分層闖關式過程考核評價體系在Python程序設計課程中的應用

黎力超 張 斌 羅志良 張 奕

江西工業工程職業技術學院 江西萍鄉 337000

近年來,Python程序設計課程因上手容易、在領域內廣泛運用,在高等職業院校自動化類、電子信息類、經濟管理類等非計算機專業內廣泛開設。然而,受學情因素的影響,傳統的過程考核模式在當前Python程序設計課程教學過程中存在一些不足亟待優化,例如:學生在后期過程中學習勁頭下降、分數與學生實際能力不匹配等。因而優化課程考核評價方式,是高校教學改革中關鍵要素之一[1]。如何實現激發學生對新知識的學習熱情,科學反映學生對知識點的掌握程度,提升學生學習延伸課程的黏性,是受當前從事Python程序設計課程教育教學工作者們廣泛關注的問題[2-5]。

傳統過程考核評價體系通常采用平時成績與期末成績按比例求和獲得總分,其中平時成績比重較大,分數來源通常包括:課程小論文、視頻觀看進度與次數、課堂出勤、課堂互動表現加分、課后練習等[6]。這種教學方法實現考核形式多元化,解決學生在臨近考試前用死記硬背、刷題等方法通過考試的問題。但是,學生由于基礎不一、時間管理分配能力欠佳以及應對課程任務督學產生厭煩情緒導致學習效果不能保證。針對這些問題,基于網絡游戲設計、企業績效發放模式的啟發,教師開始開展闖關式課程教學模式探索和實踐[7]。例如,在random庫知識點講解中,教師在課堂上從微信隨機發紅包的程序引入,先布置任務,讓學生復現該程序,然后在該程序基礎上延伸,編寫擲骰子案例,最后拓展到設計紙牌游戲思考。這種教學模式保證了課程開展的趣味性、挑戰性,有很好的調節作用,用興趣驅動學習,改變以往單向灌輸知識的做法。因此,可以進一步考慮將闖關式的概念延伸應用到課程考核中,例如文獻[8]針對化工原理課程設計了一種闖關式+螺旋式考核模式,以課后作業考核、單元考核、綜合考核為順序,考核知識點從易到難、層層遞進。但是這種每次采用靈活組卷的考核模式依然存在考核形式單一,學生疲于應付,較難看出學生在具體知識板塊掌握程度、理實一體化程度不高的問題。基于以上啟發,根據Python程序設計課程特性,結合高職教育的學情學策,建立了分層闖關式過程考核評價體系,發現該評價體系考核形式豐富,增強了學生對后續課程的學習黏性,更為直接地表現了學生對知識點的掌握程度,調動了學生的學習積極性,增強了學生完成實際工程應用的能力,滿足不同學生的學習需求。

1 學情分析

Python程序設計課程一般開設在大一學年上學期至大二學年上學期,各專業略有差異,課程學時數在48～96學時不等。課程教學核心是關心計算問題的求解,利用Python語言本身輕量級的語法和高層次的語言表示表達了應用計算機解決問題的計算思維理念。高等職業院校面臨學生生源復雜、基礎認知水平不一、學習積極性差距大的問題,然而,Python語言層次清晰地劃分問題和解決方案,自動化問題求解,是一種最為直觀的表達工具,是面向當前學情的理想選擇[9]。

2 評價體系設計

在計算機基礎課程改革中,是以激勵學生開展自主學習為中心,同時提高學生知識應用水平和良好的職業素養為目標,不但注重老師“教得好”,而且更為注重學生“學得好”,不斷激發學生的學習熱情和個人潛能[10]。但是,由于課程時間跨度較長,課程實訓、課外文化拓展等其他各類活動穿插其中,容易導致學習興趣減退。如果采用2～4周集中教學模式,不利于學生消化知識點,同時較難看出學生在學習過程中成長性的困難,因此設計了這種分層闖關式過程考核評價體系。

分層闖關式過程考核體系是將課程總分拆解成多個層次分項得分的綜合,必須闖過前一層次考核關卡后,才能進入下一層次考核。在Python程序設計課程中,通常考核設為以下四個層次:基礎應用、面向對象程序設計應用、基礎專業應用設計、拔高專業應用設計。以智能機器人技術專業72學時教學設計為例,分層次考核內容和考核方式可以根據下表設計,其中*號表示為選擇任意一個小方向選題進行考核。

考核目標設計表

基礎應用層次教學內容設計主要圍繞Python強大的計算生態展開,貫穿始終的培養目標是“理解運用計算生態,培養計算思維”。從Python庫、Python語法出發,培養使用Python庫集成構建程序的思維[11]。在本層次考核中,為了更好地適應計算機二級考試,提高通過率,建議采用上機考試考核方法,題型與計算機二級考試完全一致,題目難度可根據學生具體學習情況設定,同時設置選擇題必須超過20分的通過條件。

面向對象的程序設計應用層次著重講解如何更好地將Python內置的特性與我們設計的類進行集成,引導同學思考如何優化現有程序,尋找更好的替代方案。本層次主要考查同學在程序中嘗試初始化更加復雜的對象,例如集合和容器。通過特殊函數擴展簡單的類,掌握繼承操作的默認行為,理解重寫與重載的區別,了解在哪種情況下重寫是必須的,以及重寫的必要性。了解默認情況下屬性訪問、特性、修飾符是如何工作的。能夠在程序編寫中調用特殊函數擴展內置容器,然后通過委托方法讓基礎容器可以使用這些封裝。在本層除可采用上機考試或筆試考核外,還可考慮采用案例實踐報告方式考核,由教師提供任務題目、部分程序,同學在此基礎上解讀和分析任務,完善代碼撰寫報告。學生領取的任務可以用合同的形式發布,增加一個合同簽署的教學環節,培養學生的契約意識。在完成案例的過程中,逐步掌握進階型編程方法,強化編程邏輯,減少代碼冗余,為日后快速適應工作崗位打下基礎。

基礎專業應用設計層次中以科學計算與可視化為基礎內容,主要包括numpy、pandas、matplotlib、scipy等第三方庫的使用。監督學習、非監督學習的區別在于數據集是否存在標簽,而半監督學習是部分數據集僅存在標簽。因而方法差異并不影響編寫程序對第三庫的使用,學生選擇一個自身感興趣的小方向考核即可。在后續數據處理與數據分析、人工智能與模式識別課程中繼續完善課程框架,用原理示意圖、步驟解析圖等手段加深對具體概念和所涉及的數學公式理解。如果課時數充足,本層考核建議在案例實踐報告的基礎上增加PPT演示環節,鼓勵學生用生活化的案例理解算法內涵,掌握Python在機器學習領域應用的算法框架,再到具體細化講解scikit-learn庫函數的使用,實現翻轉課堂,提升學生課堂參與度,增強思維碰撞。

拔高專業應用設計層次是針對學有余力的同學,從行業需求出發,為適應學生發展需要所設計的層次。具體考核內容對標人工智能訓練師、服務機器人運維、RoboCup機器人世界杯等相關賽項。該層考核可以用來挑選比賽賽手,減輕備賽工作量,讓比賽為課程賦能。

根據考核形式與考核目標的設計,可以看出考核難度逐級增大,學生可以明確知曉自身認知水平。

3 評價體系在教學過程中的實施和效果評價

3.1 教學過程中的實施

評價體系需要設定如下幾個參數:(1)每個層次的最大考核次數ni;(2)每個層次的分數達標下限llsi;(3)每個層次成績占總成績的比值ri,其中i=1,2,3,4。評價體系實施需要分多步進行,每個層次考核流程圖如下圖所示。

每個層次考核流程圖

以總學時72學時,周學時6學時的課程規劃為例,在完成54學時教學后,可以安排基礎應用層次的第一次測試,考核分數si超過該層次的分數達標下限的同學即算過關,則將本次考核得分si記為100分,總成績S累計得si×ri分,若部分同學未通過基礎應用層次考核,先繼續后續層次課程學習,如果考核次數k

例如,A同學未通過第一個層次考核,則該門課程記不及格;B同學通過了第一個層次考核,卻未通過第二次考核,則s1=100,s2按實際得分乘以權重計算累加和計入總分。

其他層次的考核評價時間可根據教學進程表、學生實際掌握水平等因素綜合評判設定。

3.2 效果評價

對比其他考核評價體系,該評價體系的實施有如下優點。對學生而言,第一,傳統考核評價方法最終獲得的分數,只能大致反映出學習效果的好壞,卻無法得知應該瞄準哪個具體方向提高,明確學習過程中的短板。本評價體系將對課程掌握程度不同的學生從分數上直觀分層。因而方便學生查漏補缺,增強方向感。第二,將小部分應用性較強的后續課程內容納入考核,有利于激起學生興趣,增強學習黏度,可激勵學有余力的學生率先領跑,在群體中發揮示范帶頭作用,幫助更多學生提高個人能力。第三,可以有效照顧學習能力欠佳的學生,避免因考試不通過喪失對整條知識學習縱貫線甚至對整個專業的學習興趣,提升課程通過率。第四,考核內容與Python計算機二級考試大綱基本一致,滿足學生考證需求,提高備考效率,豐富個人簡歷,獲取加分技能,為后續專業學習應用儲備計算機基礎技術知識。對教師而言,第一,針對不同專業、不同類型的學生,可以通過科學制定不同的評價標準、考核方式,或是更改不同層次分數權重,在主體框架不變的情況下與時俱進,教學內容上與時代接軌,因材施教,開展特色教學,同時保證在實現課程成績有良好的區分度下兼顧課程通過率。第二,可以清晰地分析學生認知水平、學習興趣以及優勢能力側重,及時調整后續延伸課程的教學難度、教學內容,減少與學生的磨合時間。第三,縮短賽項培訓周期,例如職業技能大賽中的人工智能訓練師賽項,讓有興趣的同學超前學習,以技能大賽為抓手,以賽促教,以賽促學,課程與賽項融合,讓技能大賽深深植根于整條教學縱貫線課程中。

結語

本文針對當前高職院校學情,提出了分層闖關式過程考核評價體系,該評價體系是在教學過程中將教學內容劃分成四個層次,學生須按順序闖關通過每個層次的考核才能獲得對應分數,該評價體系有利于教師與學生掌握學習情況,明確學習短板,瞄準具體方向,查漏補缺提升能力。同時照顧不同類型學生的學習進程,激發學習興趣,保持課程學習黏性。以技能大賽作為抓手,賽課融合,縮短培訓周期,發揮技能競賽動力機制,完善實踐教學體系。在下一步工作中,將針對過程考核中案例實踐報告、課程設計這兩種考核形式的具體實施,從拓展考核維度等多個方向進行進一步探索。