基于OBE的《Python數(shù)據(jù)分析》教學模式研究

由從哲　邱駿達　范洪輝

關鍵詞：OBE；Python；數(shù)據(jù)分析；混合式教學；課程建設

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）02-0150-03

1 概述

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)的飛速發(fā)展，如何緊跟我國經(jīng)濟社會發(fā)展和創(chuàng)新型國家發(fā)展的需求，培養(yǎng)高素質的人才，是高校建設的重要目標，其中創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)是最關鍵的一環(huán)。創(chuàng)新是一個民族的靈魂，課程教學改革中鼓勵創(chuàng)新也是核心理念。在教學過程中，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和動手能力是一項長期的系統(tǒng)工程。因此，每一位教師在教學中都必須重視對學生創(chuàng)造性思維和實踐能力的培養(yǎng)。未來科技進步和社會發(fā)展的關鍵在于人才，目前，各國各地區(qū)越來越重視對于人才的競爭，特別是富有創(chuàng)新實踐能力的高科技人才[1]，為了社會的高質量可持續(xù)發(fā)展，為社會輸送更多高素質人才是高校的重要任務。如何培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力是一項系統(tǒng)性工程，其核心就在于提高學生的實踐動手能力和科技創(chuàng)新能力。

隨著國家對科技建設的重視，高?！靶鹿た啤苯ㄔO勢在必行[2]。其核心訴求在于改變傳統(tǒng)的教學模式，提高學生創(chuàng)新實踐能力。通過對高校計算機課程教學模式的調研，筆者發(fā)現(xiàn)，目前傳統(tǒng)課堂教學模式仍采用教師講授為主，這種模式下，學生被動接受知識的灌輸，無法對所學內容產生濃厚的興趣。此外，相關課程還會根據(jù)課程特點補充了一些實踐教學，如編程語言和其他課程。教師通常會安排實驗來培養(yǎng)學生的計算機編程技能。這種教學模式教學方法單一，不能滿足學生的多樣化需求。評估方法簡單，已不能適應現(xiàn)代社會對培養(yǎng)計算機特長生的高要求。作為一個實踐性很強的領域，計算機課程的教學需要根據(jù)學科特點進行設計[3]。隨著教育信息化的發(fā)展，產生了越來越多的新型網(wǎng)絡教學平臺，如何更好地使用這些智能化、數(shù)據(jù)化的教學平臺，對傳統(tǒng)的課堂教學模式進行改革，打造混合式教學模式，切實提升教學效率、提高學生培養(yǎng)質量，是擺在高校計算機類課程改革的難題之一。

基于以上分析，結合課程教學實踐，本研究提出了一種適用于計算機課程的基于OBE理念的混合式教學方法。該方法以結果為導向，結合線上和線下教學資源，設計相關的教學活動，以及圍繞課前、課內和課后三個階段的混合課堂教學過程。對于計算機實踐課程，充分利用智能化數(shù)據(jù)化教學平臺和資源，提出了以應用案例為中心的混合實踐教學過程。

2 OBE 理論與創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)

OBE（基于結果的教育）是Spady在1981年提出的一種以結果為導向的教育。OBE是工程教育認證的核心理念之一，又稱作目標導向或者能力導向。它強調以學生為中心，各教學環(huán)節(jié)的核心目標是培養(yǎng)學生的能力。OBE的核心理念是根據(jù)社會發(fā)展對人才的需求和學生的個人能力以及他們希望實現(xiàn)的成就，有針對性地培養(yǎng)學生，以扭轉教學過程的設計。

在基于OBE概念的課程設計中，有必要關注一系列問題，例如，通過課程學習，學生最終的學習效果，學生過程性考核成績，如何對學生進行分析幫扶，如何對學生成果進行驗證評價。為了設計培訓計劃、教學過程等，結果導向教育主張設計逆向原則。這一原則強調以學生為中心，可以避免傳統(tǒng)教學模式中過分強調以教師為主導的各種弊端，強調學生最終能力的達成。近年來，計算機行業(yè)發(fā)展迅速，計算機教育與傳統(tǒng)學科有所不同。如數(shù)學、物理和化學。學校應重視應用型教學，注重培養(yǎng)適應社會需求的技術人才。然而，在實際教學過程中，大多數(shù)教師仍采用傳統(tǒng)的以教師為中心的教學，課程教學仍以課堂教學為基礎，忽視了學生自主學習和探索新知識能力的培養(yǎng)。這種單一的教育模式?jīng)]有結合計算機科學的特點，已經(jīng)不能適應現(xiàn)在社會對應用技術人才的需要了。探索基于OBE理念的新型教學模式，進一步提高計算機科學的教學質量勢在必行。

OBE理念強調以學生為中心，以問題為中心，是基于學生學習結果的逆向教學模式的教學設計和實施。OBE教學理念要求在教學環(huán)節(jié)將理論與實踐相結合，在教學環(huán)節(jié)設置互動活動，增加實踐活動在教學過程中的比例，從而提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生的問題解決能力。Python數(shù)據(jù)分析是計算機專業(yè)課程中一門實踐性很強的課程。因此，以培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力為目標，將OBE理念應用于編程類課程教學改革中，是一種有意義的探索和實踐。

3 面向創(chuàng)新人才培養(yǎng)的Python 數(shù)據(jù)分析教學研究

學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)是一項系統(tǒng)性工程，需要學校、教師和學生三方的充分參與與互動。教學實踐活動的安排注重理論與實踐相結合，并充分強調創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。教學內容要充分細化，引入實踐性案例教學。教學方法充分結合網(wǎng)絡教學平臺，豐富課程教學方法。通過教學各環(huán)節(jié)的優(yōu)化設置，充分鍛煉提高學生的實踐創(chuàng)新能力[4]。

3.1 科學設置課程目標

應用型高校計算機類專業(yè)學生主要培養(yǎng)目標為培養(yǎng)應用技術型專業(yè)人才。根據(jù)當前人工智能、大數(shù)據(jù)的發(fā)展狀況和經(jīng)濟社會發(fā)展的需要，對于Python數(shù)據(jù)分析的課程目標要進行充分調研，科學設置[5]。除了學習基礎理論知識外，學生還可以多參加編程競賽或科研項目。通過競賽或研究項目，把理論知識和實際操作很好地結合起來。通過這種模式的教學實踐，既可以加深學生對理論知識理解的深度，又可以快速提高學生解決具體實際項目的實踐能動手力，從而充分增強學生未來發(fā)展的綜合競爭力。

在OBE理念的指導下，將與OBE理念相結合的知識模塊重構為教學目標的核心，并設計了覆蓋知識系統(tǒng)的教學驅動項目，項目貫穿了Python數(shù)據(jù)分析教程的各個知識點。實現(xiàn)課程目標、學生目標和教學目標的統(tǒng)一。

3.2 創(chuàng)新教學方法

目前，各高校計算機類課程傳統(tǒng)的教學方法缺少對學生解決實際問題能力的培養(yǎng)，更多地關注于各種理論知識的灌輸。這種模式較為枯燥，無法真正激發(fā)學生學習的動力，更無法達成最終的創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)目標。目前，程序設計類課程學生的學習積極性不高，主要原因就是沒有激發(fā)學生的編程興趣。在課程內容的設置上需要安排一些趣味性的編程問題，從而促使學生產生興趣，產生好奇心，從而使學生主動地進行編程實踐。在教學實踐過程中，教師也要更多地鼓勵學生進行更多的嘗試，保護學生豐富的想象力，這樣，學生就對自己遇到的實踐問題有了強烈的積極性和主動性，把教師強制要求完成的某項任務轉變?yōu)槲襾硗瓿伞⑽蚁胪瓿?、我能完成。這不僅提高了學生的學習主動性，也拓展了學生的思維和創(chuàng)新能力。因此，Python數(shù)據(jù)分析課程的教學方式一定要以學生的參與為主。調動學習自主性和學習興趣，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識[6]。

3.3 豐富教學模式

傳統(tǒng)教學模式以教師為主導，強調教師知識的灌輸，忽略了以學生為中心的工程教育理念，同時，各教學環(huán)節(jié)中缺乏學生的充分參與，也無法保證最終的教學質量和學生學校效果，無法達成最終的教學目標。因此，在實際教學過程中，要充分結合各種教學工具，豐富教學模式，如采用翻轉課堂、微課堂、基于MOOC 的學習空間等多種教學模式[7]，通過信息化智能化教學模式的引入，提高學生的學習興趣，充分參與到各教學環(huán)節(jié)，提高學生的創(chuàng)新實踐能力。

突出實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，大幅提高實踐課程和課時的比例，增加案例教學和項目實踐的內容。信息技術創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)不僅需要扎實系統(tǒng)的理論知識，還需要積極的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維、工程背景知識以及分析和解決問題的能力。幫助學生在各種類型的實驗中掌握專業(yè)發(fā)展的綜合技能，提高學生的工程實踐能力；鼓勵學生探索創(chuàng)新，進行創(chuàng)新性實驗設計，充分發(fā)揮個人潛能，提高創(chuàng)新能力；鼓勵學生通過討論和展示，互相幫助，提高溝通合作能力。

3.4 及時更新知識點

計算機行業(yè)發(fā)展迅速，技術的迭代更新很快，為了滿足發(fā)展的需要，Python不斷吸收新的理論、方法和框架，而大學教科書的教學內容相對落后，特別是案例項目遠遠跟不上行業(yè)發(fā)展，很可能造成學生剛學完，所學技術和知識已經(jīng)被行業(yè)所淘汰。因此，課程教學內容必須緊跟行業(yè)前沿，課程組教師必須深入科研和企業(yè)一線，接受行業(yè)實踐鍛煉。教學過程中，在相關知識點中融入最新技術，縮短課堂與行業(yè)的距離，杜絕企業(yè)開發(fā)技術與高校教學內容脫節(jié)的現(xiàn)象發(fā)生。同時要加強校企合作，將企業(yè)真實項目作為課程教學案例，讓學生在學習過程中真正接觸項目開發(fā)，提高學生實踐創(chuàng)新能力。

4 混合式教學的應用

隨著MOOC平臺、SPOC平臺和微課程等在線教學方法的興起，高等教育教學模式迎來了新一輪的改革。其中，MOOC平臺是一個大型的開放式在線教學平臺。它整合了各種在線數(shù)字資源，形成了豐富的課程資源。它適用于課前準備。它有著廣泛的受眾和龐大的學生群體。另一方面，SPOC平臺是一個小型的私人在線課程，可以與離線課堂相結合，為學生提供定制和個性化的服務。微課關注某一知識或技能點，內容凝練，主題突出，可作為輔助教學的課程資源。這三種教學方法都使用在線教學方法，各有優(yōu)缺點。

本研究以計算機類專業(yè)《Python數(shù)據(jù)分析》課程為例，將線上授課方式與線下傳統(tǒng)課堂教學相結合。圍繞教學環(huán)節(jié)的三個階段——課前、課中和課后，提出了以OBE理念為基礎的混合式教學模式。

4.1 準備階段

在課前準備階段，教師需要根據(jù)課堂內容設計并制定預習任務表，并將其發(fā)布在線上教學資源中；然后，他們需要將相關學習視頻或資源上傳到學習平臺，供學生下載。學生自主學習，是利用老師提供的學習資源。完成準備工作問題，并及時提交給老師復習。在此過程中，應及時進行學習反饋和溝通[8]。

在線下準備階段，學生需要使用課本和其他課外閱讀材料，自己學習課程內容，通過應用程序進行交流和實時提問。通過細化教學內容，這種線上線下的課前準備方法一方面細分為多個知識點，讓學生可以利用空閑時間觀看和學習；另一方面，通過對學生預習情況的實時記錄，教師能對學生預習情況進行測量。從而便于在課堂上有的放矢地進行教學，從而提高課堂的教學效益。

4.2 課堂教學階段

在課堂教學階段，相對于以教師為中心的傳統(tǒng)教學方式，線上線下混合式授課方式有以下改進：（1）在課堂講授中，提供案例教學環(huán)節(jié)；教師將在線發(fā)布課堂案例，學生將在課堂上進行小組討論；課堂提問和討論旨在提高課堂效率；（2）使用在線測驗等輔助教學方法；學生將回答這些問題并將其提交給一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)將自動審查并及時報告結果；這樣對教師掌握學生的學習動態(tài)會有一定的幫助。進一步提高針對性教學；（3）線上線下結合使用，有效提供學習反饋，及時糾正，引導學生學習，事半功倍。

在混合式教學模式下，必須對教學內容進行重組，整合課程的知識點。充分利用項目驅動式教學方法，在傳統(tǒng)課堂教學的基礎上增加了微課、MOOC和在線編程測評等方式。學生主要通過在線MOOC和微型課完成需要記憶的知識。對于需要學生理解和分析的內容，主要在傳統(tǒng)課堂教學中使用BOPPPS模型進行解釋，穿插著翻轉課堂、項目探索、實踐講座、同伴問答、編程實踐和課后復習等，然后使用在線測試平臺進行測試，每次測試內容都有迭代變化，從而回顧和檢查學生的掌握情況。最后，將根據(jù)作業(yè)和測試結果進行統(tǒng)一的在線問答。根據(jù)課程實施情況，由教師或學生牽頭進行討論和講解，一方面促進教與學的相互成長，另一方面也增強了學生的自主學習能力、團隊合作能力，提高了學生的表達能力和計算思維能力。

4.3 復習評價階段

在課后復習階段，還采用了線上和線下相結合的混合復習方法。老師們會提前上傳相關課件、在線教學資源、測試和作業(yè)分析、擴展閱讀資源，這些問題將自動從題庫中提取出來，形成作業(yè)練習。另一方面，教師將課本上的練習安排為線下作業(yè)形式的練習。完成作業(yè)后，老師會手動檢查并回答學生的問題。最后，學生將總結并向老師提供反饋。

教學實施完成后，教師、學生和企業(yè)將從多個角度評價教學效果[9]。教學效果主要基于MOOC、雨課堂等在線平臺，邀請相關課程教師、學習該課程的學生對項目實施情況進行評估，從而實現(xiàn)課程項目實施的多維細粒度分級，進一步優(yōu)化教學過程，培養(yǎng)學生的科學實驗能力、工程設計能力、專業(yè)實踐能力和科研能力。

5 結論

本文提出的基于OBE理念的創(chuàng)新實踐教學模式，在實際講授計算機基礎課程中，對培養(yǎng)學生的實踐能力和解決問題的能力具有重要作用。在這種模式下，教學目標細化，教學主線明確，重點突出學生。實現(xiàn)了學生對基礎知識和專業(yè)技能的掌握，學生自主學習的主動性大大提高。同時也提高了教師的專業(yè)技能還有進一步的提高，這就要求教師成為最好的雙師型教師。從細節(jié)出發(fā)，扎扎實實地完成每個教學環(huán)節(jié)，既能培養(yǎng)學生的動手能力，又能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。還可以幫助他們形成良好的學習和研究習慣，為學生就業(yè)打下堅實的基礎。