周敏

摘要：針對(duì)在非計(jì)算機(jī)專業(yè)的Python語言程序設(shè)計(jì)傳統(tǒng)教學(xué)模式中，存在學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，教學(xué)平臺(tái)和教學(xué)資源不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求等問題，文章提出利用信息技術(shù)開展線上線下混合式教學(xué)，從教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)評(píng)價(jià)四個(gè)方面全方位設(shè)計(jì)混合模式，將混合式教學(xué)深度融入教學(xué)全過程中，取得較好的教學(xué)效果，提高了非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生對(duì)程序語言的學(xué)習(xí)興趣和編程應(yīng)用能力，達(dá)到了Python語言作為通識(shí)課程的教學(xué)目標(biāo)，為同類型課程的混合式教學(xué)改革提供一定的參考。

關(guān)鍵詞： 非計(jì)算機(jī)專業(yè)；通識(shí)課程；程序設(shè)計(jì)；線上線下混合式；計(jì)算思維

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）30-0175-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

云大物等信息技術(shù)的快速發(fā)展促使各行各業(yè)對(duì)掌握計(jì)算思維程序設(shè)計(jì)的人才需求增大，2021年11月著名評(píng)估機(jī)構(gòu)TIOBE推出的編程語言排行榜，Python以12.9%的評(píng)級(jí)躍居到排行榜首位，成為新語言霸主。Python 語言作為一種膠水語言，其語法簡潔明了，內(nèi)置函數(shù)豐富，簡單易學(xué)，開源跨平臺(tái)，擁有豐富而強(qiáng)大的生態(tài)庫[1]，已成為人工智能時(shí)代的一門非常流行的程序設(shè)計(jì)語言[2]。教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)2016年發(fā)布的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》中，首次建議將Python 語言作為程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)語言，全國計(jì)算機(jī)等級(jí)考試委員會(huì)也將Python語言程序設(shè)計(jì)作為二級(jí)等級(jí)考試科目之一[3]。當(dāng)下，《Python語言程序設(shè)計(jì)》課程已經(jīng)是培養(yǎng)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生計(jì)算思維的通識(shí)課程，下面以中國民用航空飛行學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院在非計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)Python語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐為例，探討通識(shí)課程《Python語言程序設(shè)計(jì)》在教學(xué)環(huán)節(jié)中遇到的問題和教學(xué)改革。

2 非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)類課程的困難因素分析

2.1 計(jì)算機(jī)背景知識(shí)薄弱、缺少有效的課程預(yù)習(xí)通道

學(xué)好一門程序語言類課程需要學(xué)習(xí)者具備一定的計(jì)算機(jī)背景知識(shí)，而非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生普遍存在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的背景知識(shí)薄弱。傳統(tǒng)“以課程為中心”的教學(xué)方式中學(xué)生常常帶著一臉茫然走進(jìn)課堂，僅靠教師在有限課堂內(nèi)傳授知識(shí)，教學(xué)效果并不理想。學(xué)生缺少有效的課程預(yù)習(xí)通道來提前了解新課內(nèi)容，消除對(duì)新知識(shí)的迷茫。

2.2 學(xué)習(xí)缺乏主動(dòng)性，教學(xué)手段單一難以調(diào)動(dòng)積極性

非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生往往認(rèn)為Python程序語言課程不是專業(yè)課，認(rèn)為這門課程與自己將來從事的專業(yè)相關(guān)性不大，學(xué)習(xí)中缺乏主動(dòng)性，不愿意花更多的時(shí)間和精力去深入地學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)“以講授為中心”的“填鴨式”教學(xué)方式，整個(gè)教學(xué)過程學(xué)生參與度低，教學(xué)手段單一，缺乏多樣性教學(xué)活動(dòng)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[4]。

2.3 課程資源匱乏，學(xué)習(xí)過程過分依賴有限的課堂

傳統(tǒng)的以“教師為中心”的教學(xué)模式是面對(duì)面的單一課堂授課方式，課堂中學(xué)生參與度低，被動(dòng)地接受知識(shí)；課前缺少對(duì)課中知識(shí)主動(dòng)了解的途徑，課后無延續(xù)性活動(dòng)，學(xué)生缺少討論思考的環(huán)境，學(xué)生走出課堂意味著課堂結(jié)束；課程資源匱乏，學(xué)生過分依賴?yán)蠋焸魇冢焕谂囵B(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，不利于提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

3 線上線下混合式模式

本課程針對(duì)以上教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，根據(jù)專業(yè)目標(biāo)和課程目標(biāo)，結(jié)合信息技術(shù)的優(yōu)勢建立了“知識(shí)引導(dǎo)+問題求解”的線上線下混合式教學(xué)模式，如圖 1所示。“知識(shí)引導(dǎo)+問題求解”混合教學(xué)模式中的線上教學(xué)強(qiáng)調(diào)教師引導(dǎo)下的學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)，發(fā)揮線上教學(xué)教師的引導(dǎo)性和學(xué)生主動(dòng)性。線下教學(xué)強(qiáng)調(diào)師生面對(duì)面的交流和問題求解的學(xué)習(xí)，沿襲了線下程序設(shè)計(jì)課程的系統(tǒng)性和功能性。混合教學(xué)模式是全方位的混合，包括教學(xué)資源的混合、教學(xué)環(huán)境的混合、教學(xué)活動(dòng)的混合，教學(xué)評(píng)價(jià)的混合。

3.1 教學(xué)資源的混合

非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算機(jī)背景知識(shí)參差不齊、對(duì)程序設(shè)計(jì)思想的理解力偏弱。采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式進(jìn)行Python語言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)中，存在一部分學(xué)生課前對(duì)課程內(nèi)容了解甚少，隨著課程內(nèi)容難度的加大這部分學(xué)生聽課就顯得被動(dòng)，又因課后缺少一個(gè)能重溫課程內(nèi)容和程序編寫操作的平臺(tái)環(huán)境，慢慢地這部分學(xué)生會(huì)因?yàn)樵谡n程學(xué)習(xí)中找不到成就感而對(duì)課程失去學(xué)習(xí)興趣。

預(yù)習(xí)是整個(gè)學(xué)習(xí)過程中一種非常好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，能幫助學(xué)生更好地掌握知識(shí)。本課程的教學(xué)改革目標(biāo)之一是將理論知識(shí)按知識(shí)點(diǎn)錄制配套視頻，并補(bǔ)充程序設(shè)計(jì)相關(guān)的內(nèi)容視頻，為學(xué)生提供一個(gè)有效的課程預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)通道，教師在課前幫助學(xué)生了解下一節(jié)知識(shí)重點(diǎn)，難點(diǎn)，將知識(shí)系統(tǒng)化地串聯(lián)起來，適當(dāng)擴(kuò)充學(xué)生知識(shí)面，引導(dǎo)學(xué)生程序思維的形成，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力。

本課程教學(xué)資源的混合包括自建線上課程資源和線下中飛院互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)資源混合。線上課程資源包括按知識(shí)點(diǎn)劃分的理論知識(shí)微視頻、理論課件、習(xí)題資源；按操作主題劃分的實(shí)驗(yàn)操作視頻、實(shí)驗(yàn)課件、綜合練習(xí)等資源，學(xué)生可在無教師指導(dǎo)下隨時(shí)觀看重復(fù)練習(xí)，有效地幫助非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生提高編程能力。線下中飛院互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)資源是將課程內(nèi)容分為三大理論知識(shí)板塊，每個(gè)理論板塊對(duì)應(yīng)精心設(shè)計(jì)的主題實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)板塊著重存儲(chǔ)和計(jì)算思維的培養(yǎng)；提高板塊強(qiáng)調(diào)算法思維和模塊思維的培養(yǎng)；應(yīng)用板塊開拓學(xué)生的數(shù)據(jù)思維和智能思維。實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容層層遞進(jìn)，從數(shù)據(jù)類型的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，函數(shù)文件的提高實(shí)驗(yàn)，再到不同專業(yè)需求設(shè)置的第三方庫的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，逐步提高實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn)度。

3.2教學(xué)環(huán)境的混合

混合式教學(xué)環(huán)境是指物理環(huán)境與虛擬環(huán)境相融合、理論教學(xué)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境相融合。本課程的教學(xué)環(huán)境如圖 2所示。線上虛擬環(huán)境由學(xué)習(xí)通平臺(tái)和頭歌平臺(tái)共同組成，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和自主拓展練習(xí)。線下物理環(huán)境由多媒體教室和中飛院互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)驗(yàn)室共同組成，實(shí)現(xiàn)師生面對(duì)面理論教學(xué)和必修實(shí)操練習(xí)。

本課程的線上虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境之一是“學(xué)習(xí)通平臺(tái)”，教師基于自建的Python課程分專業(yè)分班級(jí)管理學(xué)生。課程組統(tǒng)一發(fā)布教學(xué)理論視頻和操作演示視頻，必選作業(yè)和任選作業(yè)，教學(xué)中做到教學(xué)方向大同教學(xué)活動(dòng)小異，即教師可根據(jù)所教授不同專業(yè)的教學(xué)需求靈活地安排課程學(xué)習(xí)內(nèi)容和課堂活動(dòng)，此方式更能促進(jìn)以產(chǎn)出為目標(biāo)的OBE教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。程序語言設(shè)計(jì)課程強(qiáng)調(diào)動(dòng)手編程能力，本課程的線上虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境之二是“頭歌平臺(tái)”。教師在課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有限時(shí)間中，往往安排學(xué)生從經(jīng)典程序的編寫開始，逐步過渡到多應(yīng)用的程序編寫，那么更多的程序編寫需要學(xué)生在課堂之外通過不同的題目，不同的項(xiàng)目來完成學(xué)習(xí)。本課程的課余實(shí)驗(yàn)由教師根據(jù)所教授學(xué)生的課堂實(shí)驗(yàn)的掌握情況，在“頭歌平臺(tái)”上布置難易程度不同的Python實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生編程動(dòng)手能力的差異化教學(xué)和挑戰(zhàn)性教學(xué)。

本課程的線下物理環(huán)境之一是多媒體教室中的理論教學(xué)環(huán)境。本課程的理論內(nèi)容分為三大篇章，分別是基礎(chǔ)篇、提高篇、應(yīng)用篇。課程在每一篇章的中間節(jié)點(diǎn)和結(jié)束節(jié)點(diǎn)都開展了線下理論的集中式面對(duì)面教學(xué)，便于生動(dòng)地展示難點(diǎn)問題的解決過程，學(xué)生更容易在教師的直接引導(dǎo)下形成程序思維能力。設(shè)置中間節(jié)點(diǎn)線下教學(xué)可及時(shí)地發(fā)現(xiàn)學(xué)生線上教學(xué)遇到的問題，幫助他們解答疑難問題。設(shè)置結(jié)束節(jié)點(diǎn)線下教學(xué)可幫助學(xué)生梳理知識(shí)、串聯(lián)知識(shí)、總結(jié)知識(shí)，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。本課程的線下物理環(huán)境之二是“中飛院互聯(lián)網(wǎng)+”實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。該互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)題目是教師根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)編制的經(jīng)典題目，覆蓋Python語言的主要編程知識(shí)。學(xué)生在機(jī)房的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)里反復(fù)進(jìn)行練習(xí)，期間教師進(jìn)行現(xiàn)場一對(duì)一的個(gè)性化輔導(dǎo)，充分練習(xí)之后學(xué)生完成測試作業(yè)，系統(tǒng)自動(dòng)測評(píng)，考查學(xué)生知識(shí)的掌握情況，教師根據(jù)作業(yè)完成情況進(jìn)一步布置課余時(shí)間的“頭歌平臺(tái)”挑戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)。

3.3教學(xué)設(shè)計(jì)的混合

本課程實(shí)施多樣化的教學(xué)方法將線上和線下互聯(lián)，如設(shè)問引導(dǎo)教學(xué)方法、問題分析求解教學(xué)法、算法推演教學(xué)法、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法、小組討論教學(xué)法、同伴教學(xué)法[7]、差異輔導(dǎo)教學(xué)法、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法等激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。教學(xué)活動(dòng)的數(shù)據(jù)永久保存，為后續(xù)教學(xué)改進(jìn)提供有力數(shù)據(jù)支撐。

課程組制定細(xì)化的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)方案保障線上線下教學(xué)活動(dòng)有機(jī)融合[5]，具體包括線上線下知識(shí)的銜接、線上線下操作任務(wù)的銜接、線上線下活動(dòng)的銜接、線上線下作業(yè)的銜接等。例如課前線上自主學(xué)習(xí)部分，教師利用線上平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)通知，學(xué)生在線學(xué)習(xí)，教師設(shè)問引導(dǎo)學(xué)生思考，在線交流討論，完成線上作業(yè)。課堂學(xué)習(xí)時(shí)教師現(xiàn)場指導(dǎo)、答疑解惑、小組討論，輔以適當(dāng)?shù)木€上活動(dòng)如問卷、搶答、隨堂測試等，有效地利用線上學(xué)習(xí)活動(dòng)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課后教師在線上平臺(tái)布置必修作業(yè)和分層作業(yè)，鞏固和提升知識(shí)的應(yīng)用，師生可在平臺(tái)上互動(dòng)討論延續(xù)課堂。

3.4教學(xué)評(píng)價(jià)的混合

本課程更新過去以知識(shí)傳授為主要教學(xué)目標(biāo)，按照成果導(dǎo)向OBE教育理念構(gòu)建了新教學(xué)目標(biāo)包括知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)、素養(yǎng)目標(biāo)、思政目標(biāo)[6]。因此本課程建立科學(xué)公正的量化考評(píng)制度，如表 1所示?？疾閷W(xué)生的知識(shí)水平、能力水平、素養(yǎng)水平，線上線下全過程納入綜合評(píng)價(jià)，全方位考查學(xué)生學(xué)習(xí)情況。

4總結(jié)

本課程為解決非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)類課程遇到的困難，引入互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)對(duì)原有教學(xué)模式和教學(xué)手段進(jìn)行改革，改變了原有以“教師”為中心的教學(xué)模式，建立以“學(xué)生”為中心的線上線下混合教學(xué)模式。根據(jù)OBE重建教學(xué)目標(biāo)，更新教學(xué)資源、引入多樣化教學(xué)方法，設(shè)置分層實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，采用線上課前引導(dǎo)，課中教師講解和實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)，課后線上分層作業(yè)等混合教學(xué)方式[8]，同時(shí)全方位的考評(píng)體系促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性提高。通識(shí)課程《Python語言程序設(shè)計(jì)》在非計(jì)算機(jī)專業(yè)進(jìn)行的課程改革效果良好，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提高。下一步課程將進(jìn)一步完善課程內(nèi)容的創(chuàng)新和學(xué)生能力的有機(jī)融合。

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