非計算機專業(yè)Python課程的教學(xué)方法探究

張振 趙轉(zhuǎn)哲 劉永明 徐曼曼

旨在引導(dǎo)學(xué)生主動參與教學(xué)案例方案的設(shè)計，提升學(xué)生的各項能力。結(jié)合改進(jìn)的“案例驅(qū)動式”教學(xué)方法，給出一個Turtle繪圖庫的教學(xué)案例。該方法的實踐運用表明，改進(jìn)的“案例驅(qū)動式”教學(xué)方法明顯提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自主創(chuàng)新能力、課堂參與度和能力素養(yǎng)，也提高了教學(xué)質(zhì)量和效果。

關(guān)鍵詞： 教學(xué)方法;Python課程;案例驅(qū)動;實踐教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）16-0173-02

1 引言

隨著工業(yè)化技術(shù)的發(fā)展，多數(shù)高校工科專業(yè)都開設(shè)程序設(shè)計課程，旨在通過學(xué)習(xí)使學(xué)生理解高級語言程序設(shè)計的思想，體會計算機求解問題的方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生使用計算機解決復(fù)雜問題的能力[1]。多數(shù)高校的非計算機專業(yè)采用C語言程序設(shè)計作為其入門語言，但其是一門理論性極強、學(xué)習(xí)知識點多、內(nèi)容不易于理解的課程，常面臨著課堂枯燥乏味、學(xué)生參與度低、面對實際問題往往無從下手等問題[2]。隨著人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，Python語言因其語法簡單、易掌握、接近自然語言以及存在大量已開發(fā)第三方庫的特點，是當(dāng)前的主流編程語言，已成為人工智能時代的第一開發(fā)語言[3-4]。因此，Python更適合非計算機專業(yè)作為初識程序設(shè)計語言來學(xué)習(xí)，受到了多所高校的青睞[5]。

本文針對我校非計算機專業(yè)在Python語言程序設(shè)計課程教學(xué)過程中所面臨的問題進(jìn)行分析，提出了一種改進(jìn)的“案例驅(qū)動式”教學(xué)方法，并應(yīng)用于該課程的教學(xué)中，該方法旨在提高學(xué)生課堂參與度和學(xué)習(xí)效率，引導(dǎo)學(xué)生建立學(xué)習(xí)自信，培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代計算思維，從而提高教學(xué)質(zhì)量[6]。

2 Python語言課程教學(xué)面臨的問題

新興事物往往難以讓人理解和產(chǎn)生興趣，Python語言亦是如此?；仡櫛拘＝鼉赡耆斯ぶ悄堋C器人工程和智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在Python語言課程的教學(xué)實踐，傳統(tǒng)的教學(xué)方法在Python課程教學(xué)過程中的適用性并不是很強，經(jīng)分析，當(dāng)前課堂教學(xué)面臨的問題如下：

1）多數(shù)授課教師還是按照傳統(tǒng)的授課方法，從基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)類型、控制結(jié)構(gòu)等大量的語法知識進(jìn)行灌輸式的講解，使學(xué)生在學(xué)習(xí)方式上處于完全被動，主動性缺失，課堂參與度低。

2）非計算機專業(yè)的Python課程是由計算機學(xué)院教師進(jìn)行授課，在師生教學(xué)管理和責(zé)任心方面存在較大問題，教師也很難結(jié)合本專業(yè)的實際開展相關(guān)實驗內(nèi)容，多數(shù)實驗內(nèi)容為公共類共性問題，與專業(yè)脫節(jié)，課程學(xué)習(xí)完成后大多學(xué)生只具備初級水平，無法達(dá)到期待的學(xué)習(xí)效果。

3）在能力培養(yǎng)方面，多數(shù)學(xué)生課后在編程練習(xí)上花費的時間太少，對待具體問題的抽象、建模和舉一反三能力較弱，未從計算思維的角度去分析問題，導(dǎo)致學(xué)生使用Python語言解決專業(yè)問題時往往無從下手。

上述問題存在的根本原因是“填鴨式”的教學(xué)導(dǎo)致問題導(dǎo)向不夠明確，學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性未被調(diào)動起來，未以學(xué)生為中心和學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向。

3 教學(xué)方法探究

為解決當(dāng)前Python語言教學(xué)過程中面臨的問題，從本學(xué)期開始，該課程全面由本學(xué)院專業(yè)教師自主授課，較好地避免了師生教學(xué)管理以及教學(xué)責(zé)任心不足的問題。在授課模式和方法上也進(jìn)行了創(chuàng)新，采用改進(jìn)的“案例驅(qū)動式”教學(xué)方法，使學(xué)生明確重“語用”、輕“語法”的學(xué)習(xí)重心，加強了學(xué)生建模和計算思維的能力，明顯地提高學(xué)生課堂參與度。

3.1 改進(jìn)的“案例驅(qū)動式”教學(xué)方法

傳統(tǒng)的“案例驅(qū)動式”教學(xué)方法[7]是將各章節(jié)知識融入一個例題，圍繞例題的擴展即可對本章知識點進(jìn)行講解。需要教師在整個過程中充當(dāng)指導(dǎo)者的角色，完成課前案例方案準(zhǔn)備工作、案例描述、基礎(chǔ)知識介紹、案例分析、案例實現(xiàn)、交流總結(jié)和課后復(fù)習(xí)等工作。一系列的工作需由教師完成。本文針對傳統(tǒng)的“案例驅(qū)動式”教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)，將案例方案準(zhǔn)備、案例描述工作交由學(xué)生自主設(shè)計，教師進(jìn)行指導(dǎo)，交流總結(jié)及課后復(fù)習(xí)由學(xué)生自主討論，旨在提升學(xué)生的教學(xué)參與度與計算思維的能力培養(yǎng)，其實施框架如圖1所示，整個過程弱化了教師作為指導(dǎo)者的角色。

本方法的具體實施可分為以下三個階段：

1）案例設(shè)計。合理的案例方案設(shè)計可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及課堂的參與度，通過學(xué)生分組設(shè)計案例，以學(xué)生視角來創(chuàng)造學(xué)習(xí)情境，參與課程教學(xué)。此階段將班級學(xué)生按照章節(jié)分成15人一組。教師對本章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行介紹后，通過討論、群投票提出各自想法和意見，在教師指導(dǎo)下進(jìn)行專題、內(nèi)容等的設(shè)計。

2）案例實現(xiàn)與分析。首先圍繞案例的專題設(shè)計方案，考慮如何將本章節(jié)知識點融入所提方案;其次，圍繞方案和基本知識點進(jìn)行程序編譯;最后，在課堂中引導(dǎo)學(xué)生對案例所要解決的問題進(jìn)行分解和知識點分析，并驗證所得結(jié)果。本階段也是提高教師水平的重要環(huán)節(jié)，需要針對教學(xué)內(nèi)容、難點進(jìn)行分析，有承上啟下的作用。

3）擴展與復(fù)習(xí)。對單個典型案例進(jìn)行舉一反三的擴展可得到這類通用問題的解決方案，要求學(xué)生討論本類方法在生活中所通用的場景，并掌握該方法的使用。最后，要求學(xué)生通過Python123平臺和實驗課進(jìn)行專題訓(xùn)練，熟練掌握本章節(jié)知識點的用法和內(nèi)容。

本方法在實施過程中，學(xué)生的創(chuàng)新意識、分析解決問題能力、知識學(xué)習(xí)能力、素質(zhì)提升以及以“學(xué)生為主體”的理念被充分融合，得到了較好的體現(xiàn)，也帶來較好的教學(xué)效果。下面以本課程的turtle繪圖庫的教學(xué)案例設(shè)計為例，對本方法的應(yīng)用進(jìn)行簡單闡述。

3.2 Turtle繪圖庫的教學(xué)案例設(shè)計

在Python語言中，Turtle庫的使用是二級考試必考內(nèi)容，也是學(xué)生必須掌握的知識點 [7]。教材中關(guān)于該類庫的介紹只是繪制五角星、太陽花等簡單的線條圖形，以至于學(xué)生覺得無趣。因此，合適的案例設(shè)計應(yīng)具備一定的趣味、靈活和可操作性以便提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

在案例設(shè)計初期由教師告知方案設(shè)計小組學(xué)生turtle庫可以繪制各類圖形，不僅限于課本的簡單線條，需要涉及畫布設(shè)計和畫筆的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、色彩等相關(guān)函數(shù)的使用。要求同學(xué)們能正確使用相關(guān)函數(shù)以及掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的方法和思想。

首先，在案例設(shè)計階段，通過小組討論提出了繪制各類圖形的想法，通過群投票確定了以繪制機器貓圖形作為本節(jié)案例方案。由于完整機器貓繪制程序較長，因此以繪制機器貓頭部創(chuàng)建教學(xué)案例。根據(jù)討論，該方案的設(shè)計內(nèi)容與案例描述如圖2所示。

其次，在案例的分析與實現(xiàn)階段，由教師根據(jù)圖2所示的教學(xué)內(nèi)容編寫相關(guān)繪圖程序并進(jìn)行課堂講解。該部分涉及函數(shù)庫調(diào)用、繪圖坐標(biāo)系的設(shè)置、畫筆控制、形狀繪制以及函數(shù)的封裝等內(nèi)容。經(jīng)分析，該例多數(shù)以繪制圓形為主，因此，引導(dǎo)學(xué)生理解以模塊化的設(shè)計思想完成程圓形程序編寫及調(diào)用，以獲得預(yù)期的結(jié)果。

最后，擴展與復(fù)習(xí)階段，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行舉一反三，了解擴展所學(xué)知識的可用之處，完成Python123平臺相關(guān)練習(xí)題，并根據(jù)自己興趣繪制不少于30行代碼的圖形。再結(jié)合實驗課程的內(nèi)容加強對所學(xué)知識的鞏固，做到學(xué)連結(jié)合、學(xué)以致用。

3.3教學(xué)效果的體現(xiàn)

案例設(shè)計、分析與實現(xiàn)、擴展與復(fù)習(xí)的實施過程，巧妙地將知識點、計算思維、討論、課后環(huán)節(jié)等相互融合，提高了學(xué)生教學(xué)參與度，也把教師從傳統(tǒng)的灌輸式講解引領(lǐng)到“問題引導(dǎo)，學(xué)生主體”的教學(xué)模式。

本學(xué)期的教學(xué)實踐表明，學(xué)生在參與案例方案設(shè)計的過程中表現(xiàn)出較好的主動性和積極性，課堂中也能通過其他學(xué)生對方案的評價獲得成就感，也能激起大家互相評比的心態(tài)。通常學(xué)生對學(xué)習(xí)編程知識比較抵觸，本方法將編程融入問題，引導(dǎo)學(xué)生帶著自己設(shè)計的問題去學(xué)習(xí)新知識、解決問題，能改變學(xué)生“畏難”的學(xué)習(xí)心態(tài)，提升課堂的專注度，學(xué)習(xí)效果也得到了提升。學(xué)生以“主體”高度參與教學(xué)案例方案設(shè)計，有助于提高學(xué)生設(shè)計問題、理解問題、解決問題的能力。舉一反三的討論、課后練習(xí)、實驗課的緊密結(jié)合有助于與解決案例相關(guān)類別的系統(tǒng)問題，提升了學(xué)生編程能力、計算思維的提高。

4 結(jié)論

合理的教學(xué)方法能提高學(xué)生的方方面面，本文通過以“學(xué)生為主，教師為輔”的思想改進(jìn)了“案例驅(qū)動式”教學(xué)方法，并應(yīng)用于課堂。實踐表明，該方法明顯提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、思考問題的能力、課堂參與度和教學(xué)效果?，F(xiàn)階段只是該方法的初步使用，還存在較大的改進(jìn)空間。在后期的教學(xué)改革進(jìn)程中，我們將持續(xù)改進(jìn)，建立本課程的相關(guān)案例庫，推動課程建設(shè)的發(fā)展。

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【通聯(lián)編輯：王力】