智慧學習環境下的教育探究

摘"要：傳統的程序開發課程教學模式已相對固定，如何將學習環境中的各種智能化服務在智能與知識層面無縫協同，構建一個開放互聯的智慧學習環境，已成為智慧教育的重要研究議題。在全國職業院校教學能力大賽的推動下，以16課時的Python程序設計進階部分來進行教學探究，設計了項目教學“游戲沉浸式趣學Python進階”。教學實施以課前導學、課中研學和課后拓學為基本框架，結合多種軟硬件資源，包括云班課、智慧職教等在線資源平臺，平板電腦、Tello無人機和mBot智能小車等智能硬件設備進行開展，有效激發學生的學習興趣和提升智慧課堂的教學效能，從而達成精準的教學目標。

關鍵詞：智慧學習環境；游戲沉浸式；智能硬件設備；“Python程序設計”

中圖分類號：TB"""""文獻標識碼：A""""""doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.05.087

0"引言

智慧學習環境是“互聯網+”時代教育變革的重要依托，是利用云計算、人工智能、虛擬現實、大數據等新一代信息技術手段，結合在線學習的普及和開放資源的共享而構成的學習環境。黃榮懷教授也指出智慧學習環境是智慧教育的三重境界之一，是智慧教育的有效傳遞手段。根據教育部印發的開展智慧教育創新示范，構建智慧學習支持環境的《教育信息化2.0行動計劃》，面對出生于信息時代，時刻接觸網絡、數字產品等的零零后大學生，傳統的課堂教學模式已不再適用，如何設計基于智慧學習環境下的教學模式已迫在眉睫。Python語言作為一種高級的、面向對象的、解釋型的、通用的和開源的語言，深受“碼農”的歡迎，根據最新的世界編程語言排行榜TIOBE顯示，Python編程語言排名第一（市場占比14.83%），并且隨著大數據、人工智能等技術的不斷發展，該編程語言的市場占比份額也在不斷加大。Python程序設計是學校大數據技術、云計算技術與應用、人工智能技術應用等專業的一門專業基礎必修課，是一門操作性強、應用性廣的課程，在計算機類人才培養體系中起著重要作用。通過這門課的學習，可以熟練掌握列表與字典、函數與模塊，從而培養分析問題、設計算法、通過編程解決實際問題的能力，為大數據的數據爬蟲與分析、人工智能的機器學習以及云計算的海量數據存儲打下良好的基礎。

在智慧學習環境的背景下，輔助教學的Tello無人機、mBot智能小車等智能硬件設備也漸漸出現在市場上，游戲沉浸式趣學Python程序設計課程成為可能。據調查，遵循“四適”原則將游戲引入教學能給師生更好的課堂體驗感，提高師生的互動頻率，增強學生的課堂參與度，激發學生的學習興趣，真正做到寓教于樂。

通過對大量有關學習環境、游戲化教學和Python程序開發的文獻進行分析，無論是智慧學習環境，還是游戲化教學的教學實踐應用，都取得較為豐富的研究成果，但將智能硬件應用在Python編程上進行游戲化教學的研究較少。因此，本文在智慧學習的大環境下，利用智能硬件，設計游戲沉浸式趣學Python程序設計進階。通過情境化教學，激發學生的學習興趣，在游戲中掌握Python編程的相關知識，有效提升教學質量。

1"Python程序設計課程教學現狀

Python程序設計課程的教學目標是讓學生掌握扎實的理論知識基礎，并具備較強的實踐能力和一定的創新能力，同時也需要具備團隊合作能力。

在傳統的教學模式中，受教學條件的限制，難以有廣泛的教學資料，學生的學習條件相對有限，且課程本身相對枯燥，其很多案例結果都在控制臺呈現，無法形成良好的視覺沖擊效果，導致學生的學習興趣大大降低，甚至出現一定程度的厭學情形。

隨著信息技術的發展、教學平臺的日益完善，很多老師開始實施混合式教學，利用智慧職教、云班課、e會學、Spoc等學習平臺，將課程資源教學視頻、習題測試等部署到平臺上，通過線上的檢驗結果，在課堂上進行針對性的重難點講解。雖然一定程度上提高了教學效能，但學生的學習成績并沒有顯著提高，班級整體學習氛圍也沒有得到有效改善。具體如圖1所示，是高職院校某學院的2022級Python程序設計考試成績分布圖。

從圖中可以發現各個班級的Python程序設計成績大多分布在中等、良好的階段，優秀的成績相對較少，且分類招生班的成績要弱于普通招生班的成績。成績的分布表明，混合式教學還有待進一步完善。此外，對同一個班級的兩門課程進行分析比較，具體如圖2所示。

從圖中可以看出，智能硬件編程這門課的整體成績要優于Python程序設計，其大部分同學的成績都分布在優秀、良好的范圍內。在課程難易程度相當的條件下，表明這門課更能激發學生學習的興趣，學習氛圍良好。

基于上述成績分布情況，對班級學生進行問卷調查，結合老師的實際教學情況，主要得出以下三個方面原因。

（1）學習自控性較低。

專業學生的高考成績普遍在400分左右，學習能力和學習思維相對較弱，玩心較重，根據問卷調查的結果，班級833%的同學打游戲，只有167%的同學不打游戲。同時對編程學情做了問卷調查，具體如圖3所示。

從圖中，可以得出，958%的同學不會編程或基本不了解編程，只有42%的同學學習過Python。此外，Python程序設計開設于大一上學期，98%的同學都沒有電腦，對老師采用的課前導學，很多同學都沒辦法獨立完成，更多地利用手機去學習課程視頻，學習效果相對較差。

（2）教學模式單一。

課堂上主要還是采用“理論講解+案例講解+例題強化”的教學模式，學生并不能全身心地去思考解決問題，也無法培養學生的組織能力。同時，給出的案例和例題相對簡單，知識點也較為獨立，缺少實際綜合性案例或項目。課程學完后，學生能夠“建”開發環境，“讀”簡單程序，“改”簡單程序，但卻不會“寫”應用程序。

（3）課程內容單調無趣。

課程的核心會編寫代碼，但代碼的運行結果基本都是在編譯器的控制臺輸出，結果單調乏味，學生獲得感不強。結合高職學生的學情分析，為讓編程結果變得生動和立體，設計了游戲沉浸式趣學Python進階，來有效提高教學質量。

2"游戲沉浸式趣學Python進階

2.1"Python進階總體結構

Python程序設計課程分為Python入門、Python進階和Python高級三個階段，共計8個教學單元。基于全國職業院校教學能力大賽，選取了Python進階部分，包括單元5"函數、單元6"類與面向對象和單元7"模塊共計16課時的教學任務。課程主要采用高職高專教材作為主教材、自編活頁式電子講義為輔助教材，自錄視頻上傳至云班課平臺、智慧職教平臺作為信息資源，借助平板電腦、Tello無人機和mBot智能小車等硬件資源，結合豐富的教學手段來促進教學質量的提升。

課程設計本著以學生職業發展為根本、教學策略與學生認知相互統一、理論知識與實踐操作相互運用、教學手段與學情分析相互協調、專業教學與思政教育相互融合，逐步提升學生的理論知識、專業技能和職業素養。其Python進階的總體結構設計如圖4所示。

2.2"Python進階教學實施過程

Python"進階的16課時教學任務分為三部分展開，包括函數—智闖關、類與面向對象—駕小車、模塊—控飛機。具體實施過程依照學校上課的時間部署，每次課2課時，共計8次課的課程分配，其中每2課時的教學實施過程依次按照課前自學、課中研學和課后拓學三個階段進行，具體如圖5所示的函數2課時實施過程（其他14課時教學流程類似）。

2.2.1"課前自學

（1）上傳資源：隨著現代科技的不斷發展，信息化技術正逐漸地改變著人們的認知途徑、思維方式以及學習習慣。因此，慕課、微課、直播等各類在線教學在不同層次的教育領域都得到了廣泛的應用，并且取得了豐碩的成果。為有效提高教學效果，將課程相關知識點的自編活頁式電子講義、多年教學經驗的自錄課程視頻上傳到云班課平臺，讓學生在課前登錄學習，提前掌握基礎知識；

（2）布置任務：教師在云班課平臺發布課前測試題目，學生登錄學完相關知識后進行作答，老師查看完成進度并進行評分，為課中研學奠定基礎，具體如圖6所示。

2.2.2"課中研學

（1）第1課時：對知識點的理解與掌握。首先，對課前自學的完成情況進行點評，并通過分析引入本節課內容；接著，講解知識點中的重難點，并結合學生預習情況進行適當提問；最后，通過在線平臺發布課中任務，指導學生完成代碼的編寫并點評；

（2）第2課時：對知識點的應用與實踐。首先，將班級學生進行合理分組，每組討論并合作完成發布的任務；接著，每組組長選擇代表進行上臺演示，結合Tello無人機和mBot智能小車等硬件，完成任務需求；最后，由老師進行點評，各小組對其他組進行評分，以及小組內進行互評，完成課中任務。

2.2.3"課后拓學

教師在云班課平臺發布課后任務，并督促學生按時獨立完成并提交到云班課平臺，同學可以互相查看，并對完成的任務進行點評。教師對同學的課堂表現以及完成情況進行診斷并反思。

16課時的Python進階完成后，對班級學生做了問卷調查，從調查結果可以看出利用軟硬結合的方式，結合學生學情，設計游戲沉浸式學習Python更受學生歡迎，更能提高學生的專業素養和實踐技能。

3"結束語

高職教育是一種以就業為導向，側重于在一定應用型理論知識指導下進行實踐技能培養的教育類型，重在培養出同學們主動學習和積極探索的意識和能力。通過在Python程序設計課程中引入游戲沉浸式的教學模式，充分利用云班課平臺進行合理組織，保障課前、課中和課后3個階段的線上線下混合教學的開展，實現趣學Python進階的教學目標；通過分組合作的教學模式，提高學生的合作協同能力；結合學生學情，利用軟硬件資源，設計游戲沉浸式的課中教學，有效拉近師生距離，激發學生學習興趣，提高了學生實踐動手能力和創新能力。

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