新工科背景下Python程序設計混合教學模式的初探

新工科因新產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟的需要而產(chǎn)生，著力培養(yǎng)實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備核心競爭力的高素質人才。在此背景之下，針對公共計算機基礎課程Python程序設計中存在的不足，開展線上線下深度融合的教學“新”模式，線上創(chuàng)建共享學習資源、設計多層級難易度的語法練習和項目實例，實時獲取學生的互動和反饋，線下注重語法規(guī)則、問題分析、算法設計以及代碼實現(xiàn)等程序設計環(huán)節(jié)的講練?；旌辖虒W“新”模式以學生自主探究為主線，以教師引導為輔線，培養(yǎng)學生計算機邏輯思維、創(chuàng)新思維以及數(shù)字化思維，鍛煉學生解決工程實踐問題的綜合能力。

新工科建設是高等教育面對新一輪科技革命和經(jīng)濟發(fā)展新態(tài)勢做出的主動應對，也是我國為推動科技發(fā)展、產(chǎn)業(yè)變革所作出的積極承諾。針對“新工科”態(tài)勢下的新需求，本課程著手線上課程資源的統(tǒng)一整合，及時、準確獲取學生學習數(shù)據(jù)反饋，探索線上、線下協(xié)調配合的新模式，設計教學過程中各階段知識點的分層練習，滿足學生自我提升的需要，設計一種重視學生參與學習過程的新考核模式，提升學生學習動力，培養(yǎng)學生運用計算機思維解決實際工程問題的能力。

1 本課程簡介與問題

1.1 課程簡介

Python是一個開源語言，擁有大量的庫，可以高效地開發(fā)各種應用程序。其特點是簡單、高級、面向對象、可擴展性、免費開源、可移植性、豐富的庫、可嵌入性。課程任務是以非計算機類學生為教學對象，從程序設計基本概念出發(fā)，由淺入深、循序漸進地講述Python程序設計的基本概念和基本方法。通過學習Python語法基礎等知識，掌握Python在人工智能、數(shù)據(jù)分析等領域的應用，能夠迅速適應未來的工作與學習。

課程目的是使學生學會使用計算機這一現(xiàn)代化科學計算和數(shù)據(jù)處理工具，深入理解用計算機解決問題的基本原理和工作方法，能夠利用計算機解決管理、設計和生產(chǎn)中的實際問題，同時使學生樹立以算法為基礎程序的設計思想。

1.2 課程存在的問題

（1）缺少線上課程管理的統(tǒng)一平臺

線下課程教學主要集中在課堂講練和答疑，教師布置的課前預習任務，無法及時獲取具體的學習數(shù)據(jù)，作業(yè)批改和成績分析也會耗費大量的時間和精力，課程答疑往往集中在某個時間點，無法做到及時高效的回復。教師容易忽略學生課余時間學情的統(tǒng)計與分析，無法全面而具體地了解學生最新的學習動態(tài)。因此，本課程需要建立線上課程，添加課程知識點的作業(yè)庫和試題庫，開展學情的統(tǒng)計與分析，建立不同章節(jié)不同問題的答疑和討論，設立不同環(huán)節(jié)參與情況的考核評價，滿足不同學生能力提升的需要，展開多方位的考核激勵，激發(fā)學生的內驅力。

（2）課程的考核評價體系不夠完善

Python程序設計最終目的是要提升學生用計算機思維解決問題的能力，教學過程中僅將作業(yè)和考勤作為平時成績的考核，很難從根本上激發(fā)學生課程學習的積極性。從課程性質和任務出發(fā)，設計一種“重過程，輕結果”的考核模式，重點考查學生課堂互動和分享，設計優(yōu)秀算法實現(xiàn)項目實踐任務，課后討論區(qū)互動的頻次等多方面的表現(xiàn)，注重學生課程學習的參與度，降低期末考試成績的占比，全方位地激勵學生學習課程的興趣，慢慢地由了解一門課程到熱愛一門課程，再到靈活運用課程解決實際問題，漸進式地學會這門課程知識。

（3）課程缺少實踐動手環(huán)節(jié)

這門課是一門實踐性很強的學科，很多學生反映在課堂上能聽懂例題，能理解語法知識點，可是每當獨自解決某個實際問題時，總是無從下手。原因在于課上能聽懂理論，但是課下并沒有加強動手編程的實踐環(huán)節(jié)。Python程序設計就像一門語言工具，想要靈活運用這類工具，除了要熟悉語法知識規(guī)范以外，還需要養(yǎng)成計算機思維解決問題的習慣，從問題分析到算法設計，再到編碼實現(xiàn)，最好到調試修改全過程的練習，線上課程中添加PBL項目任務，從問題提出到解決，鍛煉每一位學生程序設計的綜合能力，啟發(fā)式地幫助學生掌握Python這門語言工具解決實際問題。

2 “新工科”背景下混合教學的探索與實踐

2.1 教學理念

傳統(tǒng)Python程序設計課程教學，主要以教師課堂講解為主，學生聽課回答為輔，這種典型的一言堂、滿堂灌的教學理念，導致重難點知識的吸收情況無法準確及時地獲取，大多數(shù)學生均處于課上能聽懂，課后理論知識題目也能應付，但碰到實際案例編程題時，卻無從下手的情況。Python程序設計課程的目的并不僅僅是掌握Python程序設計語言的語法規(guī)則，還要具備分析問題、設計算法、靈活運用語法轉化成代碼，最終解決工程實踐問題的能力。傳統(tǒng)教學理念在教學手段和教學方法上均無法跟上社會的發(fā)展，難以應對科技難題提出的挑戰(zhàn)。

改變Python程序設計原有的教學模式，以學生為中心，明確學習目標，設定綜合評價標準，利用線上平臺，設計預習新知和鞏固練習的學習任務，統(tǒng)計學生學習任務和掌握知識的情況，將學習數(shù)據(jù)以可視化的形式展示給學生，起到督促和鼓勵學生的作用。配合多樣化的線上課程，線下課程對重難點知識進行指點與強化練習。針對重難點開展線上討論區(qū)、優(yōu)秀作業(yè)分享以及常見錯誤展示，便于師生互動，加強教師對學生的了解以及方便學生對疑難問題的檢索。在線上線下的教學過程中強調同一個問題不同解法的重要性，盡可能地拓寬學生的解題思路，最大限度地激發(fā)學生自主學習動力，提升學生動手能力，這一點與“新工科”培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力的目標相一致。

2.2 教學模式和考核體系的構建與實踐

依據(jù)“新工科”的人才培養(yǎng)標準，對線下課程內容進行優(yōu)化，添加貼近時代前沿的課程案例，由滿堂灌的授課方式改為線上自學與自練、線下課堂講授以及課堂演示和互動、線下討論鞏固相結合的授課模式，充分體現(xiàn)學生自主學習的主體地位以及教授引導教學的輔助地位。建立線上課程，調整線下課程內容、線上線下課程中穿插習題以及添加其他學習資料，增加重難點知識的視頻資源，便于學生自主學習的需求，添加各章節(jié)題庫和作業(yè)庫，設置章節(jié)討論區(qū)，添加PBL項目任務，提高學生的計算機思維能力和實踐動手能力，形成線上線下相互配合的教學“新”模式，具體見圖1所示。

2.2.1 建立課程資源的線上共享平臺

線上平臺添加豐富的課程資源，如學習課件、常見問題，學習網(wǎng)站以及相關工具等，建立各章節(jié)的題庫、試卷庫、作業(yè)庫，幫助學生進行知識點的練習和鞏固，在題庫中進行基礎知識、計算機等級考試以及競賽知識的分類，以滿足學生專業(yè)學習和發(fā)展的需要，鼓勵學生更加深入和全面地掌握課程知識，從而實現(xiàn)自我提升。

線上平臺添加PBL項目任務，內容、活動、情境和結果構成了PBL教學的四大要素，利用項目任務驅動學生動手解決問題的能力，項目任務設計以學生生活、學習或者社團工作中遇到的真實問題為出發(fā)點，將問題分析、算法設計、編碼、測試維護四個環(huán)節(jié)作為考核指標，實現(xiàn)工程實踐與教學的無縫銜接，項目任務實行教師評價和學生互評機制，提升團隊協(xié)作的能力，用優(yōu)秀團隊任務的經(jīng)驗分享來激勵學生，激發(fā)學生對Python程序設計的學習興趣。

（2）探索線上線下協(xié)調配合的新模式

課前以學生自學為主，利用線上平臺發(fā)布預習任務，配套線上練習，通過學生預習答題的情況，及時調整線下講課進度和內容；課中以教師講授知識點為主線，對重難點問題設計提問互動，圍繞學生回答問題和課上練習的情況，開展線下知識點的指導與點評，引導學生從問題分析、算法設計、編碼實現(xiàn)三步走，多思考不同的算法，多閱讀代碼，多動手編寫代碼；課后以學生自學為主，教師指導答疑為輔，學生可通過QQ群、線上討論區(qū)以及線下答疑等多種方式開展問題探討，重點章節(jié)設置線上PBL項目任務，學生可利用課余時間開展項目任務的編程實踐，線下課程中定期進行師生考評、生生考評，展示優(yōu)秀項目任務的團隊作業(yè)，以提升學生程序設計的激情與能力。

（3）設計全過程的考核評價模式

Python程序設計的原本考核評價模式，由40%的平時成績和60%的期末成績組成，平時成績只包含了作業(yè)和考勤兩個部分，無法逐點逐項地呈現(xiàn)學生參與本課程學習的情況，期末成績的60%占比過高，無法體現(xiàn)程序設計類課程的真實價值。因此，在平時成績的考核中加入線下課堂互動、線上線下課后討論、線上線下作業(yè)分享、各章節(jié)測試以及PBL項目任務等多方面的綜合考評，以一種“重過程，輕結果”的考核方式促進學生學習課程的興趣，提升學生學習的內在動力，養(yǎng)成運用計算機思維解決實際工程問題的習慣。全過程的考核評價表如表1所示。

3 “新工科”背景下線上線下融合教學的成效

線上線下混合的教學模式，在本課程教學中起到了一定的推進作用，首先是教師對學生學習情況有了更加直觀的了解；其次是學生課程的參與度、積極性，甚至知識點的鞏固和練習，也能通過線上課程準確形象地呈現(xiàn)出來。配合線下課程知識點的講授和指導，師生之間點對點的交互，更加有利于學生程序設計理論知識的掌握和實踐能力的提升。表2是學期中的線上課程學習數(shù)據(jù)，統(tǒng)計結果直觀明了。

本課程設置了線下答疑時間，但學生常常因為課程時間沖突或其他事務無法參加線下答疑，QQ或其他方式咨詢也只能做到學生和老師之間多對一的解答，答疑效率很低。有了線上課程的討論區(qū)后，學生可以針對不同章節(jié)的學習疑問開展討論，線上討論區(qū)如圖2所示。線上討論區(qū)會根據(jù)提問的類型和難度給予提問者一定的平時成績加以鼓勵，也會根據(jù)回復者回答問題的全面性和準確性給予一定的平時成績作為獎勵，討論區(qū)也可以解決師生時間和空間上的不足，幫助學生及時、高效地開展答疑活動，幫助學生更加透徹地理解知識點。討論區(qū)的設立和考評機制，一定程度上提升了學生參與課程學習與實踐的熱情。

本課程是一門較靈活的程序設計語言，除了課堂學習和課后練習以外，線上課程中添加了各章節(jié)的作業(yè)進行知識點的鞏固，圖3是這門課程線上幾次作業(yè)的完成情況，從圖中可以看出學生知識點掌握的情況在逐漸變好，雖然優(yōu)秀率不是呈線性遞增，但從中等率和良好率可以看出大部分學生已經(jīng)能夠掌握本課程的大部分知識點，并且作業(yè)的不及格率也基本低于20%，線上線下相融合的教學模式，在課程知識點鞏固上起到了較大的促進作用，每一次作業(yè)都有詳情統(tǒng)計可以看出每一道題目正確率的情況，作業(yè)的詳情統(tǒng)計如圖4所示。教師針對錯誤率較高的題目進行講解，不僅能夠快速定位學生的疑難問題，而且還能提高教師的教學效率。

4 結語

“新工科”背景下線上線下融合的教學“新”模式在本課程教學中起到了較好的教學效果，從學生求知角度出發(fā)，它既能夠滿足不同層級學生學習知識的內在需求，也能提升學生分析問題、設計算法以及動手編程的實踐能力；從教師發(fā)展的角度出發(fā)，它既能夠協(xié)助教師更高效地開展課程教學，提升教師信息教學的能力，也能幫助教師運用信息技術更及時地獲取學生學習的數(shù)據(jù)。當然，在實踐“新工科”線上線下融合教學的過程中也發(fā)現(xiàn)線上線下課程建設上存在的一些不足，比如，目前線上課程缺少重難點知識微視頻、線下課程缺少思政育人的元素與課程知識點的融合、課程相關的專業(yè)競賽和拓展知識相對較少，這些方面都將是本課程后續(xù)建設的改善之處。

本文系全國高等院校計算機基礎教育研究會課題“新工科背景下Python程序設計線上線下深度融合的教學改革與實踐”研究成果，項目編號：2023-AFCEC-189。

（作者單位：東南大學成賢學院）