新工科背景下Python課程混合式教學模式的研究＊

張麗英，張 巖，孫玉發

(1.中國石油大學（北京）信息科學與工程學院，北京 昌平 102249；2.石油工業出版社有限公司)

0 引言

新一輪科技革命和產業變革對高校的人才培養提出了新的要求。2017 年以來，我國高等教育部主動謀劃并提出一項持續深化工程教育改革的重大行動計劃——新工科建設[1]。為促進以互聯網和工業智能為核心的新工科專業建設、加快高水平本科教育建設和全面提高人才培養能力，2018 年9 月教育部提出通過教學改革促進學習革命，積極推廣小班式教學、混合式教學，研究探索線上線下相結合的教學模式[2]。Python是當前人工智能時代大數據和人工智能領域的首選程序設計語言，具有良好的生態圈、功能強大，被廣泛應用于各專業、各類復雜的問題解決。因此Python 語言已成為推進新工科建設、實現多學科交叉與融合目標的一門重要課程。隨著雨課堂、Python123平臺和微信等信息化智慧教學平臺的涌現，為“Python”課程的混合式線上線下教學模式探索提供了良好的信息化平臺。

1 混合式教學理念和信息化智慧教學平臺

新工科推行“以學生為中心”的個性化人才培養理念，推進信息技術與工程教育深度融合，強調“互聯網+”環境下工程教育教學方法的創新[3]。正確理解混合式教學思想、依據課程特點、善用合適的信息化教學平臺，設計課程的混合式教學方案是落實“以學生為中心”的個性化創新人才培養的關鍵。

1.1 混合式教學

混合式教學是對傳統教學和網絡化學習反思后進行的一個融合式變革，是將傳統的線下教學和新興的線上教學有機融合形成優勢互補，把學習者的學習由淺到深引向深度學習，實現進一步優化教學的效果[4]。

與傳統教學相比，混合式教學采用“線上”和“線下”相結合展開教學，更側重于學生創新能力的培養，其教學效果表現在促進學生的自主學習和創新能力的培養上；從教學方法而言，“線上”的教學是必備活動，“線下”的教學是基于“線上”的前期學習成果開展的更加深入的教學活動，強調師生之間和學生之間的多元互動；從教學質量而言，混合式教學合理選擇和有效利用資源，改變教師在課堂教學過程中過分使用講授而導致學生學習主動性不高、認知參與度不足、不同學生的學習結果差異過大等問題[4]。

1.2 信息化智慧教學平臺

“雨課堂”[5]是一款基于慕課的智慧化混合式教學工具，可實現微信、PPT和在線優質課程資源的無縫融合。它可以將線上和線下的教學環節有機地銜接起來，便于學生隨時隨地獲取學習資源、自主有效地進行學習。教師使用“雨課堂”發布教學資源，借助其科學化、全景化的可視化教學檢測和數據分析功能，隨時定量化掌握學生的學習情況，微調教學方案。

Python123 平臺[6]提供了Python 在線編程環境、發布問題求解任務、通過設置測試用例實時批改編程作業的功能。學生編寫代碼、提交解答、平臺實時完成評閱。如有測試用例不通過，學生對程序邏輯進行檢查，修改程序，再次提交，平臺會實時評閱代碼并給出測試用例結果。學生即時獲得編程作業的反饋結果，得知編寫代碼的正確與否。Python123 平臺有效地解決了編程作業人工評閱反饋結果延遲的問題，實現了高效即時的學習反饋，讓學生及時從學習中獲取到成就感，激發了學生學習編程的興趣、提高了學生學習編程的熱情。

微信是一款手機通信軟件，支持語音短信、視頻、圖片和文字的發送，同時支持單聊和群聊，是人們日常生活中隨時隨地實現移動溝通的APP。使用微信群可以方便快速地搭建課程學習交流、答疑解惑的信息交流平臺。

2 基于雨課堂、Python123 平臺和微信APP 無縫銜接的混合式教學模式

遵循學習和教學的基本規律和混合式教學的目標，結合“Python”課程的特點，課堂組織形式設計了“課前”、“課中”和“課后”三階段式的混合式教學實施流程。根據教學設計和信息化平臺的功能，在每個階段靈活地組合各個平臺的使用，開展“Python”課程的混合式教學模式探索。

2.1 課前自主學習

該階段使用雨課堂進行，教師在上課前一天通過雨課堂發布課前導讀任務，包括學習本節知識相關的背景知識、基本概念、基本語法等知識講解的視頻、幻燈片和客觀測試題，學生在微信的雨課堂公眾號接收導讀任務，在限定預習的時間節點完成課前自主預習、測試以及反饋疑難知識點。雨課堂可以記錄學生學習情況，包括學習進度、有疑問的知識點幻燈片、測試題目答題情況，這為教師課前掌握學生學習情況、優化課中教學設計和選取授課重難點的講解提供了定量的教學參考依據。

課前自主學習的背景知識是選學內容，學生根據自身儲備的計算機背景知識進行選學。通過課前自主學習讓學生具備較好的知識基礎，然后走進教室，充分保障課堂教學高層次教學目標的順利進行。

2.2 課中知識內化

在課堂階段，學生通過微信掃碼進入雨課堂班級，雨課堂實時統計上課人數，教師授課過程中可使用雨課堂隨機點名功能進行提問。課堂上進行以案例為主的教學過程，將課前收集的疑難點和本節課的知識點貫穿于案例中，搭建知識的應用場景，在解決問題過程中完成知識的深層理解和綜合運用。此外，在機房授課，典型案例講解演示后，在此基礎上提出若干新的子問題讓學生完成，學生在Python123 平臺上浮現案例的基礎上進行思考，在指定的時間內完成子問題的代碼實現。同時，鼓勵學生分組討論，提出新的問題并在課堂上分享、研討。此外，結合雨課堂隨堂考、彈幕等功能設計一些教學環節，帶動學生積極參與課堂教學活動中。

此階段通過雨課堂平臺開展線下教學活動，學生通過雨課堂第一時間獲知各自的學習情況，老師根據統計可視化功能來掌握學生的整體學習情況和個體差異。采用案例帶動知識點的深度理解和內在聯系的構建，同時也培養學生解決問題的綜合能力和提出問題的創新能力。Python123 平臺為學生提供了便捷的在線編程環境，實時反饋編程結果大大調動了學生學習編程的積極性和主動性。

2.3 課后鞏固實時反饋評價

Python 是一門程序設計語言，課后大量的編程練習是學好課程至關重要的環節。通過Python123 平臺發布課后編程兩類任務：課堂知識的鞏固作業和拓展作業。學生根據課前和課堂的學習分析報告，選擇課后編程任務數量。通常，課堂上編程任務完成好的同學選擇部分鞏固作業和全部拓展作業；課堂任務未全部完成的同學選擇全部鞏固作業和部分拓展作業。學生在編程中會出現各種各樣的錯誤，包括語法錯誤、運行時錯誤和邏輯錯誤。由于學生習慣使用微信進行溝通，因此創建了微信課程群，對于語法錯誤和運行時錯誤，通過微信群答疑，可以得到老師和同學們的實時幫助。對于邏輯錯誤，若不進行充分的測試，學生很難發現，Python123 平臺的實時評閱代碼功能根據設定的測試用例結果可以有效地進行程序邏輯功能的測試。作業截至日期過后，學生可以查閱參考答案和解析，強化學習效果。教師也可以通過平臺查閱學生答題情況和統計分析結果，發現學生知識掌握情況和共性問題，為后續教學內容調整提供依據。此外，同伴互相學習也是可取的辦法，鼓勵學生在微信課程群里曬作業，或請同學講解一些題目，給學生提供展現自己的舞臺，營造相互學習的氣氛。

相比傳統教學，三階段的混合式教學模式以數字化形式跟蹤了學生的學習過程，靈活使用雨課堂、Python123 平臺和微信，發揮各個平臺的優勢，實現對學生定量化的多元化過程性評價。

3 混合教學在“Python”課程中的實施效果

為評估該混合式教學模式的教學效果，論文對比了2019 年下學期傳統教學班和2020 年下學期混合式教學班的成績，同時設計了問卷調查。表1 是傳統教學班和混合式教學班期末試卷試題難度系數、結課成績的平均分、最高分、最低分以及優秀率和不及格率的對比結果。

表1 傳統教學和混合式教學模式教學效果對比表

從表1 可以看出，試卷難度系數2020 年下學期比2019 年下學期高0.09，但2020 年混合式教學班的平均分（84.9 分）比2019 年傳統教學班平均分（74.8 分）提高13.5%，優秀率提高了12.2%，最高分提高了4 分，不及格率由4.1%降低為0%。

問卷調查從對混合式學習方式的適用情況、自主學習能力的培養、助力深度學習和創新能力培養方面進行了問卷調查。87%的同學認可混合式教學并認為有助于自主學習能力的培養，78%的學生認為可以幫助自己進入課程的深度學習，75%的學生認為混合式教學有助于創新能力的培養。

從教學效果對比結果和問卷調查結果可以得出，依托雨課堂、Python123 平臺和微信APP 構建的三階段混合式教學模式在提高學生自主學習力、進行課程深入學習和培養學生綜合運用所學知識的創新能力方面是有顯著效果的，也為計算機語言類課程的混合式教學模式提供了有益的借鑒模式。

4 總結

面向新工科的Python 混合式教學圍繞落實“以學生為中心”的人才培養理念和推進信息技術與工程教育深度融合的政策，通過雨課堂、Python123 平臺和微信APP 靈活的組合，構建三階段混合式教學模式，探索“互聯網+”環境下工程教育教學方法的創新實踐，通過實施三階段混合式教學，培養了學生自主學習和積極探索知識的能力，促進了學生參與課堂教學活動的深度。雨課堂和Python123 平臺記錄學生學習的軌跡，提供實時作業測試反饋功能，并提供實時的全景知識掌握的過程性報告功能，滿足了學生個性化學習的需要和教師教學的精準化。微信課程群為學生營造了便捷、移動的學習交流環境和展現自我能力的舞臺。后續會引入以賽促學和產學研項目，加快“Python”課程與實際工程項目的對接，進一步提高學生的工程實踐應用能力和創新能力。