主體思維導(dǎo)向視角下的Python課程教學(xué)探索

楊帆 丁曉劍 劉禹鋒 劉健

摘? 要： 當(dāng)前Python程序設(shè)計語言課程教學(xué)沒有充分考慮到學(xué)生的需求，因此提出將認(rèn)知啟發(fā)融入構(gòu)成主體思維導(dǎo)向的Python課程教學(xué)方法。該方法在通過利用“學(xué)生主體為中心，教師為輔導(dǎo)”構(gòu)建具有層次導(dǎo)向的教學(xué)環(huán)節(jié)中，形成具有逐次遞進(jìn)的三層教學(xué)環(huán)境機(jī)制;同時在整個教學(xué)模式中，實行一種動態(tài)量化評價考核機(jī)制。教學(xué)實踐表明，該方法能夠有效提升學(xué)生的計算思維能力，以及學(xué)生的自主創(chuàng)新能動性。

關(guān)鍵詞： Python程序設(shè)計; 高等教育; 主體思維; 計算思維; 教學(xué)機(jī)制

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1006-8228（2021）02-74-03

Abstract： The Python programming language course teaching at present does not fully consider the needs of students， a Python course teaching method that integrates cognitive inspiration into the subjective thinking guidance is proposed. The proposed method forms a progressive three-tier teaching environment mechanism in a hierarchical teaching link constructed with the concept of "student subject as the center and teacher as the assistant"; at the same time， a dynamic quantitative evaluation and assessment mechanism is implemented in the entire teaching model. The teaching practice shows that the proposed method can effectively improve students' computational thinking ability and students' initiative of independent innovation.

Key words： Python programming; higher education; subjective thinking; computational thinking; teaching mechanism

0 引言

計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生在進(jìn)行整個課程體系的學(xué)習(xí)過程中，無法避免程序設(shè)計語言的學(xué)習(xí)，而以往的高級語言不僅復(fù)雜同時細(xì)節(jié)知識點較多，給學(xué)生產(chǎn)生了抵制自主學(xué)習(xí)的心里，而無法充分激發(fā)創(chuàng)新分析問題的思維能力[1-2]。為此，Python語言憑借著語法簡單、易掌握，逐漸成為主流程序開發(fā)設(shè)計語言之一;同時，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，利用Python語言開發(fā)了一系列功能強(qiáng)大的類庫，不僅減輕了學(xué)習(xí)者對深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析的學(xué)習(xí)，也提升了學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新能力[3-4]。

本文提出主體思維導(dǎo)向的Python課程教學(xué)方法，對Python語言自身的特點以及結(jié)合授課專業(yè)學(xué)生的特點和學(xué)生的就業(yè)需求等多方位多角度進(jìn)行分析入手，探索研究如何讓學(xué)生快速掌握問題處理的過程和一般方法，培養(yǎng)學(xué)生動手解決問題的意識;學(xué)會利用Python編程思維進(jìn)行相應(yīng)問題的處理;同時學(xué)會解決一些通用問題和學(xué)科專業(yè)融合問題;從而使得學(xué)生在實驗課程教學(xué)過程中，具備持續(xù)的用Python動手解決問題的學(xué)習(xí)創(chuàng)新能力。

1 主體性認(rèn)識導(dǎo)向的Python課題教學(xué)模式

傳統(tǒng)教學(xué)模式不僅教學(xué)方式、方法、內(nèi)容上都極易導(dǎo)致學(xué)生自主能動性缺失，無法實時根據(jù)自我主觀興趣融入課題環(huán)節(jié)，同時傳統(tǒng)課程教學(xué)由于講授時間和課程學(xué)時的限制，對于Python課程而言，很多學(xué)生學(xué)習(xí)到的內(nèi)容只達(dá)到初級水平，無法滿足所有學(xué)生的前期期待效果[5]。翻轉(zhuǎn)課堂相對于傳統(tǒng)課堂教學(xué)而言，不僅使得學(xué)生能夠自主調(diào)整分配學(xué)習(xí)時間節(jié)奏，而且能夠充分調(diào)動學(xué)生主體學(xué)習(xí)創(chuàng)新性和想象力，同時也使得學(xué)生和教師之間的課中互動性更強(qiáng)，加大學(xué)生對課程教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)化作用[6]。而針對Python課程涉及的知識面寬而廣，不同學(xué)生對課程前期期待目標(biāo)不太一致，為此提出了一種主體性認(rèn)知導(dǎo)向的翻轉(zhuǎn)課題教學(xué)模式，核心內(nèi)涵“主體歸類、問題求解、興趣引導(dǎo)、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊協(xié)助、思維風(fēng)暴”。

1.1 問題求解的課程教學(xué)資源構(gòu)建

在線課程融合的主體性認(rèn)知導(dǎo)向的教學(xué)模式，其首要問題即是構(gòu)建課程的教學(xué)資源，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，都具有一種探究預(yù)期目標(biāo)，如果感覺課程教學(xué)內(nèi)容與自己預(yù)期相差較大，則會導(dǎo)致興趣缺少無法實時根據(jù)課程進(jìn)度[7，8]。通過多角度融合的教學(xué)模式，可以讓學(xué)生前期即可根據(jù)自己感興趣的問題進(jìn)行指導(dǎo)性學(xué)習(xí)，當(dāng)前在線教學(xué)資源種類多，為了使得學(xué)生充分合理的利用教學(xué)資源，需結(jié)合學(xué)生個性化學(xué)習(xí)目標(biāo)，充分利用當(dāng)前已有的精品課程，來完善構(gòu)建問題導(dǎo)向的教學(xué)資源。慕課中包含很多Python涉及到各種類別知識點的線上教學(xué)資源，這些教學(xué)資源不僅包含課程的教學(xué)視頻、大綱、講義、單元測試等內(nèi)容，可以將這些資源進(jìn)行類別歸類整合完善，并結(jié)合當(dāng)前實踐應(yīng)用場景，提煉出適合教學(xué)與學(xué)生實踐的教學(xué)案例。這些教學(xué)資源不僅能讓學(xué)生充滿興趣，而且有助于提升學(xué)生計算思維能力和自主學(xué)習(xí)能力。

很多在線課程在前期學(xué)生能很好的融入，而隨著課程難度的加大，學(xué)生理解存在偏差，無法及時跟上課程進(jìn)度，導(dǎo)致積極性下降;通過在構(gòu)建的在線教學(xué)資源過程中，將線下學(xué)生反饋的難點問題作為導(dǎo)向來更新相應(yīng)教學(xué)資源，更新的教學(xué)資源可通過嵌入自錄視頻等各種方式使得學(xué)生自然過渡，解決難點問題。同時在構(gòu)建教學(xué)資源過程中，為了使得學(xué)生能夠發(fā)揮創(chuàng)新能力，需要融入一些有易于提升學(xué)生分析問題能力的案例資源，這些資源不僅可以鞏固當(dāng)前學(xué)習(xí)知識點，還可以回顧前期相關(guān)內(nèi)容。

1.2 多角度多環(huán)節(jié)融合的教學(xué)模式

為了能夠讓主體性期待方向和課程進(jìn)行匹配，使其能夠積極參與課程學(xué)習(xí)，需要有機(jī)融合學(xué)生主體和教師主體之間的內(nèi)聯(lián)性，而這個內(nèi)聯(lián)性可通過主體性認(rèn)知方式有效內(nèi)化。如圖1所示，在整個教學(xué)實施過程中，分為“課前-課中-課后”三個環(huán)節(jié)，這三個環(huán)節(jié)以主體歸類為教學(xué)內(nèi)涵，問題求解為教學(xué)準(zhǔn)則，興趣引導(dǎo)和團(tuán)隊協(xié)助是教學(xué)方法，創(chuàng)新能力和思維風(fēng)暴是教學(xué)目的。結(jié)合翻轉(zhuǎn)課題，能夠合理調(diào)動學(xué)生主體的積極性，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生分析設(shè)計和解決問題能力，加強(qiáng)學(xué)生主動再學(xué)習(xí)能力。

在Python翻轉(zhuǎn)課堂的整個教學(xué)環(huán)節(jié)過程中，前期需要準(zhǔn)備低階的目標(biāo)構(gòu)建教學(xué)資源，主要包含基礎(chǔ)語法知識，該過程是必不可少的，由于學(xué)生在課程學(xué)習(xí)前期，已有大概相對目標(biāo)主體性思維學(xué)習(xí)范疇，為此在該環(huán)節(jié)過程中串插著各個前沿知識，激發(fā)學(xué)生主體性思維意識實時引導(dǎo)，其當(dāng)前所學(xué)知識一直處于目標(biāo)學(xué)習(xí)范疇中。通過學(xué)生主體的期待目標(biāo)進(jìn)行歸類劃分幾個大類別，這些大類別主要根據(jù)Python的應(yīng)用范圍，如：有的學(xué)生主體想著重學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)爬蟲、數(shù)據(jù)可視化等相關(guān)內(nèi)容，那么可以把這些劃分為一個屬于數(shù)據(jù)分析這個大類。再在這個大類中為了充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和實踐性，進(jìn)行小組劃分，從而屬于這個大類的各個小組都能進(jìn)行思維風(fēng)暴，討論相應(yīng)課題。

將各個小組反饋的信息整合匯聚到對應(yīng)的大類中，這些信息即可反饋到課中（線下）來著重講解，并進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)，同時根據(jù)反饋的信息優(yōu)化低階目標(biāo)逐步過渡到高階目標(biāo)，從而逐步提升學(xué)生的計算思維能力。學(xué)生主體通過將疑難問題實時地在課中導(dǎo)出，解決當(dāng)前瓶頸問題，并和當(dāng)前歸屬的類別的各個小組討論交流，演示當(dāng)前進(jìn)展，提升學(xué)生主體的存在感。課后通過整合反思教學(xué)資源，根據(jù)學(xué)生反饋的信息合理安排階段性任務(wù)，同時為了實時調(diào)整課前教學(xué)資源信息，通過線上的教學(xué)工具分析挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)狀況，對教學(xué)方案和教學(xué)資源進(jìn)行及時修改完善，并針對性的設(shè)計相應(yīng)的指導(dǎo)方案。

2 動態(tài)量化評價考核機(jī)制

為了能夠充分考核學(xué)生在整個教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)習(xí)情況，采用一種動態(tài)量化的考核機(jī)制，如表1所示，該方式能夠使得學(xué)生在整個教學(xué)環(huán)節(jié)中邊學(xué)習(xí)、邊進(jìn)行考核，而且在動態(tài)過程量化考核中，考核方式多樣化如對學(xué)生自主性學(xué)習(xí)狀態(tài)、發(fā)散創(chuàng)新性計算思維等都可以納入考核范圍;該方式能夠避免傳統(tǒng)考核方式中單一僵硬化，不能將學(xué)生實時融入到教學(xué)環(huán)節(jié)中。在授課過程中，首先上課環(huán)節(jié)充分利用新型媒體資源，比如通過“雨課堂”在線教學(xué)工具，提前將所要講授的相關(guān)內(nèi)容發(fā)布到各個學(xué)生主體中，可以在課前留出“討論性話題”，有待上課過程中進(jìn)行討論;或者課件中待補(bǔ)充完善知識點，如“序列解包如何應(yīng)用于列表和字典中，以及能否應(yīng)用到函數(shù)參數(shù)傳遞”，讓學(xué)生利用課前時間進(jìn)行自主性思維，挖掘課中沒有教授到的相應(yīng)內(nèi)容。

Python課程教學(xué)重點是計算邏輯思維能力的培養(yǎng)以及團(tuán)隊協(xié)作性、創(chuàng)新性的培養(yǎng)，為此在動態(tài)考核過程中，利用學(xué)生主體性的個人期待目標(biāo)進(jìn)行聚類分組，再在各個大類中進(jìn)行相應(yīng)的隨機(jī)小組分配;對各個小組進(jìn)行導(dǎo)向性課題項目輔導(dǎo)，實時監(jiān)督項目進(jìn)展情況，了解各個小組的學(xué)習(xí)狀況，進(jìn)行動態(tài)時序性考核。根據(jù)學(xué)生主體的學(xué)生狀態(tài)，對每個環(huán)節(jié)合理分配相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，使得整個教學(xué)環(huán)節(jié)都能夠包含動態(tài)時序的考核要素，不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3 結(jié)束語

本文通過將主體性思維方式融入到Python課程教學(xué)環(huán)節(jié)中，利用課題的內(nèi)核“學(xué)生主體為中心，教師為輔導(dǎo)”構(gòu)建具有層次導(dǎo)向的教學(xué)生態(tài)環(huán)境中，形成具有逐次遞進(jìn)的三層教學(xué)環(huán)境機(jī)制，該機(jī)制能夠時刻反饋教學(xué)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題，從而有助于及時調(diào)整教學(xué)方案。將學(xué)生主體的興趣嵌入到教學(xué)生態(tài)環(huán)境中，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，激發(fā)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)助及創(chuàng)新思維能。同時在整個教學(xué)模式中，實行一種動態(tài)量化評價考核機(jī)制，該考核機(jī)制涉及到整個課程教學(xué)生態(tài)環(huán)節(jié)中，充分體現(xiàn)學(xué)生為主導(dǎo)的教學(xué)內(nèi)涵。

通過基于主體思維導(dǎo)向的教學(xué)探索已在實際的Python及數(shù)據(jù)分析課程中逐步展開，教學(xué)實踐表明，該教學(xué)方式不僅有助于學(xué)生Python知識的學(xué)習(xí)，也進(jìn)一步提升了學(xué)生的計算思維能力和自主創(chuàng)新能力。后期，我們繼續(xù)探索Python的多元化教學(xué)創(chuàng)新模式，推動Python課程教學(xué)的研究和發(fā)展，達(dá)到培養(yǎng)新工科環(huán)境下實用創(chuàng)新性人才的目標(biāo)。

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