基于ARCI的高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)Python課程教學模式研究

湯 衛(wèi)，楊 赟，陳玉玲，楊茂松

（1.貴州廣播電視大學 信息工程學院，貴州 貴陽 556000；2.公共大數(shù)據(jù)國家重點實驗室（貴州大學），貴州 貴陽 550025；3.貴州電子商務職業(yè)技術學院 基礎教研室，貴州 貴陽 550003）

0 引言

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)掘價值，自2013 年來，國家已經(jīng)相繼成立8個國家大數(shù)據(jù)試驗區(qū)，這直接導致了大量的人才需求和市場前景[1]，這也使得眾多高職院校相繼開設大數(shù)據(jù)相關專業(yè)[2]。有學者根據(jù)國內外相關院校的實際情況及經(jīng)驗，對高職院校制定科學的課程體系和培養(yǎng)方案，規(guī)劃教學資源、師資及環(huán)境等方面進行了研究[3]。

在以市場需求為導向的環(huán)境下，本科高校以培養(yǎng)理論型和應用型人才為培養(yǎng)目標，高職院校以培養(yǎng)技術型和實戰(zhàn)型人才為培養(yǎng)目標。特別是校企合作辦學開展訂單式、精準化的培養(yǎng)，使高職院校成為重要的人才培養(yǎng)基地，而選用Python為核心教學語言符合市場需求和學生發(fā)展[4]。

Python 以簡潔、高效、生態(tài)等特征為人們所喜愛，國內外眾多科研院校已經(jīng)在這方面獲得了巨大的成功[5]，同時提出許多Python 課程的教學模式，如CDIO 教育模式[5]、基于在線開放課程的混合教學模式[6]、MOOC+翻轉課堂的多元化教學模式[7]、基于OBE 理念的教學模式[8]等。這表明Python 課程的教學模式必須貼合學情和教學實際，體現(xiàn)應用導向和市場需求。

高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的Python 課程，應充分了解高職學生的情況，梳理專業(yè)課程結構，合理安排課時和教學內容，改進教學方式和形式，以促進學生的積極性，尤其是對大數(shù)據(jù)專業(yè)應該更加關注統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)處理等知識，努力尋求各相關課程之間的知識融合。由此許多學者提出基于應用倒逼和課程融合的教學模式，并根據(jù)培養(yǎng)目標設計教學考評和反饋機制，使其適合于高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的教學需求[9-11]。

1 Python課程教學現(xiàn)狀和問題

1.1 Python語言特點和發(fā)展現(xiàn)狀

Python 自面世以來，成為繼Pascal、C、C++、Java、C#等之后的一門簡潔高效的語言。同C、C++和Java 等相比，Python 有以下優(yōu)勢。

（1）簡單易學。Python 語法簡單，操作簡單易學，使學生能專注于解決問題而非語言本身。

（2）解釋性。Python 程序可以直接從源代碼運行程序，這使得它更加簡單，更易于移植。

（3）面向對象。Python 語言是既支持面向過程的編程又支持面向對象的編程。

（4）可擴展性。為提升效率，可采用C/C++來編寫關鍵代碼，然后在 Python 程序中使用它們。

（5）混合編程。Python 與其他語言能很容易地混合編程，方便利用各種工具包，提高開發(fā)效率。

（6）豐富的庫。Python 有強大的標準庫，并且Python 的生態(tài)系統(tǒng)開始拓展到第三方包。例如用于Web 框架的Web.py，用于科學計算的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 語言作為計算機相關專業(yè)的基礎語言，不僅適合學生教學需求還很容易被學生所掌握，這對提高學生學習興趣有著重要的意義。

1.2 高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的Python課程情況

鑒于Python 越來越受到業(yè)界的支持和歡迎，國外很多高校將 Python 作為程序設計教學語言。在 MOOC 等在線教育平臺上，有自南京大學等眾多高校的Python 課程，然而高職院校對Python 的教學實踐和研究工作還遠遠不夠。高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)為了適應專業(yè)的特點和人才需求，各高校已經(jīng)逐漸將基礎語言從Java 轉變?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)分析能力與計算機技術的人才，注重應用性和實戰(zhàn)。該專業(yè)是以計算機學科知識為重點，充分融合了各個學科理論與知識的一個交叉專業(yè)。與本科相比，學生培養(yǎng)的層次稍低，注重技術型實戰(zhàn)型人才培養(yǎng)，就業(yè)主要面向技術性工作。與本科重理論、厚基礎、輕應用相比，高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)具有重應用、精準化、技術化等特點。

其次，高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的Python 課程應該更加體現(xiàn)職業(yè)性、應用導向性。在大數(shù)據(jù)專業(yè)的課程體系中，數(shù)理統(tǒng)計等基礎課程應該提前開設。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重，學生不能及時把握重要的基礎知識，導致學生學習吃力。

1.3 Python課程教學中存在的問題

1）學生方面的問題。

就高職院校的招生方式和生源結構來說，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60%。對于高職生源結構的特點，首先高考統(tǒng)考的學生基礎普遍比自主招生的基礎和素質偏好，這一類學生具有較強的可塑性。其次由于自主招生的方式靈活、程序簡化，是有效的選拔方式，具有較強的針對性。生源雖然是基礎較差的高中生和部分中職生，但這群學生職業(yè)目標突出。最后是中職推優(yōu)的學生，學生職業(yè)目標較強，經(jīng)中職專業(yè)學習和實踐可塑性較強。這類學生的基礎理論最差，導致在高職階段的理論學習非常吃力。

表1 高職院校生源構成和比較

2）教學方面的問題。

教學方面主要存在教師知識掌握不夠、教學方式設計不靈活、教學設備缺失、缺乏市場應用導向等問題。解決措施有：加強教師對Python深入學習和研討，力求教師能夠全面把握Python核心專業(yè)知識和實操能力；通過集體備課、教學觀摩等方式加強教學方式的調整；同時派教師深入企業(yè)參加生產(chǎn)實踐，促進教師掌握市場需求，以便把握教學方向和重難點；通過校企合作培養(yǎng)的模式，著力解決教學設備缺失老化等困難。

3）課程方面的問題。

高職院校Python 課程主要問題是教材選用、教學大綱的設計、課程的考評機制等問題。一般來說，為適應高職學生的基礎，可以選用應用性和難度較低的Python教材，很多院校選用《Python程序：從入門到精通》，開設課時數(shù)為72 學時。

2 基于ARCI的Python教學模式設計

Python 課程有很多教學模式，其中較為常用的有CDIO 工程教育理念模式、基于在線開放課程的混合教學模式、“MOOC+翻轉課堂”的多元化教學模式、基于OBE 理念的教學模式。針對Python 課程存在的問題，結合高職院校的大數(shù)據(jù)專業(yè)特點和學生發(fā)展要求，基于ARCI 的Python教學模式主要結合CDIO 工程教育理念模式和OBE 理念的教學模式等優(yōu)點。

CDIO 工程教育理念是指構思（conceive）、設計（design）、實現(xiàn)（implement）和運作（operate），是由美國多所大學提出的教育理念，它以現(xiàn)代產(chǎn)品的生命周期為藍本，以重視學生實踐能力、學習能力以及系統(tǒng)掌控能力培養(yǎng)為主題，培養(yǎng)學生的工程科學能力、知識能力、終生學習能力、團隊協(xié)作能力和職業(yè)能力。運用CDIO 模式需要巧妙設計教學目標，合理規(guī)劃實施步驟，加強教學考評，其中通過學習Python 掌握編程理念和基本知識，通過編程實踐培養(yǎng)程序思維能力和設計能力，通過項目化的學習實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和創(chuàng)新應用的能力?；谏鲜? 種核心能力的教學目標應該綜合考慮學生的基礎狀態(tài)和職業(yè)要求，所以在具體的教學實施環(huán)節(jié)中應該與學生多交流，采用教學過程分階段、分階梯的模式，需要統(tǒng)籌兼顧各個學生的差異[5]。

OBE 理念教學模式主要是按照“逆向設計、正向實施”的方法，對Python 課程的教學目標、教學內容、教學方法和教學成果評價方案進行相應的改革設計和探索。在Python 課程中實施基于成果導向的教學模式，使學生明確課程教學目標，理解應該達到的能力，從而激發(fā)學習興趣，提高Python 課程的教學質量和學習成效[8]。

2.1 ARCI教學模式的基本理念

在CDIO 理念和OBE 理念的教學模式基礎上的ARCI 教學模式理念有兩個。應用倒逼是指在大數(shù)據(jù)專業(yè)的教學過程中注重應用導向和市場需求，以此為培養(yǎng)目標倒逼教學內容和教學模式的設計，一切教學中心圍繞學生的實際應用需求和專業(yè)發(fā)展來開展，在整個學習周期內逆向構思教學內容，正向實施教學設計的過程。教學融合是指充分考慮專業(yè)的特色，將Python 課程與相關課程展開深入融合教學，通過在課程結構和教學內容方面相互促進，對Python 課程展開全面的梳理。一方面要求教師能夠將Python 數(shù)據(jù)分析等知識串聯(lián)互講，另一方面需要對學生在整個學習周期內進行多方面融合教學。

2.2 ARCI教學模式的核心要點

（1）需求和學情分析。一是根據(jù)高職院校學生的未來職業(yè)發(fā)展要求和市場動態(tài)，將實際需求與Python 課程教學內容比對分析，按培養(yǎng)目標編寫大數(shù)據(jù)人才需求報告；二是需要充分考量學生的基本情況，對于高職學校的學情按照因材施教的原則進行教學，開展針對性的教學。

（2）目標任務分解實施。按照培養(yǎng)目標分解任務，依照應用需求和學情報告，選用合適的Python 教材，同時編寫講義作為補充。將教學任務分解為認知階段基礎知識教學、能力階段技能教學和創(chuàng)新階段項目實戰(zhàn)教學。

（3）教學融合和實踐反饋。開展教學實踐，對教學過程中融合各相關學科知識，并通過教學實踐反饋教學效果。面向大數(shù)據(jù)分析的Python課程相關知識包括統(tǒng)計分析知識、計算機基礎知識和項目實施管理等方面的知識。

2.3 ARCI教學模式的實施過程

ARCI 教學模式的實施主要分為基礎理論教學、實驗實踐教學和項目實戰(zhàn)教學3 階段。具體如下。

（1）基礎理論教學階段。由于Python 課程基礎知識的關鍵作用，在此應做好3 方面的教學工作。一是做好數(shù)學及相關基礎知識的教學工作，高職院校大數(shù)據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)具有大數(shù)據(jù)分析和處理能力的人才，這就需要學生掌握統(tǒng)計分析及計算機等方面的基本知識，如果學生缺少相應的知識，那么將無法完成培養(yǎng)目標。二是做好Python 基本知識技能的教學，根據(jù)選用的教程完成課程知識梳理和準備，切實做好基礎理論教學。三是做好項目實戰(zhàn)的相關知識學習。若要按市場所需培養(yǎng)學生的項目實戰(zhàn)能力，那么在此階段就應包括項目實施和管理的一些基本知識，如項目需求報告和實施方案的編寫、項目流程圖的設計等知識。

（2）實驗教學階段。一切教學成果都要用實踐標準檢驗，著力提高學生的應用意識和實操能力。在實驗教學階段，圍繞培養(yǎng)目標和時間順序開展教學。首先是把握好課堂的實驗教學，教師實時把握學生的學習狀態(tài)和薄弱環(huán)節(jié)，有助于及時調整教學進度等。其次是嚴控課后的自學實驗，學生獨立完成課程實驗實操作業(yè)，要求學生對基本技能重復練習直到熟練掌握。最后是以任務驅動學生形成團隊，共同完成具有綜合性實踐任務，一般這樣的任務在課程一個章節(jié)一次最佳，任務難度需要根據(jù)學生情況進行設置調整，任務難度應具不同難度梯次可供學生自由選擇。

（3）項目實戰(zhàn)教學階段。經(jīng)過對理論和技能實驗的學習，學生已初步掌握程序編程和設計能力，但是學生還缺乏對項目運作的經(jīng)驗和能力。此階段通過學生組隊完成教師設置的項目，這不僅需要設計好項目實施計劃和要求還要求教師全程參與指導。在校企合作背景下更應該讓學生參與實戰(zhàn)項目中，切實參與完成項目任務以提高學生的綜合能力。

圖1 ARCI教學實施過程

2.4 ARCI教學的全面融合

由于大數(shù)據(jù)專業(yè)的學科交叉性和Python 課程的應用廣泛性，需要充分融合各相關學科知識為Python 課程教學服務。

（1）理論知識的融合。教師需要厘清知識體系和脈絡，將統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)挖掘、程序編程等知識進行深入融合，形成有效的教學內容組合。

（2）專業(yè)技能的融合。無論是在課堂技能學習還是頂崗實習階段，教學內容應該充分融合Python 和其他相關技能，全方位提升學生實踐能力。一方面借助企業(yè)工程師為學生開展Python 應用分析，培養(yǎng)學生理實結合的能力，大力實施任務驅動、項目管理的模式，充分發(fā)揮Python 課程核心課程作用，推動從基礎理論到技能的融合。

（3）項目經(jīng)驗的融合。以實戰(zhàn)項目驅動的學習主要是為了完成學生能力提升和角色轉變。這不僅檢驗學生基本技能，同時還展現(xiàn)學生的實際項目操作能力。通過學生自學和研討凝練所學知識、提高創(chuàng)新能力、拓展發(fā)展空間，快速提升學生綜合能力。ARCI 教學融合方法如圖2 所示。

3 ARCI教學模式考評和反饋機制的構建

教學質量反饋是教學的生命線，故須注重每個環(huán)節(jié)的教學效果反饋。ARCI 教學模式的教學考評和反饋機制分為兩步，一是考評辦法，能公平公正地完成學生日常學習成果考核；二是反饋機制，通過考核結果和師生溝通進行反饋，核心是及時掌握學習質量和不足，從而調整教學重難點和策略。

實施課堂考核、項目考核和期末考核為一體的形成性考核體系，更加公平地評價學生的學習效果，并將考核依據(jù)作為企業(yè)選人的重要依據(jù)。針對不同階段的考核結果，教師實施課程進度、重難點、項目難度和團隊匹配等的調節(jié)，具體如圖3 所示。

圖2 ARCI教學融合方法

圖3 考核指標比重和反饋機制

4 結語

基于ARCI 模式的 Python 課程教學改革的多項措施已應用于日常教學，從教學效果及學生反饋來看，課程改革取得了一定成效，其中基于應用導向和課程技能融合的教學挖掘出很多學生的潛力，他們已經(jīng)具備獨立承擔小型項目和參與中型項目的能力。可以看出，基于ARCI的教學模式能更好地達到教學目標，提高學生成績、提升實踐能力，對學生未來專業(yè)發(fā)展有極大的促進作用。