新工科環境下Python程序設計課程教學改革與探索

摘要：隨互聯網+時代的迅速發展，大數據、人工智能、深度學習等新工科產業領域的研究進入了一個熱潮發展時期。本文為適應新工科產業人才的需求，改變傳統工科智能語言基礎課程教學中存在的問題，依托超星學習通等網絡資源平臺來建設課程資源包括教學大綱、授課計劃、課程教學設計等，提出了線上自主學習、線下教學、課程實踐、教學考核為基礎的混合式教學模式等教改措施，以培養學生計算思維、工程化思想，著重培養學生分析問題、解決問題的能力，啟發其創新思維，助力我國經濟轉型升級和社會高質量的發展。

關鍵詞：新工科;Python;程序設計基礎

引言

隨著深度學習、人工智能、大數據等領域的新興產業的迅猛發展，領域人才出現供不應求的現狀，傳統的工科教育早已不再適應新興產業對人才能力培養的需求。為此，教育部于2017年提出新工科教育，各大高校應該加快在新工科方面的建設和發展，優化學科專業結構，發展新興前沿學科專業等。中共中央也在十四五規劃中明確提出加快發展現代產業體系，壯大新一代信息技術來推動大數據、互聯網、人工智能等各大產業的深度融合[1]。作為這些新興產業的基礎課程，智能語言基礎之Python語言在其中扮演著非常重要的角色。而各大高校也在程序設計基礎課程方面的專業建設和教學改革進一步的深入，Python程序設計語言越來越受到關注。

新工科專業下，程序設計語言經歷了從BASIC、Fortran等到Java，C/C++語言的轉變，目前仍有大量的工科專業使用C作為基礎的程序設計語言。但是C語言語法復雜，比其他高級語言較難以掌握，不太適合非計算機專業學生解決復雜工程問題，難以適應新工科建設的要求。而Python語言具有簡潔、易學易讀易懂、便于擴展、可以實現快速開發等優點，此外更為重要的是具有眾多的第三方庫支持，可廣泛應用于各個專業的復雜問題處理，尤其是在大數據分析、機器學習、數據出來、科學計算及人工智能等多個領域。由于Python的各種優勢，非常適合各不同層次不同專業工科學生的學習。Python 程序設計語言也迅速躍居編程語言排行榜前列，成為當下最受歡迎的編程語言之一[2]。

1 Python程序設計課程教學現狀

1.1 教材單一

隨Python語言的迅速成為多領域研究的基礎語言之一，市場上已出現大量相關的教材，有很大一部分教材內容太過簡單，未介紹程序在運行中涉及底層操作的相關知識，也有很大一部分介紹的內容過多。沒有針對無編程基礎的本科生做相應的重點內容調整。因而此問題亟需解決。

1.2 理論與實踐結合不緊密

目前的相關教材主要是針對知識點的介紹，并無相關配套資源可用，雖然可通過實驗進行一定的補救，但是理論與實踐方面結合的仍不緊密。知識的深度和應用型不足，缺少貼近生活及工業應用的具體案例[3]。

1.3 教學資料匱乏

雖然 Python 的應用日益廣泛，但是從教學的角度，可用的學習資料還比較欠缺。比如針對各種考核目標的練習題庫、針對各個專業特點的學習案例、針對不同層次的在線考核試題等，這些都需要較長時間的建設完善。無法將學生所學專業的新工科教育目標融入到程序設計課堂中，因而有必要探索新工科背景下的python程序設計教學新模式[4]。

1.4 教學方式和方法

通過調研發現，目前的教學方式大多以教師講授理論知識，課后上機實驗，理論知識很多需要課后消化理解，上機實驗時，學生模仿教師的操作“依葫蘆畫瓢”，只能參照實驗案例中的代碼機械地敲鍵盤，遇到的實際問題不知從哪里打開突破口，一臉茫然，不能運用所學知識和編程思維去解決問題[5]。

傳統的教學方法是任課教師在理論傳授中，在多媒體教室詳細講解知識點，學生不能實

時動手操作。杜蘭[6]等人將項目驅動運用到Python課程教學中，提出一種以抽簽系統作為一個連貫的實驗項目驅動教學改革，該方法激發了學生學習興趣、提高動手能力、引導學生創新，主要是團隊協調一起完成開發任務，但該方法在實施過程中不能及時有效監測到每個學生的學習情況。

2 新工科環境下的Python程序設計基礎課程改革方案

考慮到 Python 程序設計課程的重要性以及當前存在的問題，結合過往教學和項目經驗分別從教學內容、教改措施（包括線下教學、線上自主學習、實踐教學和教學考核）對現有 Python 程序設計課程進行了一定程度的改進，具體方案如下。

2.1 教學內容

基于 Python 的程序設計基礎課程圍繞程序設計基礎知識：數據類型、程序控制、函數及模塊、文件、Tkinter GUI 編程等展開，重點培養學生的計算思維能力。課程內容與學時分布如表 1 所示。

2.2 教學改革措施

1.混合教學模式

本課程主要采取線上線下混合式教學方法組織教學。線上自主學習依托超星學習通和Python123實踐教學平臺、及中國大學幕課的課程資源開展，線下教學以機房授課、實踐為主。課前，教師在超星學習通發布講授內容相關的課程資源，包括教學大綱、教學計劃、教學課件等教學資料，學生通過線上自主學習完成預習。其中，教材資料可以包括一些學習輔助材料，提供一些相關練習、實驗、項目相關的源碼材料，此外還有一些用于學生考核的測試題庫，項目要求及評價標準等材料，方便學生自我檢測及考核等。課中理論課以機房授課為主，同時課堂實踐任務在機房指導完成。課后學生在學習通完成在線測試作業、實驗以小組分組的形式完成Python程序設計課程的實訓。此外，師生通過學習通或 QQ 群等媒介進行交流討論，可以及時的很好的監測每位學生的學習動態情況。

2.第二課堂

線上線下混合式教學模式的教學過程除了課內教學環節，還設置課外第二課堂活動。課內教學環節中設置的實驗內容包括驗證性、設計性和綜合性實驗項目等，促進學生知行并進。課外第二課堂活動主要針對學有余力、有繼續深入學習興趣或需求的學生，依托廣東白云學院大學生程序設計創新實踐基地，通過有良好積淀的創新創業教育課程、產學合作協同育人項目、大學生創新創業訓練計劃項目、國際大學生程序設計競賽等平臺為其提供第二課堂，實驗內容以綜合性、創新性、多學科交叉性項目為主，鼓勵學生積極參與到活動中[7]。

線上線下混合式教學模式將傳統的“以教師講授為主”模式向“以學生自主學習為主”模式轉變，在預、學、導、議、思、練、結等環節中既能有效發揮教師的引導、啟發和主導作用，同時也可以充分調動學生學習的主動性、積極性和創造性，進而提高學習質量、改善思維習慣，保證教學目標能夠按時按質按量的完成[8-9]。

3.教學考核

由于不同階段具有不同的考核目標，其考核評估方式也不一樣。在平時階段，采用在線考試方式，加上平時成績如課堂表現、課堂實踐任務、作業等作為考核標準。如果允許學生自我學習，也可以淡化平時成績要求;在實驗及測試階段，主要針對需要掌握的內容做設計性實驗和課程設計，檢驗學生的應用能力，讓學生提交實驗報告和課程設計報告及源代碼，及小結測試作為考核目標;在期末考核階段，則需要學生獨立完成在線考試并通過考核。如圖表2所示。

3 教學改革成效

通過廣東白云學院“Python程序設計基礎”這門專業課在混合教學過程中的應用，取得了良好的實施效果。根據超星學習通平臺統計數據，學生簽到率達到 97%，每個學生平均在線學習時長提升了30%?；谠诰€實訓平臺，學生可以進行大量的編程實踐，從而使學生具備新工科環境下新興領域所需的知識結構、能力和素質。通過問卷調查發現，學生對課程整體滿意度達到95%?；旌辖虒W設計方案可以為軟件編程相關課程順利實施完整的教學提供參考，也為非計算機專業的實踐類課程在線教學模式改革提供一定的借鑒。

4 結論

計算技術的飛速發展給人們的生活帶來了極大的便利，與此同時也帶來了一定的挑戰。為適應未來社會的發展需要，近些年來國家開始強調人工智能的發展。作為該領域的一門重

要基礎課程，Python程序設計得到了廣泛的關注。但由于這門課程目前還沒有得到充分的發展，因此本文提出通過結合線下教學、線上自主學習、實踐教學、教學考核以實現對學生的綜合能力培養，為國家、為社會培養新工科環境下的高質量人才，助力我國經濟轉型升級和社會高質量的發展。

參考文獻

[1]陳偉，趙雷.Python程序設計課程教學探索[J].電腦知識與技術，2021，17（21）：187-188，217.

[2]顧鴻虹，楊娜，張虹.面向新工科的Python程序設計基礎課程的建設[J].現代計算機，2021（20）：118-121.

[3]陳偉，趙雷.Python程序設計課程教學探索[J].電腦知識與技術，2021，17（21）：187-188+217.

[4]易發勝，李立，趙麗琴.新工科背景下Python程序設計課程教學方法研究[J].計算機教育，2021（07）：148-151+156.

[5]冀全朋，嚴海升.Python程序設計課程教學改革與實踐——基于項目教學模式[J].西南師范大學學報（自然科學版），2021，46（11）：90-95.

[6]杜蘭，陳琳琳，劉紅英，等.項目驅動的 Python課程教學研究[j].軟件導刊，2020，19（11）：268-271.

[7]王雪，姜學鋒，劉君瑞，魏英，周果清，張秀偉.線上線下混合式教學模式在C語言程序設計實驗教學中的應用[J].計算機教育，2021（11）：152-156.

[8]李倩倩，張隆基，武利，等.基于成果導向的混合式教學質量提升策略研究[C]// 第十七屆沈陽科學學術年會論文集.沈陽：沈陽市科學技術協會，2020：2.

[9]張要軍，呂夢倩.一流學科建設背景下線上線下混合式金課建設的探索與思考[J].教育現代化，2020（7）：125-127，135.

作者簡介：孫雪巖，講師，碩士，主要從事教育教學改革、網絡安全態勢感知、態勢評估的研究。