應(yīng)用型本科院校非計算機(jī)專業(yè)Python程序設(shè)計課程教學(xué)模式研究

李俊芳

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在社會不斷發(fā)展下，更加注重應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，這對本科院校教學(xué)提出了新的要求。而對非計算機(jī)專業(yè)開設(shè)的Python程序設(shè)計課程，主要目的是培養(yǎng)復(fù)合型應(yīng)用人才，通過教學(xué)幫助學(xué)生掌握程序設(shè)計的思想和方法，促使學(xué)生養(yǎng)成解決問題的思維習(xí)慣，并能夠運用這種思維解決工程領(lǐng)域的實際問題。主要分析了應(yīng)用型本科院校非計算機(jī)專業(yè)Python程序設(shè)計課程面臨的問題、Python程序設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計以及Python程序設(shè)計課程教學(xué)具體的實施途徑。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 應(yīng)用型本科院校;非計算機(jī)專業(yè);Python程序設(shè)計;教學(xué)模式

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）32-0058-02

目前，新一代人工智能技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用起來，這也意味著要進(jìn)行再一次的工業(yè)革命，而作為應(yīng)用型本科院校，在這一背景下如何跟上時代腳步，是當(dāng)下眾多高校教育工作者值得探究的問題。在非計算機(jī)專業(yè)開設(shè)Python程序設(shè)計課程，主要是幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)的計算機(jī)知識，具備程序設(shè)計思維和方法，可以用于解決問題。Python作為一種高級腳本語言，其融合了解釋性、編譯性、互動性等語言，受到了人工智能領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。本文主要結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗，對其教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容、方法、模式等相關(guān)問題進(jìn)行了研究和分析。

一、應(yīng)用型本科院校非計算機(jī)專業(yè)Python程序設(shè)計課程面臨的問題

從目前我國高校針對非計算機(jī)專業(yè)開設(shè)的計算機(jī)課程看，大多數(shù)都是以C語言程序設(shè)計課程為主，并且在實際教學(xué)內(nèi)容安排上主要是數(shù)據(jù)類型、內(nèi)存、字符操作等內(nèi)容。但這些內(nèi)容對于非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生而言，學(xué)生并不具備相應(yīng)的計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)相關(guān)知識，同時對專業(yè)的需求性不高，也缺乏正確認(rèn)識，再加上存在諸多學(xué)習(xí)困難，綜合這些情況，C語言程序設(shè)計課程內(nèi)容并不能滿足非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生日后的學(xué)習(xí)需求[1]，所以，本文采用Python語言替代非計算機(jī)專業(yè)的C語言，其原因在于：（1）Python語言代碼簡潔，與C語言相比較，其代碼行數(shù)較為簡短;（2）Python在語法上非常簡單，沒有涉及C語言中的指針、地址等，這樣有助于降低知識難度，提升非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的理解能力;（3）在Python中具有非常豐富的圖形庫、科學(xué)計算庫，在很大程度上可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計的興趣;（4）Python語言中具有強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)庫，在其作用下，可以實現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)爬蟲等，學(xué)習(xí)這些可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)以后專業(yè)可以用到的知識。

但從當(dāng)前實際教學(xué)情況看，仍然存在很多問題。首先，雖然在形式上Python語言成為C語言的替代品，但在實際教學(xué)內(nèi)容中，對應(yīng)的教學(xué)案例卻依然按照C語言形式，依然還是以編程語言為主進(jìn)行教學(xué)，此種形式的教學(xué)并不能發(fā)揮出Python語言自身的優(yōu)勢[2]，可以說課程內(nèi)容嚴(yán)重缺乏創(chuàng)新性。其次，在具體課程教學(xué)內(nèi)容方面，教師并沒有結(jié)合不同的專業(yè)進(jìn)行調(diào)整，所以導(dǎo)致學(xué)生并沒有認(rèn)識到學(xué)習(xí)程序設(shè)計課程的重要性，也片面地認(rèn)為學(xué)習(xí)該課程不會對其專業(yè)的后課程起到積極作用，所以學(xué)生在實際學(xué)習(xí)過程中只為拿到學(xué)分。最后，在教學(xué)模式上，并沒有根據(jù)實際情況對程序設(shè)計語言進(jìn)行調(diào)整，呈現(xiàn)出以教師為主，學(xué)生為輔的教學(xué)現(xiàn)狀，同時，教師在實際教學(xué)過程中多采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，導(dǎo)致學(xué)生難以產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，所以學(xué)習(xí)成效不高。

二、Python程序設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

（一）明確課程目標(biāo)，制定教學(xué)計劃

本著“思維培養(yǎng)、能力培養(yǎng)，服務(wù)專業(yè)”的教學(xué)目標(biāo)，對Python程序設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計。Python程序設(shè)計課程的開展可激發(fā)師生的興趣和創(chuàng)造力，提升教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生喜歡編程、會編程，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力、創(chuàng)新能力和發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。[3]此教學(xué)目標(biāo)的設(shè)立突出了不同專業(yè)的特點以及需求，同時也進(jìn)一步明確了對學(xué)生創(chuàng)新思維能力以及計算機(jī)實際應(yīng)用能力的培養(yǎng)目標(biāo)，制定相應(yīng)的教學(xué)計劃，不斷探索新的教學(xué)模式、教學(xué)方法，從而有效促使學(xué)生將知識進(jìn)行內(nèi)化，使能力得以提升。

（二）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

根據(jù)上述課程目標(biāo)，需要對相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，可以規(guī)劃為基礎(chǔ)、能力、應(yīng)用三部分。其中的基礎(chǔ)部分，包含基礎(chǔ)語法、基本程序結(jié)構(gòu);能力部分則是基本算法、高級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);應(yīng)用部分，主要是在不同專業(yè)需求下，設(shè)計相應(yīng)的應(yīng)用，而后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自身專業(yè)，進(jìn)行程序設(shè)計，以此來提高學(xué)生的知識運用能力。按照此種方式設(shè)計課程，可以幫助教師梳理課程難點、重點，更好地設(shè)計實際教學(xué)內(nèi)容。而這種課程內(nèi)容組織形式還可以幫助非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生理解課程的總體結(jié)構(gòu)，并在由淺入深的過程中逐步提升學(xué)生的計算思維能力和系統(tǒng)能力。對課程中所涉及的語法知識[4]，教師可以在課堂上進(jìn)行簡單講解，而后通過MOOC平臺，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到問題時，可以通過反復(fù)觀看MOOC上的視頻和課件資源。積極有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源，并鼓勵學(xué)生參與線上討論，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改變學(xué)習(xí)模式。

（三）教學(xué)模式設(shè)計

對程序設(shè)計課程而言，需要通過實踐促使學(xué)生對知識的進(jìn)一步掌握，可以充分利用“理論+實踐”的方式實施。教師可以將授課地點安排到機(jī)房，這樣有利于學(xué)生當(dāng)堂進(jìn)行實踐驗證，促使學(xué)生在思維和技能上都得到提高。

在課前導(dǎo)入環(huán)節(jié)中，教師可以利用前導(dǎo)課程RAPTOR可視化程序設(shè)計，激發(fā)學(xué)生的興趣，促進(jìn)學(xué)生計算思維能力提升，可以通過構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂模式，搭建“RAPTOR流程圖+程序設(shè)計”教學(xué)框架、引入實例等方式，開展多元化教學(xué)模式，從而有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生進(jìn)一步自主學(xué)習(xí)。[5]

三、Python程序設(shè)計課程教學(xué)具體實施途徑

（一）構(gòu)建翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂的實施，其目的在于要充分落實“理論教學(xué)融于實踐，實踐貫穿教學(xué)全過程”，為此，本次教學(xué)改革引入了MOOC上開設(shè)的Python程序設(shè)計課程資源，采用先精講導(dǎo)學(xué)，而后引導(dǎo)學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)并進(jìn)行自測的模式，完成理論知識教學(xué)。

首先，需要創(chuàng)建SPOC，在Python程序設(shè)計MOOC課程資源基礎(chǔ)上，建設(shè)校本SPOC，而后結(jié)合課程實際需求，建立學(xué)生學(xué)習(xí)需要用到的資源，并在學(xué)生知識認(rèn)知程度基礎(chǔ)上合理設(shè)置課前引導(dǎo)問題，為學(xué)生課前學(xué)習(xí)設(shè)置方向和問題[6]。

其次，學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)。學(xué)生結(jié)合教師布置的學(xué)習(xí)任務(wù)，借助SPOC資源和“雨課堂”教學(xué)工具開展自主學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)過程中要記錄不理解的問題，并及時反饋給教師，從而讓教師可以掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為后期講解提供參考。

再次，在實際課堂中，教師可以先讓學(xué)生自測，獲取到學(xué)生的答題情況，而后有針對性地開展實際教學(xué)，并且教師要注意，應(yīng)當(dāng)將更多的精力用于啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生分析問題、解決問題中。此外，需要在Python程序設(shè)計中融入理論知識，幫助學(xué)生在課上開展編程實踐，而后教師僅需要講解難點、重點即可，有利于提升教學(xué)效率。

最后，學(xué)生自測，完成SPOC平臺中的基礎(chǔ)編程題目測試，進(jìn)一步鞏固所需理論知識點。

（二）搭建“RAPTOR流程圖+程序設(shè)計”教學(xué)框架

為了讓學(xué)生更好地理解和掌握程序設(shè)計中的難點，可以在簽到課程RAPTOR可視化程序設(shè)計下，結(jié)合Python程序設(shè)計，這樣不僅可以幫助學(xué)生理解Python程序設(shè)計語言結(jié)構(gòu)，還可以訓(xùn)練學(xué)生的思維[7]。

例如，“PM2.5空氣污染指數(shù)分級問題”，學(xué)生難以理解Python的分支嵌套結(jié)構(gòu)。對此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用RAPTOR給出的解決流程圖，而后啟發(fā)其對照之前學(xué)習(xí)過的if-else結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生寫出分支嵌套結(jié)構(gòu)。幫助學(xué)生理解程序設(shè)計的不同方法，促使學(xué)生對其有更加直觀的認(rèn)識。

（三）靈活運用教學(xué)案例

在實際教學(xué)過程中，教師可以引入實例，從而促使學(xué)生從基本問題過渡到綜合問題，進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，發(fā)揮Python的語言優(yōu)勢，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及計算機(jī)思維。對此，教師可以引入圖形化案例，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，要注意案例的趣味性，能夠融合知識點，進(jìn)而實現(xiàn)提高學(xué)生應(yīng)用能力的目標(biāo)。

例如，如何利用Turtle庫繪制等邊三角形，可以先引導(dǎo)學(xué)生使用Python庫以及程序循序結(jié)構(gòu)設(shè)計，而后再講解利用其循環(huán)結(jié)構(gòu)方法簡化代碼行，最后通過等邊三角形旋轉(zhuǎn)，提出高級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)列表的概念。以此為例，促使學(xué)生循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)知識[8]。

四、教學(xué)效果分析

通過對學(xué)生的調(diào)查不難發(fā)現(xiàn)，在Python程序設(shè)計課程中開展多元化教學(xué)模式，促使教與學(xué)的方式都發(fā)生了改變，改變了非計算機(jī)專業(yè)學(xué)生對程序設(shè)計課程的固有認(rèn)識，其中大約有63.86%的學(xué)生認(rèn)為其對提升計算機(jī)思維具有重要幫助。47.72%的學(xué)生愿意開展SPOC課堂翻轉(zhuǎn)，可以幫助到自身學(xué)習(xí)。而對教師而言，也不再是單一的知識傳授者，更是開發(fā)者、引導(dǎo)者以及利用者，對提升教學(xué)質(zhì)量具有重要幫助。

總之，通過本文的研究，希望對應(yīng)用型本科院校非計算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計課程教學(xué)提供幫助，促使其與專業(yè)實踐應(yīng)用更好地結(jié)合，提升教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生的程序設(shè)計實踐能力。

參考文獻(xiàn)：

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◎編輯 馬燕萍