好Python程序設(shè)計(jì)課程的對(duì)于計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)乃至理工科其他專(zhuān)業(yè)具有重要意義。2013年以來(lái),教育部持續(xù)推動(dòng)在線(xiàn)課程的建設(shè)、應(yīng)用與開(kāi)放共享[4]。早期的在線(xiàn)課程主要是在線(xiàn)視頻的形式。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和在線(xiàn)教育的實(shí)際需要,近年出現(xiàn)了功能更加豐富多樣,更符合程序設(shè)計(jì)課程需要的在線(xiàn)課程平臺(tái)。頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)(www.educoder.net)是國(guó)內(nèi)高校廣泛使用的在線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)服務(wù)平臺(tái)與創(chuàng)新環(huán)境[5]。因此探討如何在工程認(rèn)證背景下充分利用最新在線(xiàn)教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)有效開(kāi)展Python程序設(shè)計(jì)線(xiàn)上課程建設(shè)具有重要意義。
1建設(shè)思路
1.1以標(biāo)準(zhǔn)為指引
課程建設(shè)應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)為指引,深入理解認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求。認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)專(zhuān)業(yè)學(xué)生培養(yǎng)和畢業(yè)要求做出了明確指示,其中值得Python程序設(shè)計(jì)課程關(guān)注的包括:首先,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中必須接受充分的實(shí)踐訓(xùn)練。其次,畢業(yè)要求指出學(xué)生應(yīng)具備解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。最后,標(biāo)準(zhǔn)特別強(qiáng)調(diào)“持續(xù)改進(jìn)”的重要性。
在標(biāo)準(zhǔn)的指引下Python程序設(shè)計(jì)課程建設(shè)和在線(xiàn)平臺(tái)的應(yīng)用應(yīng)該做到:1)課程應(yīng)利用在線(xiàn)平臺(tái)設(shè)置豐富的實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過(guò)設(shè)計(jì)項(xiàng)目作業(yè)、在線(xiàn)編程實(shí)驗(yàn)等方式,讓學(xué)生接受充分的實(shí)踐訓(xùn)練。2)融入復(fù)雜問(wèn)題的分析與解決案例。通過(guò)案例教學(xué)法,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)際編程項(xiàng)目中的復(fù)雜問(wèn)題,進(jìn)行獨(dú)立思考與團(tuán)隊(duì)協(xié)作,逐步培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和創(chuàng)新能力。3)根據(jù)教學(xué)反饋和技術(shù)發(fā)展不斷進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。通過(guò)定期評(píng)估課程效果、利用在線(xiàn)平臺(tái)收集學(xué)生反饋等多種方式,確保課程內(nèi)容與教學(xué)方法始終處于先進(jìn)水平。
1.2以課程為中心
課程建設(shè)應(yīng)以課程中為中心充分遵從Python課程自身的特點(diǎn)。Python語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)課程具有以下特征:首先,Python強(qiáng)調(diào)規(guī)范性和嚴(yán)謹(jǐn)性。Python以其簡(jiǎn)潔明了的語(yǔ)法和嚴(yán)格的縮進(jìn)規(guī)則著稱(chēng)。其次,課程應(yīng)注重讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中得到充分的編程實(shí)踐訓(xùn)練。最后,Python擁有豐富的第三方庫(kù),這使得它在處理復(fù)雜功能時(shí)顯得簡(jiǎn)潔高效。
結(jié)合Python語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)課程特點(diǎn),Python程序設(shè)計(jì)在線(xiàn)課程建設(shè)應(yīng)注意:1)特別關(guān)注對(duì)學(xué)生編碼規(guī)范的培養(yǎng),通過(guò)編寫(xiě)清晰、可讀性強(qiáng)的代碼,幫助學(xué)生理解規(guī)范編碼的重要性。2)課程資源中應(yīng)包含豐富的編程練習(xí)和項(xiàng)目作業(yè)。3)充分利用強(qiáng)大的第三方庫(kù)資源,通過(guò)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的教學(xué),讓學(xué)生理解Python在各個(gè)領(lǐng)域中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
1.3以平臺(tái)為依托
課程建設(shè)應(yīng)以平臺(tái)為依托充分利用在線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的豐富功能。在線(xiàn)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:1)平臺(tái)提供了豐富的教學(xué)形式,能夠滿(mǎn)足不同學(xué)習(xí)內(nèi)容的需求。2)平臺(tái)為學(xué)生提供了充分的在線(xiàn)練習(xí)和自動(dòng)評(píng)測(cè)功能。3)平臺(tái)具備量化且全面的學(xué)習(xí)課程評(píng)價(jià)體系。
依托于頭歌教學(xué)平臺(tái),Python程序設(shè)計(jì)課程應(yīng)做到:1)建設(shè)形式多樣、內(nèi)容充實(shí)的課程教學(xué)資源。2)教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生充分利用平臺(tái)進(jìn)行充分的編程練習(xí)。3)利用平臺(tái)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)效果進(jìn)行量化評(píng)估。
2建設(shè)方案
2.1課程目標(biāo)
工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工科專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生提出了11點(diǎn)畢業(yè)要求,通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)將這11個(gè)畢業(yè)要求拆分成了29個(gè)具體的觀測(cè)點(diǎn)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)其中有4個(gè)支撐點(diǎn)與Python程序設(shè)計(jì)課程比較契合。結(jié)合工程教育認(rèn)證的要求和Python程序設(shè)計(jì)課程的本身特點(diǎn),本文提出了Python程序設(shè)計(jì)線(xiàn)上課程的建設(shè)目標(biāo)。如圖1所示,課程目標(biāo)可以分為知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和思政目標(biāo),三者共同構(gòu)成了全面的課程建設(shè)目標(biāo),以確保學(xué)生在掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí),提升實(shí)際能力并具備正確的價(jià)值觀。
Python程序設(shè)計(jì)線(xiàn)上課程的課程目標(biāo)與工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)(2024版)的畢業(yè)要求的4.3.1工程知識(shí)、4.3.2問(wèn)題分析、4.3.5使用現(xiàn)代工具和4.3.11終身學(xué)習(xí)高度契合。工程知識(shí)包括了對(duì)Python程序設(shè)計(jì)語(yǔ)法、面向?qū)ο笏枷牒统R?jiàn)第三方庫(kù)的學(xué)習(xí)和使用。問(wèn)題分析是指能夠掌握自上而下、逐步求精的問(wèn)題理解、分析和解決的能力。使用現(xiàn)代工具是指掌握PyCharm、Anaconda等Python集成開(kāi)發(fā)工具的使用。
隨著Python語(yǔ)法的不斷迭代更新和第三方庫(kù)的不斷創(chuàng)新,要求學(xué)生樹(shù)立終身學(xué)習(xí)的理念,保持對(duì)新技術(shù)的持續(xù)關(guān)注與學(xué)習(xí)。表1詳細(xì)列舉了工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的畢業(yè)要求,以及拆分的支撐點(diǎn)與本課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
2.2建設(shè)內(nèi)容
在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的指引下,在課程目標(biāo)的基礎(chǔ)上Python程序設(shè)計(jì)線(xiàn)上課程的建設(shè)內(nèi)容主要圍繞以下4個(gè)方面展開(kāi):課程視頻、互動(dòng)交流、實(shí)驗(yàn)資源、考試資源,并將思政元素貫穿其中,確保學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不僅掌握知識(shí)和技能,還能夠形成正確的價(jià)值觀。
1)課程視頻。
在線(xiàn)課程視頻界面如圖2所示。課程視頻是在線(xiàn)教學(xué)的重要部分,能夠直觀形象地介紹課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn),方便學(xué)生課前的預(yù)習(xí)和課后的復(fù)習(xí)。在線(xiàn)課程視頻主要任務(wù)是傳授課程基礎(chǔ)知識(shí)和培養(yǎng)編碼能力和計(jì)算思維。在線(xiàn)視頻建設(shè)需要注意單個(gè)視頻知識(shí)點(diǎn)不宜過(guò)多,視頻不宜過(guò)長(zhǎng),力求在3~5分鐘介紹1~2個(gè)知識(shí)點(diǎn)。方便學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)的需求有針對(duì)性地學(xué)習(xí),提高學(xué)習(xí)效率。
2)互動(dòng)交流。
互動(dòng)交流形式包括對(duì)具體在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)題目的討論,也可以是對(duì)課程學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題的討論。以在線(xiàn)論壇的形式展開(kāi),具體界面如圖3和圖4所示?;?dòng)交流是在線(xiàn)教學(xué)中提升學(xué)生參與度和解決問(wèn)題的重要途徑。利用在線(xiàn)工具不受時(shí)間和空間約束的交流探討,可很好提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,提高學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的參與度。在教學(xué)過(guò)程中可將在線(xiàn)討論作為課堂表現(xiàn)評(píng)價(jià)的一個(gè)指標(biāo)以鼓勵(lì)學(xué)生參與互動(dòng)交流。
3)在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)。
Python程序設(shè)計(jì)作為一門(mén)實(shí)踐要求很高的課程,讓學(xué)生通過(guò)編程練習(xí)熟悉開(kāi)發(fā)工具,鞏固程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和提高程序設(shè)計(jì)水平是至關(guān)重要的。頭歌在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖5所示,在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)可圍繞一個(gè)知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)多個(gè)關(guān)卡,每個(gè)關(guān)卡包相關(guān)知識(shí),編程要求和測(cè)試說(shuō)明。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求,直接在線(xiàn)進(jìn)行編程和測(cè)試。
課程在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)建設(shè)過(guò)程包括實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)總結(jié),實(shí)驗(yàn)選題,具體實(shí)驗(yàn)要求和測(cè)試用例設(shè)置。其中有兩點(diǎn)值得注意:1)在實(shí)驗(yàn)選題中可融入思政元素選擇選題,以潤(rùn)物無(wú)聲的形式增強(qiáng)學(xué)生的家國(guó)情懷和民族認(rèn)同感。2)在測(cè)試用例設(shè)置部分可設(shè)置一些隱藏的邊界用力,以訓(xùn)練學(xué)生解決問(wèn)題的嚴(yán)謹(jǐn)性和全面性。4)在線(xiàn)考試。
平臺(tái)能夠支持的在線(xiàn)考試題型有單選題、多選題、填空題、判斷題、問(wèn)答題、分析題、程序設(shè)計(jì)。既可以對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)掌握情況進(jìn)行檢查,也可以考查學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用和解決問(wèn)題的能力。
在線(xiàn)考試試題的資源建設(shè)主要是試題庫(kù)的建設(shè)。在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和課程目標(biāo)的指引下,試題庫(kù)既要考查學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況,更要考查學(xué)生計(jì)算思維和解決問(wèn)題能力的掌握情況?;A(chǔ)知識(shí)的考查主要以選擇題、填空題等客觀題的形式,計(jì)算思維和分析解決問(wèn)題能力的考查主要以問(wèn)答題,分析題和程序設(shè)計(jì)題的形式。在線(xiàn)考試資源在建設(shè)過(guò)程中直接將試題與課程目標(biāo)關(guān)聯(lián)。這樣一方面可以保證試題設(shè)置的全面合理,另一方面便于根據(jù)考試結(jié)果直接分析課程目標(biāo)的達(dá)成度。
2.3課程考核
在線(xiàn)課程的考核依賴(lài)于平臺(tái)建設(shè)的在線(xiàn)資源建設(shè)和平臺(tái)提供的信息化分析工具??己朔譃檎n堂表現(xiàn)、在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)和期末考試,具體的比例如表2所示。
課堂表現(xiàn)主要考查學(xué)生在線(xiàn)課程視頻觀看和在線(xiàn)互動(dòng)交流情況,具體評(píng)分細(xì)則為:課程視頻完播率90%且互動(dòng)交流不少于5次為滿(mǎn)分,課程視頻完播率80%且互動(dòng)交流不少于3次為80分;課程視頻完播率60%且互動(dòng)交流不少于1次為60分,然后按照比例換算成期末成績(jī)課堂表現(xiàn)得分。
在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)根據(jù)所有在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)根據(jù)測(cè)試用例計(jì)算出的得分的平均值再按照比例換算成期末考試在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)得分。
期末考試題型分為:?jiǎn)芜x題(10%),填空題(10%),問(wèn)答題(40%)和程序設(shè)計(jì)題(40%)。根據(jù)課程目標(biāo)設(shè)置題目設(shè)與課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系,以便于根據(jù)學(xué)生期末考試情況分析課程目標(biāo)的完成度。單選題和填空題重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)于課程基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況。問(wèn)答題和程序設(shè)計(jì)題則重點(diǎn)考查學(xué)生解決問(wèn)題的能力。結(jié)合本課程特點(diǎn)解決問(wèn)題的能力可分解為以下三個(gè)方面:1)能夠很好地掌握Python程序設(shè)計(jì)課程的基礎(chǔ)語(yǔ)法、三種流程控制語(yǔ)句、復(fù)合數(shù)據(jù)類(lèi)型和常見(jiàn)第三方包。2)掌握編程工具PyCharm的使用方法包括文件管理、程序設(shè)計(jì)和調(diào)試。3)能夠熟練地應(yīng)用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想和方法解決實(shí)際問(wèn)題。4)能夠針對(duì)小型問(wèn)題,很好運(yùn)用自頂向下、逐步求精、模塊化、窮舉、試探等程序設(shè)計(jì)思想進(jìn)行分析和求解,具有很強(qiáng)的計(jì)算思維能力。
3教學(xué)效果
自本在線(xiàn)課程基本完成建設(shè)后,22級(jí)、23級(jí)人工智能科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)106名學(xué)生使用在線(xiàn)課程作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程進(jìn)行在線(xiàn)學(xué)習(xí)。利用在線(xiàn)課程的全過(guò)程精確記錄分析的優(yōu)勢(shì),可對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)質(zhì)量進(jìn)行精準(zhǔn)量化評(píng)價(jià)。
課堂表現(xiàn)中在線(xiàn)課程整體完播率為82%,但平均互動(dòng)頻次為2.1次。說(shuō)明大部分學(xué)生能夠按照課程要求完成課程視頻的觀看,但缺乏思考和交流的意識(shí)。
在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)部分平均得分為63分,失分主要原因有:語(yǔ)法錯(cuò)誤導(dǎo)致的程序編譯錯(cuò)誤;題目邏輯理解不夠透徹導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤;極端情況考慮不周全導(dǎo)致部分測(cè)試用例結(jié)果錯(cuò)誤;輸出格式錯(cuò)誤等。在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)部分是對(duì)學(xué)生解決問(wèn)題能力的有效考核手段,這部分失分說(shuō)明在課程教學(xué)中需要進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。
期末考試可利用平臺(tái)提供的可視化分析工具,非常直觀分析課程期末考試情況包括每一題的得分率和學(xué)生成績(jī)的分布。以2024—2025學(xué)年第一學(xué)期期中考試為例(本次考試滿(mǎn)分60分)圖6和圖7所示。根據(jù)題目和課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可計(jì)算出本次考試的課程目標(biāo)總體達(dá)成率為70.2%。
通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)、在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)和期末考試得到22級(jí)和23級(jí)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的四項(xiàng)課程目標(biāo)的達(dá)成率如圖8所示??梢园l(fā)現(xiàn)22級(jí)學(xué)生中課程目標(biāo)1的達(dá)成率較高,而目標(biāo)2、目標(biāo)3和目標(biāo)4相對(duì)較低。通過(guò)課程組復(fù)盤(pán)發(fā)現(xiàn)在教學(xué)過(guò)程中由于慣性,更加注重基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)而忽視了能力的培養(yǎng)。因此在23級(jí)教學(xué)過(guò)程中也更加注重對(duì)目標(biāo)2、目標(biāo)3和目標(biāo)4的培養(yǎng),最終在23級(jí)達(dá)成率分析中基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。
21級(jí)未使用在線(xiàn)課程與22級(jí)使用在線(xiàn)課程學(xué)生的參與度與滿(mǎn)意度對(duì)比如圖9所示??梢园l(fā)現(xiàn)在使用在線(xiàn)課程后學(xué)生的參與度有明顯提高,同時(shí)滿(mǎn)意度也有所提高。
4結(jié)束語(yǔ)
工程教育認(rèn)證通常要求課程內(nèi)容與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接、強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力培養(yǎng),并持續(xù)改進(jìn)教育質(zhì)量?;诠こ探逃J(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與頭歌在線(xiàn)教育平臺(tái)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的Python程序設(shè)計(jì)線(xiàn)上課程,在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出三大優(yōu)勢(shì):1)支持學(xué)生隨時(shí)隨地訪(fǎng)問(wèn)課程資源。2)提供實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)時(shí)反。3)建立了完善的評(píng)估與反饋機(jī)制。在課程建設(shè)與使用過(guò)程中,須重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)問(wèn)題:其一是教師角色須從傳統(tǒng)講授者轉(zhuǎn)型為在線(xiàn)課程資源建設(shè)者和學(xué)習(xí)引導(dǎo)者;其二是須加強(qiáng)學(xué)生引導(dǎo)與約束,既要幫助不熟悉平臺(tái)操作的學(xué)生快速適應(yīng),也要重點(diǎn)督促自律性較弱的學(xué)生。因此,后續(xù)課程設(shè)計(jì)應(yīng)引入多元化教學(xué)形式,強(qiáng)化對(duì)后進(jìn)學(xué)生的幫扶,同時(shí)充分利用教學(xué)平臺(tái)的數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì),量化評(píng)估學(xué)生的參與度與知識(shí)掌握程度。
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