基于遞進問題導向與案例示范的Python程序設計教學創新研究

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）22-0066-05

Abstract：Toimprovetheweaknessofthetraditional teaching methodforPython Programmingthatmainly focuseson programming languagearchitectureandsyntax，thisarticleexplorestheinovativeteachingofPython：Programmingthrough progresivequestionsorientationandcaseprogrammingdemonstrationinablendedmode.Firstly，onlinecourseswillbuild resourcesintermsofvariousknowledge，basedonprogresivequestionsorientation.Then，studentsaretrainedoflineintheir abilitytosolvecomplexengineeringproblemsandimprovepracticalprogrammingskillsbydemonstratingtheentireprocessof requirementanalysis，algorithmdesign，andalgorithmimplementationforclassiccases.Atthesametime，duringtheprogramming demonstrationprocess，knowledgeisemphasizedusingquestionsorientation.Finalytheknowledgeisstrengthenedthrough drawing the mind map and programming exercises.

Keywords： Python;progressive questions orientation; case demonstration; blended teaching mode; MindMap

面向對象的Python編程語言由荷蘭國家數學和計算機科學研究所的GuidovanRossum于1991年發布，并以其簡潔、高效、優雅的特點、開源及第三方庫支持的優勢，受到廣泛關注，逐漸成為最流行和最受歡迎的編程語言。最近幾年，Python在TIOBE編程語言排行榜位居榜首，各高校普遍開設了Python程序設計及相關課程。因此，關于Python程序設計的教學改革也如雨后春筍。

一 教學研究現狀

首先，為深人貫徹落實習近平總書記關于教育的重要論述和全國教育大會精神，根據《高等學校課程思政建設指導綱要》，將思政元素融人專業課教學中已深入到各高校，有關研究在如火如荼地開展-8]。陳克海、陳紅陽等3-4針對Python程序設計，提出從調整教學自標、教學內容、教學方式和考核方式等方面探索思政建設方案。徐志英圍繞課程思政目標設定、課程思政元素挖掘、課程思政教學實施等方面，探索Python程序設計課程思政元素挖掘與教學實踐。羅夢貞從思政元素融入點、課程團隊建設、教學資源建設、教學形式、教學方法改革、課程評價考核機制構建和課程建設實施等方面探索Python編程技術課程建設方案。王春等從教學團隊建設、思政元素挖掘、教學方法改善、教學案例設計和考核方式轉變五個方面，探討了思政教育與Python語言課程的結合機制與實踐方式，提出相關改進措施。李靜等以Python語言程序設計為研究對象，對其所蘊含的思政教學元素進行挖掘，并圍繞思政育人目標、教學內容和環節、課程教學方法和課程考核方式四個方面，提出課程的思政教學路徑。

其次，得益于線上教學的快速發展，高校普遍開展混合式教學改革[9-14]。李光敏等提出數字賦能下的“一體兩翼兩驅動\"混合式教學設計理念，并介紹通過問題、方法和措施三個方面具體的教學實踐。孫健等[10]基于Python語言自身的特點，從教學內容優化、教學模式和手段創新，教學評價體系構建等方面提出混合式教學改革方案和具體教改過程。呂彩霞等研究以學生為中心的Python程序設計混合式教學的創新實踐思路和創新實踐措施。王吉平等[2通過分析課程教學現狀，基于“雨課堂\"在課程群建設、線上線下混合式教學、案例教學和過程性考核等方面進行探索相應的改進措施。劉喆昕[13提出混合模式下Python基礎編程課程建設方案，包括教學視頻錄制、配套習題設計、其他類型學習資源準備、學習情況整合、教學的交互等。劉哲等4探索基于SPOC課程改革的新思路、新方法，設計了10個包括以史為鑒的三國人物案例、社會熱點問題，以及人才人格培養方面的教學案例，貫穿了整個社會主義核心價值觀。

此外，很多教師基于OBE理念、對分課堂、新工科背景、分組競爭博弈模式、案例化教學和項目化教學等概念進行教學改革研究[15-19]。結合Python語言程序設計的優點與特性，李子奇[提出了工程思維模式下的階段性課程教學方案。張文勝等[以OBE教育理念為導向，通過多元化的教學方式和有彈性的評價方法，探索線上線下混合式教學模式建設方案。黎力超等提出一種由項目發布、組隊、完成項目、路演考核四個部分組成的分組競爭博弈教學模式。張雷等[8從優化課程目標、以教學促進科研、科研反哺教學幾方面探索教學改革實踐，提出“一中心兩互動六途徑”的教學改革總體思路。廖俊國等[19提出通過梳理教學內容和知識點構建知識圖譜，結合專業背景設計應用項目，把知識點的教學貫穿于應用項目的開發的項自驅動式教學改革方法。

二 混合式教學模式

在Python程序設計課程的傳統線下教學中，教師和學生面對面地交流，可以實現更好的課堂管控。但教學過程主要是教師對編程語言體系結構和語法知識地講解，缺少編程思想和算法設計的傳授，導致學生分析解決問題的能力、程序設計與實現的能力弱。線上教學因其形式和內容豐富多樣、不受地域限制、且具有回放功能的特點，給教師和學生帶來了便利。但因為教師無法對學生進行有效的管理，難以實時掌握學生真實的學習效果。因此，本文針對Python程序設計課程，通過把線上教學和傳統教學的優勢結合起來，開展混合式創新教學實施方法改革，以提高教學質量和效果、培養學生的計算思維、創新思維和解決復雜工程問題的能力。

三遞進問題導向和案例示范式創新教學改革（一） 創新教學改革總體思路

線上教學時，教師將教學內容拆解為碎片化知識，以知識點為單位、以遞進問題為導向錄制教學視頻，同時為每個知識點配套豐富的課程資源。線下教學時，通過演示經典案例的問題分析、算法設計、算法實現等流程，手把手示范如何解決工程問題。同時在演示算法實現（編寫程序）的過程中，以問題為導向強化教學內容知識點及注意事項。課后，學生通過繪制思維導圖將各知識點串連內化，并通過富含思政元素的編程練習強化知識和能力，學以致用。

（二）創新教學改革實施路徑

1課前（線上教學）

線上學習占用的是學生的課余時間，因此，線上教學資源的建設非常重要。首先，程序是對現實世界的實現，因此，通過挖掘生活中通俗易懂的例子來類比程序設計中的抽象概念、并發布思考問題進行導課，不僅讓學生容易理解，而且能夠提高學生的學習興趣。表1總結了一些生活中通俗易懂的且適合類比程序設計抽象概念的例子。

其次，將教學內容拆解為碎片化知識，以知識點為單位、以遞進問題為導向錄制簡短易懂的課程視頻。視頻中示范編程時，采用簡潔易模仿的程序代碼，配套簡明扼要的知識點講義、階段學習目標和小結等學習資料。為了讓學生對知識點印象深刻、理解也更加透徹，盡可能多地將現實生活程序化；并盡可能地在不同的知識點引入同一案例。表2一表5展示了以遞進問題為導向，把字符串拼接知識點錄制教學視頻的教學設計，其中教學設計中的數字表示教學實施的順序，演示代碼的編寫順序以顏色和教學設計對應。表2從字符串字面量之間的拼接，引出字面量與變量之間的拼接，并通過總結 + 拼接字符串的缺點，引出表3用 % 拼接字符串。進而，表4使用 %s 完成字符串和數字的拼接，并通過提問 %s 的局限性，引出表5中的字符串快速格式化。

再次，凝練實操所必備的Python背記手冊，方便學生查閱。

最后，配套知識點相關的測驗、討論，對學生的線上預習效果進行考核。測驗不僅是考核的一部分，也方便教師判斷學生對知識點掌握情況，以針對性的進行線下教學。

2課中（線下教學）

教學目的不僅僅是學生對所學基礎語法和概念的學以致用，更是培養學生將工程問題轉化為具體的計算機問題的工程思維和能力。解決問題意味著能夠提出問題，創造性地思考解決方案，并清晰準確地表達解決方案。在線下授課過程中，教師把教學的重點放在手把手地示范案例的需求分析、算法設計、測試與調試、優化和重構，使學生能夠更清晰地理解問題的解決思路和步驟，避免在程序設計過程中因思路不清晰而感到困惑和迷茫。在需求分析和編程的示范過程中，以遞進問題為導向將零碎的知識點貫穿起來反復強化。同時盡可能地使用不同知識點去實現同一個案例，逐漸完善，層層深人。最終，通過項目編程實踐，強化基礎知識、計算思維能力、創新思維和問題解決能力。表6是線下課堂關于Vigenere密碼案例的教學實施方法的教學設計。

案例示范式教學方式即“現分析、現編程、現調試、現引導、現總結”的進行模式，有很多不可控的因素，對教師的應急能力及備課程度均有很大要求。為使課程效果最優化，鼓勵學生攜帶筆記本電腦來聽課。所謂\"熟讀唐詩三百首，不會作詩也會吟”，在教師潛移默化的示范演示下，學生自然而然能夠舉一反三、熟能生巧了。就像嬰幼兒在語言的環境中，每天接收到大量的語言信息后，慢慢地形成自己的語言系統，自動開始輸出一樣；不需要先學完語言體系結構、語法規則，才會使用語言。

3課后（線上/線下）

課后作業主要包括繪制思維導圖、程序設計練習和項目實踐。首先，讓學生梳理章節知識點，并繪制思維導圖，以強化知識點的掌握程度。其次，選取能富含思政元素、夠激發學生的學習興趣和探索欲望、使學生愿意主動參與的案例進行程序設計。最后，項目實踐要求學生根據需求設計算法、編寫程序實現算法、制作PPT介紹所完成項目，并進行功能演示等項目路演或展示匯報，撰寫報告總結自己的學習成果和收獲，分享自己的編程經驗和心得。在項目編程實踐中鍛煉學生邏輯思維能力、解決問題的能力，將現實問題轉化為編程問題的能力。

本文探索一些Python程序設計的經典案例，可用于課堂案例演示或者程序設計練習，包括猜數字（單詞）游戲、石頭剪刀布游戲、圖靈機內存的有限部分表示、弈論的數學游戲三門問題、將小數表示為分數（ Φ_p/ 、初等元胞自動機、歐拉篩法篩選指定素數、模擬56張牌組的洗牌、K-Means聚類算法、完美平方數三元組、納什平衡、Vigenere密碼、生命游戲、巴比倫算法求平方根、斐波那契數列、漢諾塔、Heap's算法生成全排列、二次方程求解與表示、萊文斯坦距離、驗證“哥德巴赫猜想”俄羅斯方塊游戲、上下文無關文法、敏感詞審查、詞頻統計、文字云生成器、衛星定位、無線通信系統、圖像放大、收縮、旋轉和添加水印等。

（三） 課程思政

首先，挖掘地理、歷史、詩詞、數學、游戲、傳統文化和前沿技術等學科和領域中富含思政元素的案例，做到課程思政與學科知識傳授的完美融合。其次，Python的字符串、列表、元組、集合和字典等數據類型的元素都支持中文，可以將中國元素嵌入到知識點的演示代碼。最后Python語言支持中文變量名，可以全方位把思政元素融人到程序，潤物無聲。此外，為了思政教育效果最優化，編寫富含中國文化元素的教材亦非常重要。

（四） 課程考核與成績評定

Python程序設計的終極目的是提高學生解決實際問題的能力，達到學以致用的教學目標。因此，在教學過程中增加實驗課時的占比和要求有助于提高學生的程序設計能力。對應地，需要增加實驗考核等過程性評價的占比，弱化期末考試的占比。總評成績由實驗成績、筆試成績和平時成績組成。每種考核方式采用百分制進行計分，最后按照考核方式的占比進行加權，進而得到總成績。

總評成績 實驗成績（ 40% ） + 筆試成績 （40%）+ 平時成績（ 20% ）；

實驗成績 實驗預習（ 10% ）+實驗操作 （50%）+ 實驗報告（ 40% ）；

平時成績 Σ=Σ 實踐項目（ 30% ）+程序設計作業0 70% ）。

四 結束語

基于遞進問題導向和經典案例示范式的Python程序設計教學方法，可以幫助學生理解和掌握相關知識以及在實際問題中的應用，強化解決實際問題的能力。下一步工作中，將探索更加多樣化的教學模式，以滿足不同學生的學習需求。尤其將面向留學生繼續優化教學模式，豐富教學案例，完善實踐項目，進一步提升遞進問題導向和案例示范式Python程序設計的教學效果。

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