融入工作過程系統化理念的Python課程應用場景構建

金蘭　陳蘇紅

摘? 要：分析傳統的Python程序設計課程教學存在的不足，提出“工作過程系統化”課程設計理念，重構教學內容，以案例驅動為主線，以問題為導向，將知識融入案例教學中；構建基礎級、理解級和應用級三級Python應用生態，幫助學生理解知識的應用場景；按照知識、任務情景、任務描述和版本迭代四個步驟更新教學方式；采用線上線下混合教學模式，引入互動討論、翻轉課堂等環節激發學生的學習熱情。經實踐證明，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：Python程序設計基礎課程；工作過程系統化；應用生態；任務情景

中圖分類號：TP39；G642.0? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-4706（2023）13-0189-06

Construction of Application Scenarios of Python Course with the Concept of Systematization of Working Process

JIN Lan， CHEN Suhong

（School of Information Science and Engineering， Wuchang Shouyi University， Wuhan? 430064， China）

Abstract： This paper analyzes the shortcomings of the traditional Python programming course teaching， and proposes to introduce the course design concept of “working process systematization”. It reconstructs the teaching content， takes case-driven as the main line， takes the problem as the guidance， and integrates knowledge into case teaching. It builds Python application ecology at basic level， understanding level and application level to help students understand the application scenarios of knowledge. It updates teaching methods according to four steps of knowledge， task situation， task description and version iteration. And it adopts online and offline blending learning mode， introduces interactive discussion and flipped classroom and other parts to stimulate students' enthusiasm for learning. The practice has proved that good teaching effect has been achieved.

Keywords： Python programming basic course; work process systematization; applied ecology; task scenario

0? 引? 言

工作過程系統化是在總結德國工作導向課程的基礎上，根據我國職業教育改革的特點與經驗提出來的一種教育理念。它以學生為中心設計課程，學生在完成工作任務中獲得基本知識與技能，并培養其職業生涯中所需的能力和素養。在我國，工作過程系統化理念已經在高等職業教育中得到了廣泛的應用，但在應用型本科中還沒有得到推廣[1]?！皾M堂灌”的教學模式在很大程度上只教會了學生如何獲得知識而不會應用知識；只教會了學生如何在學校里學習而不會基于工作過程來學習，即工程教育脫離了工程自然，很難形成大學生的工作能力[2]。“工作過程系統化”的課程設計理念以工作任務為線索開發課程，是目前國內比較成熟的課程開發范式。范式強調通過比較學習方式，實現遷移、內化，進而使學生學會思考，發現、分析和解決問題[3]。

Python越來越受到大家的青睞，其已經逐步被工業界廣泛使用，國內外高校也紛紛開設相關課程。Python具有語言簡潔、高效和生態化等特點，可應用其快速構建解決問題的方法[4]。調查分析了行業內在Python程序設計課程做得比較好的典范，例如北京理工大學在該課程中設計了“海龜繪圖”和“人物出場統計”等實用有趣的案例及教學實踐方案，以“理解計算生態和運用計算生態”的理念構建了內容分層的Python課程[5]；武漢理工大學提出通識和專業相融合的教學模式，針對不同專業背景需求設計不同的案例[6]。他們也將Python應用場景融合到案例中，案例也追求實用有趣，構建了Python的應用生態，但缺乏一個系統的、完整的分層設計[7，8]。

另外，隨著在線教學資源的豐富，線上線下混合教學模式變得越發流行。線上線下混合式教學的核心是將線上與線下教學進行有機的融合，一方面通過網絡為學生分享大量的教學視頻和學習素材，學生可以隨時隨地開展線上自主學習，也有利于學生差異化學習；而線下教學則以增強實踐動手能力為核心[9]。

綜上，有針對工作過程系統化的研究，也有針對Python生態的研究，但將工作過程系統化理念與Python生態應用場景相結合進行研究的幾乎沒有，如何很好地將工作過程系統化理念融入Python生態應用場景的構建之中便是本文研究的關鍵。同時，課程組采用線上線下混合教學模式來實施教學，以工作過程系統化理念構建的Python生態應用場景案例講解的視頻、配套課件、在線練習題及其答案等為線上教學資源，同步開展線下課堂講授。

1? 教學改革方案

1.1? 教學理念

傳統以知識傳授的教與學存在弊端，學生的多樣化學習需求得不到滿足，知識傳播的多樣性得不到體現?！端固垢４髮W2025計劃》提出的軸翻轉教育模式的含義是將“先知識后能力”反轉為“先能力后知識”。大學要從以“知識傳授”為主的教育向以“培養學生能力和素養”為中心的教育轉變。

2019年教學團隊制作“案例驅動式Python基礎與應用”慕課課程，并上線超星學銀在線，目前已開設8期。該慕課課程圍繞能力本位，著力架構“以能力聚合知識”的核心理念體系，融入工作過程系統化教學理念，重構教學內容、構建應用生態、更新教學設計、改進評價方式，探索教育范式的轉型。

1.2? 教學內容重構

“案例驅動式Python基礎與應用”課程前期對證券、銀行、科技、教育和外包五家公司和企業進行調研和走訪，了解公司和企業對于Python相關人才的需求，為課程案例的設計和建設提供了較好的方向性和指導性意義，避免課程案例內容與社會需求脫節的弊端。課程重構教學內容，引入工作過程系統化理念，為每個章節設計一個層層遞進、版本迭代的趣味性案例。案例在設計的過程中，將思政元素無痕融入，引導學生樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀。章節教學以案例為主線，問題為導向，圍繞案例所需的知識點，先速講基礎知識，再將案例模塊化分解講授，接著反補知識夯實技能，最終實現模塊化知識體系和應用場景的構建。

課程總共設計了10個案例，涵蓋基礎級、理解級和應用級三級生態，包含的知識點為：Python基礎知識、控制結構、字符串及其方法、函數、組合數據類型、類和對象、tutle庫、pygame庫、數據分析與可視化、Python網絡爬蟲。生態-案例-知識點的對應關系如表1所示。

1.3? 教學設計

1.3.1? 總體思路

教學設計上先給出案例任務描述，提出問題，列出所需知識點。課程中的10個案例均按照如下4個步驟完成設計：

1）列出案例所需的知識點。

2）基于學習情境的任務，以任務驅動的方式將知識點拆解為多個版本。每一個版本的案例都是一個學習情景，都完成一個獨立的任務。隨著學習情景版本的迭代，教學的內容趨于復雜，對學生能力的要求也越來越高。

3）對每一個版本的學習情境，先描述任務是什么，然后介紹要完成這個任務需要的知識點，接著用Python代碼來實現，最后給出測試數據和運行的結果。

4）隨著版本的推進，后一個版本在前一個版本所學知識的基礎上，又融入新的知識點，又解決一個新的問題。直到最后一個版本的完成，所有案例涉及的知識點全部涵蓋進去，并各自解決了各個獨立的任務。以工作過程任務為導向，情景式引導學生探索問題，既提高了學生的學習興趣，又層層遞進地解決了具體的問題，形成了一個個完整的應用場景，將知識較好地融入了應用中。

1.3.2? 以“居民身份證案例”為例

“居民身份證”案例先給出案例任務描述并提出問題，再給出知識點。

居民身份證是每位居民的唯一身份標識，18位的居民身份證號的信息包含省、市、區、出生日期、派出所、性別和校驗碼等信息。身份證號的倒數第二位為性別信息，其中奇數為男性、偶數為女性。例如，某居民的身份證號為：420111199808120045，各位對應的信息如表2所示。

本案例要解決3個問題：

問題1：如何提取身份證中的出生日期和性別信息。

問題2：如何實現對身份證上的出生日期信息進行遮蓋。

問題3：如何實現格式化輸出多位居民的身份證信息。

1.3.2.1? 知識點

知識點內容有：

1）字符串的索引與切片。

2）字符串的方法。

3）字符串的格式化輸出。

1.3.2.2? 基于學習情景的任務驅動式知識點拆解

“居民身份證”案例的任務與知識點的對應關系如表3所示。將“居民身份證”案例拆解為V1.0、V2.0和V3.0共三個版本。便捷水果店案例的任務與知識點的對應關系如表3所示。每一個版本的案例都是一個學習情景，都完成一個獨立的任務。隨著學習情景版本的迭代，教學的內容趨于復雜，對學生能力的要求也越來越高。

1.3.2.3? 居民身份證V1.0任務和實現

居民身份證V1.0任務和實現的內容有：

1）任務。居民身份證是每位居民的唯一身份標識，18位的居民身份證號的信息包含省、市、出生日期和性別等信息。如何按需提取身份證中的出生日期和性別信息呢？

2）代碼實現。

card = '420111199808120045'

birth = card[6：14] # 出生日期

gender = card[-2]? # 性別

print（"出生日期：" + birth）

if int（gender）%2 == 0：

genderOut = "女"

else：

genderOut = "男"

print（"性別：" + genderOut）

3）運行結果。

出生日期：19980812

性別：女

1.3.2.4? 居民身份證V2.0任務和實現

居民身份證V2.0任務和實現的內容有：

1）任務。任務1：將火車票上會對身份證號的關鍵信息用*替代，實現關鍵信息的遮蓋。實現身份證號上出生日期的遮蓋；任務2：將多個居民身份證號存放到一個字符串中，對該字符串進行分割操作，得到居民身份證號序列，并依次輸出每位居民的出生日期和性別信息；任務3：居民身份證的出生日期信息中年月日之間用“-”間隔輸出。

2）代碼實現和運行結果。居民身份證V2.0的代碼實現和運行結果略。

1.3.2.5? 居民身份證V3.0任務和實現

居民身份證V3.0任務和實現的內容有：

1）任務。將多個居民的身份證信息按照格式化形式輸出。

2）代碼實現和運行結果。居民身份證V3.0的代碼實現和運行結果略。

1.4? 教學實施

1.4.1? 線上教學平臺

“案例驅動式Python基礎與應用”課程使用學銀在線慕課資源、學習通授課。學習通平臺建立了教學視頻、課件、案例代碼、章節測驗、編程題、習題庫、隨堂練習等，如圖1所示。線上教學資源包含了課程的主要內容，訓練學生掌握課程的重點內容。結合教學進度，適時地發布在線學習和課前章節測驗任務，課前章節測驗主要測試上節課學生對知識點的掌握情況。同時，教師可以利用學習通平臺的多種活動形式來完成教學討論，設置學習通活動時，通過給出更多的積分吸引學生來完成互動與討論。

1.4.2? 線下課堂教學

開展與線上同步的線下課堂主要完成重難點內容的講解與學習。在線上學習的基礎上，組織學生進行互動討論，開展翻轉課堂教學等活動，調動學生學習積極性。對于學生不理解的問題，教師進行手把手的操作演練，學生通過自己的鉆研和上機實踐去分析解決問題，激發了學生學習興趣。引導學生掌握正確的學習方法，拓展知識視野，培養學生自主學習的能力。同時在線下教學中將課本知識與實踐活動有機結合，讓學生通過實際工程應用場景去理解理論知識的應用情況，幫助學生架起理論教學與實踐的橋梁[9]。

1.4.3? 線上線下混合教學組織與實施

課程組在課程正式開課前，按照工作過程系統化教學理念設計的教學案例進行了課程主要內容講解的視頻錄制，開發配套在線學習PPT、習題庫、隨堂練習與編程題等，整合課程的所有在線學習資源，為學生搭建自主在線學習的平臺，并在學習通平臺發布各個階段性任務和活動，學生配合完成各個階段性任務，參與各個活動。

學生利用手機或電腦等進行線上學習與互動，構建教學活動的“交互性”和學生的“可參與性”。教師對每節課的重要知識點進行整合講解與鞏固，設置更為具體的討論主題和練習題。具體是，每一次線下課堂一開始，首先檢查學生在線學習完成情況，通過討論和在線的章節測驗進行考核。結合學生的反饋，線下課堂有針對性地對重要知識點再次講解和強化，然后再布置下一次的線上學習任務和相關自測練習題，如此往復并提示學生應完成的各環節的學習任務，如表4所示。

1.4.4? 實施效果

課程教學實踐表明，線上線下混合教學模式能使學生上課注意力高度集中，教師能根據多種形式的提問和課堂活動參與情況判斷學生的學習情況；上課不再是教師的“滿堂灌”，而是學生要獨立思考或和同學進行探討，需要對所學知識進行歸納總結并獲取有用信息；學生還可通過自主學習、共同探究、老師引導及解惑，打破自己的思維定式，在獲得答案的同時往往會產生新的思想及觀點，形成共同學習與探討、敢于挑戰的良好學習氛圍。

1.5? 考核評價方式

“案例驅動式Python基礎與應用”課程總成績由平時成績、上機成績和考試成績加權平均得到，如表5所示。為充分調動學生學習的積極性和主觀能動性，活躍課堂氛圍和提高學生的課堂參與度，課程團隊進一步細化了平時成績的考核，并借助超星學習通輔助教學平臺設置課程的平時成績分項，包括課程視頻、章節測試、討論、簽到和課堂互動五項。通過平臺記錄的數據能夠更加科學合理地跟蹤學生的學習過程，記錄學生的學習成績，同時輔助教師掌握學生對所學知識的內化和吸收程度。

2? 教學改革成效

2.1? 在線課程開放情況

“案例驅動式Python基礎與應用”慕課課程2019年12月上線學銀在線，目前已完整開設8期，累計選課人數7 827人，累計互動次數75 568次，選課學校包括廣東海洋大學、北京信息科技大學、華北水利水電大學、常州工學院、咸陽師范學院、長沙學院、廣東警官學院、華南理工大學廣州學院、武漢商貿職業學院等500余所，2021年7月獲批湖北省一流本科線上課程。

2.2? 學生課程考核成績

以軟件工程21級為例，課程目標總體達成度為0.83，如表6所示，說明整體達到了預期的課程培養目標。學生對于Python語言的基本語法規則掌握良好，具備了良好的計算思維。同時，學生對于數據采集、處理、分析和展示的過程和流程掌握良好，具備了良好的數據思維。

部分學生的平時成績如圖2所示，絕大部分學生都能通過觀看課程視頻、完成章節測驗積極參與課堂討論和課堂互動，獲得較好的平時成績。

2.3? 學生評價

通過問卷調查形式收集學生對于課程的評價和建議，學生普遍反映案例式的課程設計比較感興趣、脈絡結構清晰、符合認知規律、容易上手學習、線上學習+線下案例教學+課堂互動+討論的形式課堂氛圍較好，有較好的參與度等。部分學生的問卷評價如圖3和圖4所示。

2.4? 競賽成績

近年來學院組織計算機科學與技術、軟件工程等專業的學生參加“藍橋杯”程序設計大賽、團隊程序設計天梯賽、CCPC中國大學生程序設計競賽、ICPC國際大學生程序設計競賽等競賽，均取得了較好的成績，榮獲諸多獎項。

3? 結? 論

Python課程的教學設計以工作過程系統化為理念，實際案例為主線，引入任務情景，采用層層遞進、版本迭代的開發方式，構建了Python模塊化結構體系。學生在案例的應用場景中學知識，既能激發學習興趣，又能提升在應用場景分析和解決問題的能力，從而培養學生的綜合應用能力。將該課程教學設計的主要內容錄制成視頻并開發配套的完整的在線教學資源，再通過線上線下混合式教學，取得了較好的教學效果。

參考文獻：

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[9] 安曉光.基于線上線下混合模式的《嵌入式系統原理與應用》的教學改革與實踐 [J].科技風，2022（36）：131-133.

作者簡介：金蘭（1979—），女，漢族，湖北安陸人，副教授，碩士，研究方向：數據分析與處理、軟件工程；陳蘇紅（1983—），女，漢族，江西吉安人，講師，碩士，研究方向：算法設計與分析、數據處理。

收稿日期：2022-12-28

基金項目：湖北省一流本科課程（線上一流課程）（2021SA01）；湖北省教育廳科學研究計劃指導性項目（B2019321）