湯 衛(wèi),楊 赟,陳玉玲,楊茂松
(1.貴州廣播電視大學(xué) 信息工程學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 556000;2.公共大數(shù)據(jù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(貴州大學(xué)),貴州 貴陽(yáng) 550025;3.貴州電子商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 基礎(chǔ)教研室,貴州 貴陽(yáng) 550003)
目前大數(shù)據(jù)行業(yè)快速發(fā)展,為了在大數(shù)據(jù)中發(fā)掘價(jià)值,自2013 年來(lái),國(guó)家已經(jīng)相繼成立8個(gè)國(guó)家大數(shù)據(jù)試驗(yàn)區(qū),這直接導(dǎo)致了大量的人才需求和市場(chǎng)前景[1],這也使得眾多高職院校相繼開(kāi)設(shè)大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)[2]。有學(xué)者根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)院校的實(shí)際情況及經(jīng)驗(yàn),對(duì)高職院校制定科學(xué)的課程體系和培養(yǎng)方案,規(guī)劃教學(xué)資源、師資及環(huán)境等方面進(jìn)行了研究[3]。
在以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向的環(huán)境下,本科高校以培養(yǎng)理論型和應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo),高職院校以培養(yǎng)技術(shù)型和實(shí)戰(zhàn)型人才為培養(yǎng)目標(biāo)。特別是校企合作辦學(xué)開(kāi)展訂單式、精準(zhǔn)化的培養(yǎng),使高職院校成為重要的人才培養(yǎng)基地,而選用Python為核心教學(xué)語(yǔ)言符合市場(chǎng)需求和學(xué)生發(fā)展[4]。
Python 以簡(jiǎn)潔、高效、生態(tài)等特征為人們所喜愛(ài),國(guó)內(nèi)外眾多科研院校已經(jīng)在這方面獲得了巨大的成功[5],同時(shí)提出許多Python 課程的教學(xué)模式,如CDIO 教育模式[5]、基于在線開(kāi)放課程的混合教學(xué)模式[6]、MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂的多元化教學(xué)模式[7]、基于OBE 理念的教學(xué)模式[8]等。這表明Python 課程的教學(xué)模式必須貼合學(xué)情和教學(xué)實(shí)際,體現(xiàn)應(yīng)用導(dǎo)向和市場(chǎng)需求。
高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的Python 課程,應(yīng)充分了解高職學(xué)生的情況,梳理專業(yè)課程結(jié)構(gòu),合理安排課時(shí)和教學(xué)內(nèi)容,改進(jìn)教學(xué)方式和形式,以促進(jìn)學(xué)生的積極性,尤其是對(duì)大數(shù)據(jù)專業(yè)應(yīng)該更加關(guān)注統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)處理等知識(shí),努力尋求各相關(guān)課程之間的知識(shí)融合。由此許多學(xué)者提出基于應(yīng)用倒逼和課程融合的教學(xué)模式,并根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計(jì)教學(xué)考評(píng)和反饋機(jī)制,使其適合于高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的教學(xué)需求[9-11]。
Python 自面世以來(lái),成為繼Pascal、C、C++、Java、C#等之后的一門簡(jiǎn)潔高效的語(yǔ)言。同C、C++和Java 等相比,Python 有以下優(yōu)勢(shì)。
(1)簡(jiǎn)單易學(xué)。Python 語(yǔ)法簡(jiǎn)單,操作簡(jiǎn)單易學(xué),使學(xué)生能專注于解決問(wèn)題而非語(yǔ)言本身。
(2)解釋性。Python 程序可以直接從源代碼運(yùn)行程序,這使得它更加簡(jiǎn)單,更易于移植。
(3)面向?qū)ο?。Python 語(yǔ)言是既支持面向過(guò)程的編程又支持面向?qū)ο蟮木幊獭?/p>
(4)可擴(kuò)展性。為提升效率,可采用C/C++來(lái)編寫(xiě)關(guān)鍵代碼,然后在 Python 程序中使用它們。
(5)混合編程。Python 與其他語(yǔ)言能很容易地混合編程,方便利用各種工具包,提高開(kāi)發(fā)效率。
(6)豐富的庫(kù)。Python 有強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù),并且Python 的生態(tài)系統(tǒng)開(kāi)始拓展到第三方包。例如用于Web 框架的Web.py,用于科學(xué)計(jì)算的Numpy,以及用于數(shù)據(jù)可視化的 Matplotlib 等。
各大高職院校相繼以Python 語(yǔ)言作為計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)語(yǔ)言,不僅適合學(xué)生教學(xué)需求還很容易被學(xué)生所掌握,這對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣有著重要的意義。
鑒于Python 越來(lái)越受到業(yè)界的支持和歡迎,國(guó)外很多高校將 Python 作為程序設(shè)計(jì)教學(xué)語(yǔ)言。在 MOOC 等在線教育平臺(tái)上,有自南京大學(xué)等眾多高校的Python 課程,然而高職院校對(duì)Python 的教學(xué)實(shí)踐和研究工作還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)為了適應(yīng)專業(yè)的特點(diǎn)和人才需求,各高校已經(jīng)逐漸將基礎(chǔ)語(yǔ)言從Java 轉(zhuǎn)變?yōu)镻ython。
首先,高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)是培養(yǎng)具有大數(shù)據(jù)思維、數(shù)據(jù)分析能力與計(jì)算機(jī)技術(shù)的人才,注重應(yīng)用性和實(shí)戰(zhàn)。該專業(yè)是以計(jì)算機(jī)學(xué)科知識(shí)為重點(diǎn),充分融合了各個(gè)學(xué)科理論與知識(shí)的一個(gè)交叉專業(yè)。與本科相比,學(xué)生培養(yǎng)的層次稍低,注重技術(shù)型實(shí)戰(zhàn)型人才培養(yǎng),就業(yè)主要面向技術(shù)性工作。與本科重理論、厚基礎(chǔ)、輕應(yīng)用相比,高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)具有重應(yīng)用、精準(zhǔn)化、技術(shù)化等特點(diǎn)。
其次,高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的Python 課程應(yīng)該更加體現(xiàn)職業(yè)性、應(yīng)用導(dǎo)向性。在大數(shù)據(jù)專業(yè)的課程體系中,數(shù)理統(tǒng)計(jì)等基礎(chǔ)課程應(yīng)該提前開(kāi)設(shè)。就目前的現(xiàn)狀而言,很多高職院校Python課程的配套課程缺失嚴(yán)重,學(xué)生不能及時(shí)把握重要的基礎(chǔ)知識(shí),導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)吃力。
1)學(xué)生方面的問(wèn)題。
就高職院校的招生方式和生源結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),招生方式逐年發(fā)生變化。高職院校的主要招生渠道包括高考統(tǒng)考、自主招生、中職推優(yōu)三種方式,其中自主招生的生源比例正逐年增加,部分院校自主招生比例超過(guò)60%。對(duì)于高職生源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),首先高考統(tǒng)考的學(xué)生基礎(chǔ)普遍比自主招生的基礎(chǔ)和素質(zhì)偏好,這一類學(xué)生具有較強(qiáng)的可塑性。其次由于自主招生的方式靈活、程序簡(jiǎn)化,是有效的選拔方式,具有較強(qiáng)的針對(duì)性。生源雖然是基礎(chǔ)較差的高中生和部分中職生,但這群學(xué)生職業(yè)目標(biāo)突出。最后是中職推優(yōu)的學(xué)生,學(xué)生職業(yè)目標(biāo)較強(qiáng),經(jīng)中職專業(yè)學(xué)習(xí)和實(shí)踐可塑性較強(qiáng)。這類學(xué)生的基礎(chǔ)理論最差,導(dǎo)致在高職階段的理論學(xué)習(xí)非常吃力。
表1 高職院校生源構(gòu)成和比較
2)教學(xué)方面的問(wèn)題。
教學(xué)方面主要存在教師知識(shí)掌握不夠、教學(xué)方式設(shè)計(jì)不靈活、教學(xué)設(shè)備缺失、缺乏市場(chǎng)應(yīng)用導(dǎo)向等問(wèn)題。解決措施有:加強(qiáng)教師對(duì)Python深入學(xué)習(xí)和研討,力求教師能夠全面把握Python核心專業(yè)知識(shí)和實(shí)操能力;通過(guò)集體備課、教學(xué)觀摩等方式加強(qiáng)教學(xué)方式的調(diào)整;同時(shí)派教師深入企業(yè)參加生產(chǎn)實(shí)踐,促進(jìn)教師掌握市場(chǎng)需求,以便把握教學(xué)方向和重難點(diǎn);通過(guò)校企合作培養(yǎng)的模式,著力解決教學(xué)設(shè)備缺失老化等困難。
3)課程方面的問(wèn)題。
高職院校Python 課程主要問(wèn)題是教材選用、教學(xué)大綱的設(shè)計(jì)、課程的考評(píng)機(jī)制等問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō),為適應(yīng)高職學(xué)生的基礎(chǔ),可以選用應(yīng)用性和難度較低的Python教材,很多院校選用《Python程序:從入門到精通》,開(kāi)設(shè)課時(shí)數(shù)為72 學(xué)時(shí)。
Python 課程有很多教學(xué)模式,其中較為常用的有CDIO 工程教育理念模式、基于在線開(kāi)放課程的混合教學(xué)模式、“MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂”的多元化教學(xué)模式、基于OBE 理念的教學(xué)模式。針對(duì)Python 課程存在的問(wèn)題,結(jié)合高職院校的大數(shù)據(jù)專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)生發(fā)展要求,基于ARCI 的Python教學(xué)模式主要結(jié)合CDIO 工程教育理念模式和OBE 理念的教學(xué)模式等優(yōu)點(diǎn)。
CDIO 工程教育理念是指構(gòu)思(conceive)、設(shè)計(jì)(design)、實(shí)現(xiàn)(implement)和運(yùn)作(operate),是由美國(guó)多所大學(xué)提出的教育理念,它以現(xiàn)代產(chǎn)品的生命周期為藍(lán)本,以重視學(xué)生實(shí)踐能力、學(xué)習(xí)能力以及系統(tǒng)掌控能力培養(yǎng)為主題,培養(yǎng)學(xué)生的工程科學(xué)能力、知識(shí)能力、終生學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和職業(yè)能力。運(yùn)用CDIO 模式需要巧妙設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo),合理規(guī)劃實(shí)施步驟,加強(qiáng)教學(xué)考評(píng),其中通過(guò)學(xué)習(xí)Python 掌握編程理念和基本知識(shí),通過(guò)編程實(shí)踐培養(yǎng)程序思維能力和設(shè)計(jì)能力,通過(guò)項(xiàng)目化的學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和創(chuàng)新應(yīng)用的能力?;谏鲜? 種核心能力的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該綜合考慮學(xué)生的基礎(chǔ)狀態(tài)和職業(yè)要求,所以在具體的教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)中應(yīng)該與學(xué)生多交流,采用教學(xué)過(guò)程分階段、分階梯的模式,需要統(tǒng)籌兼顧各個(gè)學(xué)生的差異[5]。
OBE 理念教學(xué)模式主要是按照“逆向設(shè)計(jì)、正向?qū)嵤钡姆椒?,?duì)Python 課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)成果評(píng)價(jià)方案進(jìn)行相應(yīng)的改革設(shè)計(jì)和探索。在Python 課程中實(shí)施基于成果導(dǎo)向的教學(xué)模式,使學(xué)生明確課程教學(xué)目標(biāo),理解應(yīng)該達(dá)到的能力,從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,提高Python 課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)成效[8]。
在CDIO 理念和OBE 理念的教學(xué)模式基礎(chǔ)上的ARCI 教學(xué)模式理念有兩個(gè)。應(yīng)用倒逼是指在大數(shù)據(jù)專業(yè)的教學(xué)過(guò)程中注重應(yīng)用導(dǎo)向和市場(chǎng)需求,以此為培養(yǎng)目標(biāo)倒逼教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式的設(shè)計(jì),一切教學(xué)中心圍繞學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用需求和專業(yè)發(fā)展來(lái)開(kāi)展,在整個(gè)學(xué)習(xí)周期內(nèi)逆向構(gòu)思教學(xué)內(nèi)容,正向?qū)嵤┙虒W(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程。教學(xué)融合是指充分考慮專業(yè)的特色,將Python 課程與相關(guān)課程展開(kāi)深入融合教學(xué),通過(guò)在課程結(jié)構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容方面相互促進(jìn),對(duì)Python 課程展開(kāi)全面的梳理。一方面要求教師能夠?qū)ython 數(shù)據(jù)分析等知識(shí)串聯(lián)互講,另一方面需要對(duì)學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)周期內(nèi)進(jìn)行多方面融合教學(xué)。
(1)需求和學(xué)情分析。一是根據(jù)高職院校學(xué)生的未來(lái)職業(yè)發(fā)展要求和市場(chǎng)動(dòng)態(tài),將實(shí)際需求與Python 課程教學(xué)內(nèi)容比對(duì)分析,按培養(yǎng)目標(biāo)編寫(xiě)大數(shù)據(jù)人才需求報(bào)告;二是需要充分考量學(xué)生的基本情況,對(duì)于高職學(xué)校的學(xué)情按照因材施教的原則進(jìn)行教學(xué),開(kāi)展針對(duì)性的教學(xué)。
(2)目標(biāo)任務(wù)分解實(shí)施。按照培養(yǎng)目標(biāo)分解任務(wù),依照應(yīng)用需求和學(xué)情報(bào)告,選用合適的Python 教材,同時(shí)編寫(xiě)講義作為補(bǔ)充。將教學(xué)任務(wù)分解為認(rèn)知階段基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)、能力階段技能教學(xué)和創(chuàng)新階段項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)教學(xué)。
(3)教學(xué)融合和實(shí)踐反饋。開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐,對(duì)教學(xué)過(guò)程中融合各相關(guān)學(xué)科知識(shí),并通過(guò)教學(xué)實(shí)踐反饋教學(xué)效果。面向大數(shù)據(jù)分析的Python課程相關(guān)知識(shí)包括統(tǒng)計(jì)分析知識(shí)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和項(xiàng)目實(shí)施管理等方面的知識(shí)。
ARCI 教學(xué)模式的實(shí)施主要分為基礎(chǔ)理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)和項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)教學(xué)3 階段。具體如下。
(1)基礎(chǔ)理論教學(xué)階段。由于Python 課程基礎(chǔ)知識(shí)的關(guān)鍵作用,在此應(yīng)做好3 方面的教學(xué)工作。一是做好數(shù)學(xué)及相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)工作,高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有大數(shù)據(jù)分析和處理能力的人才,這就需要學(xué)生掌握統(tǒng)計(jì)分析及計(jì)算機(jī)等方面的基本知識(shí),如果學(xué)生缺少相應(yīng)的知識(shí),那么將無(wú)法完成培養(yǎng)目標(biāo)。二是做好Python 基本知識(shí)技能的教學(xué),根據(jù)選用的教程完成課程知識(shí)梳理和準(zhǔn)備,切實(shí)做好基礎(chǔ)理論教學(xué)。三是做好項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)的相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)。若要按市場(chǎng)所需培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)能力,那么在此階段就應(yīng)包括項(xiàng)目實(shí)施和管理的一些基本知識(shí),如項(xiàng)目需求報(bào)告和實(shí)施方案的編寫(xiě)、項(xiàng)目流程圖的設(shè)計(jì)等知識(shí)。
(2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)階段。一切教學(xué)成果都要用實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn),著力提高學(xué)生的應(yīng)用意識(shí)和實(shí)操能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)階段,圍繞培養(yǎng)目標(biāo)和時(shí)間順序開(kāi)展教學(xué)。首先是把握好課堂的實(shí)驗(yàn)教學(xué),教師實(shí)時(shí)把握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和薄弱環(huán)節(jié),有助于及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度等。其次是嚴(yán)控課后的自學(xué)實(shí)驗(yàn),學(xué)生獨(dú)立完成課程實(shí)驗(yàn)實(shí)操作業(yè),要求學(xué)生對(duì)基本技能重復(fù)練習(xí)直到熟練掌握。最后是以任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生形成團(tuán)隊(duì),共同完成具有綜合性實(shí)踐任務(wù),一般這樣的任務(wù)在課程一個(gè)章節(jié)一次最佳,任務(wù)難度需要根據(jù)學(xué)生情況進(jìn)行設(shè)置調(diào)整,任務(wù)難度應(yīng)具不同難度梯次可供學(xué)生自由選擇。
(3)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)教學(xué)階段。經(jīng)過(guò)對(duì)理論和技能實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí),學(xué)生已初步掌握程序編程和設(shè)計(jì)能力,但是學(xué)生還缺乏對(duì)項(xiàng)目運(yùn)作的經(jīng)驗(yàn)和能力。此階段通過(guò)學(xué)生組隊(duì)完成教師設(shè)置的項(xiàng)目,這不僅需要設(shè)計(jì)好項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃和要求還要求教師全程參與指導(dǎo)。在校企合作背景下更應(yīng)該讓學(xué)生參與實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目中,切實(shí)參與完成項(xiàng)目任務(wù)以提高學(xué)生的綜合能力。
圖1 ARCI教學(xué)實(shí)施過(guò)程
由于大數(shù)據(jù)專業(yè)的學(xué)科交叉性和Python 課程的應(yīng)用廣泛性,需要充分融合各相關(guān)學(xué)科知識(shí)為Python 課程教學(xué)服務(wù)。
(1)理論知識(shí)的融合。教師需要厘清知識(shí)體系和脈絡(luò),將統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘、程序編程等知識(shí)進(jìn)行深入融合,形成有效的教學(xué)內(nèi)容組合。
(2)專業(yè)技能的融合。無(wú)論是在課堂技能學(xué)習(xí)還是頂崗實(shí)習(xí)階段,教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該充分融合Python 和其他相關(guān)技能,全方位提升學(xué)生實(shí)踐能力。一方面借助企業(yè)工程師為學(xué)生開(kāi)展Python 應(yīng)用分析,培養(yǎng)學(xué)生理實(shí)結(jié)合的能力,大力實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目管理的模式,充分發(fā)揮Python 課程核心課程作用,推動(dòng)從基礎(chǔ)理論到技能的融合。
(3)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的融合。以實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)主要是為了完成學(xué)生能力提升和角色轉(zhuǎn)變。這不僅檢驗(yàn)學(xué)生基本技能,同時(shí)還展現(xiàn)學(xué)生的實(shí)際項(xiàng)目操作能力。通過(guò)學(xué)生自學(xué)和研討凝練所學(xué)知識(shí)、提高創(chuàng)新能力、拓展發(fā)展空間,快速提升學(xué)生綜合能力。ARCI 教學(xué)融合方法如圖2 所示。
教學(xué)質(zhì)量反饋是教學(xué)的生命線,故須注重每個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果反饋。ARCI 教學(xué)模式的教學(xué)考評(píng)和反饋機(jī)制分為兩步,一是考評(píng)辦法,能公平公正地完成學(xué)生日常學(xué)習(xí)成果考核;二是反饋機(jī)制,通過(guò)考核結(jié)果和師生溝通進(jìn)行反饋,核心是及時(shí)掌握學(xué)習(xí)質(zhì)量和不足,從而調(diào)整教學(xué)重難點(diǎn)和策略。
實(shí)施課堂考核、項(xiàng)目考核和期末考核為一體的形成性考核體系,更加公平地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,并將考核依據(jù)作為企業(yè)選人的重要依據(jù)。針對(duì)不同階段的考核結(jié)果,教師實(shí)施課程進(jìn)度、重難點(diǎn)、項(xiàng)目難度和團(tuán)隊(duì)匹配等的調(diào)節(jié),具體如圖3 所示。
圖2 ARCI教學(xué)融合方法
圖3 考核指標(biāo)比重和反饋機(jī)制
基于ARCI 模式的 Python 課程教學(xué)改革的多項(xiàng)措施已應(yīng)用于日常教學(xué),從教學(xué)效果及學(xué)生反饋來(lái)看,課程改革取得了一定成效,其中基于應(yīng)用導(dǎo)向和課程技能融合的教學(xué)挖掘出很多學(xué)生的潛力,他們已經(jīng)具備獨(dú)立承擔(dān)小型項(xiàng)目和參與中型項(xiàng)目的能力??梢钥闯?,基于ARCI的教學(xué)模式能更好地達(dá)到教學(xué)目標(biāo),提高學(xué)生成績(jī)、提升實(shí)踐能力,對(duì)學(xué)生未來(lái)專業(yè)發(fā)展有極大的促進(jìn)作用。