文化自信視角下Python 程序設(shè)計語言課程思政教學案例設(shè)計

摘要：文章提出以文化自信為主旨的課程思政教學設(shè)計的基本原則，以Python程序設(shè)計語言課程的Manim模塊應用為例，介紹了基于項目驅(qū)動式教學法在課程思政編程項目中的實施方法，并提供了項目實施流程。文章具體闡述如何將中國傳統(tǒng)文化中的七巧板與現(xiàn)代文化中的冬奧元素相結(jié)合，巧妙串聯(lián)面向?qū)ο缶幊讨R點，利用動畫講解編程邏輯，提升學生綜合實踐能力，深化其對中華文化的認同感和自豪感，實現(xiàn)專業(yè)技能培養(yǎng)與價值引領(lǐng)的雙線育人目標。

關(guān)鍵詞：課程思政；程序設(shè)計；教學案例；Manim

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）32-0142-03 開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID） ：

0 引言

2020 年，教育部印發(fā)《高等學校課程思政建設(shè)指導綱要》，要求全面推進課程的思政建設(shè)，完善專業(yè)培養(yǎng)體系的思政教育，從而最大程度地發(fā)揮課堂教學在思想引領(lǐng)方面的作用，保障人才培養(yǎng)的正確方向與高質(zhì)量[1]。在新工科建設(shè)的背景下，專業(yè)課程不僅是知識傳授和技能培養(yǎng)的重要途徑，更是課程思政建設(shè)的基本載體。特別是以程序設(shè)計為代表的工科課程，其實踐性強的特點為思政教育提供了有力的支撐。因此，探索如何利用此類課程的實踐性優(yōu)勢，將思政價值觀念有效地融入其中，對于提升學生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞墓こ倘瞬牛哂兄匾默F(xiàn)實意義。

1 工科程序設(shè)計類課程開展課程思政現(xiàn)狀

程序設(shè)計語言課程的教學具有編程類課程所共有的典型特征，包括高度的理論性和邏輯性、教學內(nèi)容的枯燥性、單調(diào)性等。這些特點增加了教學難度，同時也為在課堂中有效融入思想政治教育帶來了挑戰(zhàn)。其中面臨的難度包括：

1） 專業(yè)教學目標與思政育人目標的融合難題。由于程序設(shè)計課程本身注重語法規(guī)則和編程邏輯的深入講解，導致在有限的課時內(nèi)難以深入挖掘和拓展思政教育的內(nèi)涵。尤其本課程通常作為大一學生的編程入門課程，學生正處于專業(yè)基礎(chǔ)構(gòu)建初期，對編程知識掌握有限。因此，在確保專業(yè)教學質(zhì)量的同時，將思政教育有機融入課程頗具挑戰(zhàn)，無法輕易達到預期的深度和廣度。

2） 思政素材選擇與學生興趣之間的匹配存在挑戰(zhàn)。一方面，思政素材的廣泛性和多樣性使得選擇過程變得復雜；另一方面，學生的興趣和接受度因個體差異而不同，難以用統(tǒng)一標準來衡量。這導致在實際教學中，即便教師精心挑選了思政素材，學生也可能因為缺乏興趣或理解困難而無法深入體驗和感悟，進而影響思政教育的有效性。

3） 課程思政體驗的深度與持久性欠缺。由于前述兩個方面，學生在程序設(shè)計課程中獲得的思政教育體驗往往較為淺顯，缺乏足夠的深度和持久性。這使得思政教育可能難以真正觸動學生的內(nèi)心，難以激發(fā)他們的情感共鳴和價值認同，從而無法實現(xiàn)預期的育人目標。

針對程序設(shè)計類課程在思政教育融合方面所面臨的挑戰(zhàn)，國內(nèi)學者已開展了廣泛而深入的教學探索。文獻[2]通過知識導入、典型案例、教學方法與教學設(shè)計的多角度切入，將多維的思政元素有機地貫穿于課程教學之中。文獻[3]通過精選課程中9個關(guān)鍵知識點進行課程思政元素的融入，從而全面覆蓋課程所設(shè)定的德育目標。文獻[4]從專業(yè)、職業(yè)、文化、社會、生活五個視角出發(fā)進行思政元素的挖掘，并采用分級教學策略以滿足學生的個性化需求。文獻[5]基于OBE理念進行課程思政建設(shè)，通過對畢業(yè)指標、課程目標與考核環(huán)節(jié)的精確劃分和權(quán)重分配，驗證了思政教育的達成度。文獻[6]以石油化工專業(yè)為例，將本專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)容與課程思政元素相結(jié)合進行教學設(shè)計，引導學生從個人、企業(yè)及國家層面深入探討案例中的思政內(nèi)涵，為程序設(shè)計類課程的思政教育提供了有益的借鑒和啟示。

盡管上述方法在一定程度上提升了程序設(shè)計課程的教學效果，但在思政教育融合方面仍存在不足之處。由于程序設(shè)計課程與思想政治主題之間往往存在一定偏差，過分追求將所有思政元素融入課程中可能會犧牲思政體驗的深度。此外，以挖掘思政元素為主的教學方法若僅在某一教學環(huán)節(jié)（如課程導入或案例總結(jié)）中融入思政元素，缺乏全面性和連貫性。

有鑒于此，本課程在教學設(shè)計中選擇以一個中心主線來構(gòu)建課程思政案例，以確保思政教育的連貫性和深度。同時，基于混合式教學模式將課程思政元素貫穿課前、課中、課后整個教學環(huán)節(jié)，實現(xiàn)思政教育的全方位融入。這種做法不僅有助于提升學生對程序設(shè)計課程的興趣和參與度，更能有效增強學生的思政素養(yǎng)和綜合素質(zhì)。

2 思政元素挖掘與思政素材選取

在深入挖掘思政元素與精心選取思政素材的過程中，本課程緊密圍繞黨的二十大精神，特別是習近平總書記關(guān)于文化自信的重要論述。認識到文化作為國家、民族之靈魂，其興盛直接關(guān)系國家命運與民族強大，故而課程選擇以中華文化元素作為教學與實踐項目的主線。課程思政建設(shè)期間，結(jié)合Python 語言特性，教學設(shè)計摒棄了傳統(tǒng)的重語法模式，轉(zhuǎn)而強調(diào)實踐應用與第三方模塊的探索。以Python模塊為媒，以中華文化為橋進行項目設(shè)計。

借助不同項目使學生體會中華文化歷經(jīng)時代長河洗滌后所保留的文化經(jīng)典，以及包容、借鑒、吸收各種不同時代元素后所呈現(xiàn)的活力，使學生更加深刻地理解文化自信的根基與文化強國的戰(zhàn)略意義。

3 課程思政案例的設(shè)計與實施——以Manim模塊應用為例

本文以廣東東軟學院信息管理與工程學院的專業(yè)基礎(chǔ)課程程序設(shè)計語言課程為例，介紹課程思政教學改革的具體實踐，以期對工科類專業(yè)的思政教學提供參考。

3.1 授課對象分析

本課程是面向非計算機專業(yè)學生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。在教學過程中，面向?qū)ο蟮母拍钍钦n程教學的重點。由于其抽象性，對于初學者而言存在一定難度。然而，此概念在Python語言學習中具有承上啟下的作用，是從初級階段向中級階段過渡的關(guān)鍵節(jié)點?？紤]到非計算機專業(yè)學生的實際情況，本課程將教學重點放在對象應用上，而非類的創(chuàng)建。本節(jié)教學設(shè)計將基于Python第三方模塊——Manim模塊展開。該模塊已定義了一些基礎(chǔ)類，可作為學生編程實踐的基石。項目采用冬奧七巧板作為編程主題，要求學生通過對七巧板中不同圖形對象的創(chuàng)建和移動，完成一個北京冬奧體育圖標的拼圖。以此將抽象的面向?qū)ο蟾拍罹呦蠡?，降低理解難度。同時，此編程目標在激發(fā)學生創(chuàng)新意識的基礎(chǔ)上，結(jié)合北京冬奧的主題，傳達其背后所蘊含的體育精神，培養(yǎng)學生的文化意識和文化自信。

3.2 教學目標

1） 知識目標：通過案例項目中所依托的Manim模塊，使學生熟練掌握Python中第三方模塊的導入技巧及使用規(guī)范，能夠基于模塊定義的類創(chuàng)建對象并正確調(diào)用相應的方法。

2） 能力目標：基于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計理念，靈活運用不同對象實現(xiàn)預期動畫效果。在問題求解和程序優(yōu)化的過程中，使學生的計算思維和數(shù)據(jù)表達能力得到進一步提升。

3） 思政目標：基于七巧板和北京冬奧兩大主題，將中國古今文化元素有機融合。在培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的同時，引導學生增強文化認同感，樹立文化自信。

3.3 教學重點及難點

本節(jié)課的教學重點是要求學生掌握如何基于模塊中已定義的類創(chuàng)建不同的對象，并在調(diào)用對象的方法時，能夠根據(jù)模塊文檔準確理解方法的功能，并為其設(shè)置合適的參數(shù)。教學難點是在理解類的繼承概念的基礎(chǔ)上，掌握Manim圖形繪制基本原理，以及動畫速率函數(shù)的定義及使用方式。

3.4 教學方法和策略

1） 線上線下混合式教學設(shè)計：課前通過超星平臺分享微課視頻與文檔資料，引導學生自主學習基礎(chǔ)知識。課中重點對項目目標進行解析，指導學生通過小組合作完成編程任務(wù)。課后通過設(shè)置挑戰(zhàn)性任務(wù)，鼓勵學生在實踐中進一步鞏固與拓展所學知識。

2） 任務(wù)驅(qū)動式學習與探索：為了更有效地促進學生主動學習與思考，課程中將復雜的編程動畫項目分解為若干個具體任務(wù)點。在每個任務(wù)點中提供必要的提示，并拋出相關(guān)思考題，以此引導學生基于數(shù)學動畫引擎Manim深入理解類和對象的概念。

3） 師生研討與成果分享：為了進一步激發(fā)學生的學習熱情與創(chuàng)造力，教學中采用了師生研討的教學模式。實踐環(huán)節(jié)中，要求每組分享自己完成的拼圖作品，并在此基礎(chǔ)上討論所實現(xiàn)的運動圖標對應的體育賽事在北京冬奧會中的表現(xiàn)。這不僅能加深學生對模塊、對象等相關(guān)知識的理解與應用，更能從中體會中國運動員在奧運賽場的拼搏精神。

3.5 混合式課堂教學構(gòu)建

3.5.1 課前預習任務(wù)

1） Manim庫的基本架構(gòu)和功能：重點關(guān)注Manim 如何利用Mobject類來構(gòu)建動畫中的各種元素。基于所給案例代碼深入了解Mobject類的屬性和方法，理解其作為所有動畫對象基礎(chǔ)的原因。學習如何通過繼承Mobject類來創(chuàng)建自定義的動畫對象。

2） VMobject類與貝塞爾曲線：探索VMobject作為Mobject子類的特殊之處，特別是其基于三階貝塞爾曲線的實現(xiàn)方式。要求學生在課前基于所提供的資源對貝塞爾曲線的概念有基本理解，包括其數(shù)學原理和在圖形表示中的應用。

3） 分組與素材準備：要求課前自行完成分組，以小組為單位查看在線平臺所給出的參考動畫實例（圖1） 并完成項目的素材準備工作。項目要求以冬奧會為主題，通過Python完成一個七巧板拼圖動畫。設(shè)計要求包括手繪樣稿的創(chuàng)作，以及相關(guān)圖片素材的收集。手繪樣稿應體現(xiàn)出冬奧會的元素和氛圍，展現(xiàn)出創(chuàng)意和想象力。

3.5.2 課中安排

1） 課程導入

教師利用北京冬奧會30枚充滿動感的圖標作為視覺焦點，激發(fā)學生興趣，從而引出課程實踐項目——借助Python第三方模塊，創(chuàng)作以北京冬奧會為主題的七巧板拼圖動畫。這一設(shè)計旨在將傳統(tǒng)七巧板的智慧與現(xiàn)代編程技術(shù)相結(jié)合，通過動畫的形式展現(xiàn)冬奧會的獨特魅力，同時培養(yǎng)學生的編程實踐能力和創(chuàng)意思維。

2） 重難點講解

教師首先針對課前布置的預習任務(wù)進行復習，重點強調(diào)如何有效利用Manim文檔掌握圖形繪制的基本方法。通過實例演示矩形、圓形和三角形的創(chuàng)建步驟，使學生們對圖形對象的創(chuàng)建有直觀的認知。

為了進一步鞏固學生的理解，課程中將提供如圖2所示的Mobject基本方法思維導圖。該思維導圖中清晰地呈現(xiàn)了編程過程中涉及的關(guān)鍵方法及其之間的關(guān)系。每組需參考思維導圖和官方文檔，共同學習并掌握相應方法，進而實現(xiàn)單一圖形的顯示和移動效果。

3） 項目任務(wù)安排

任務(wù)1：繪制七巧板原圖

在繪制過程中，要求確保各板塊的比例準確，并為每塊板添加編號。此項目將深入應用多個類，以實踐并復習類的繼承這一核心概念。在Manim中，可以在屏幕上顯示的元素統(tǒng)稱為Mobject，它充當了眾多具體顯示對象類的基類。如圖3所示的類均繼承自Mobject 類，本項目中將使用到三種類型，分別為VMobject、ImageMobject、Group/VGroup。

任務(wù)2：基于手繪樣稿進行冬奧拼圖繪制

在編程過程中，學生需要確保拼圖完成后的整體畫面能夠在屏幕中完整且美觀地顯示，因此可對拼圖的尺寸進行等比例的縮放調(diào)整。這一環(huán)節(jié)主要考驗學生們對于基于Mobject類創(chuàng)建的數(shù)學對象如何運用定位方法和變形方法的理解與掌握。

任務(wù)3：為七巧板從原始狀態(tài)到拼接完成的過程賦予流暢的變形動畫

此任務(wù)的重點在于對動畫速率函數(shù)的參數(shù)設(shè)置。為培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力和實踐能力，項目中要求學生首先基于Manim庫中預定義的動畫速率函數(shù)（圖4） 來實現(xiàn)基本的動畫效果。在這一學習過程中，教師注重引導并培養(yǎng)學生查閱英文文檔的能力和習慣。隨后，鼓勵學生進一步探索如何構(gòu)建自己的動畫速率函數(shù)，以創(chuàng)造出更加獨特和個性化的動畫展現(xiàn)形式。

3.5.3 課后拓展

在本拓展任務(wù)中，將引導學生探索如何使用Py?thon將自定義的貝塞爾曲線轉(zhuǎn)化為動畫速率函數(shù)。這一過程旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和問題解決能力。為了幫助學生更好地理解相關(guān)概念，課程中將利用cubic-bezier.com網(wǎng)站生成的貝塞爾曲線及其參數(shù)作為出發(fā)點。通過問題——如何利用matplotlib模塊繪制貝塞爾曲線，引導學生逐步深入思考并自主驗證轉(zhuǎn)化的正確方式。

4 結(jié)束語

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，編程教育已成為培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和計算思維的重要途徑。然而，單純的技能傳授已無法滿足新時代人才培養(yǎng)的需求，思政教育在編程教育中的融入顯得尤為重要。本文以北京冬奧七巧板動畫編程項目為例，探討了課程思政在Python編程教學中的創(chuàng)新實踐。通過深入挖掘思政元素與精心選取思政素材，本課程將中華文化元素與冬奧精神有機融入Python編程教學中。借助七巧板這一傳統(tǒng)數(shù)學文化載體，結(jié)合Python語言的獨特優(yōu)勢，設(shè)計出富有挑戰(zhàn)性和文化韻味的動畫編程項目。這不僅鍛煉了學生的編程技能，更激發(fā)了他們的創(chuàng)造性思維，加深了對傳統(tǒng)文化的理解和熱愛。

參考文獻：

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【通聯(lián)編輯：代影】

基金項目：2022 年廣東省本科高校教學質(zhì)量與教學改革工程建設(shè)項目——中國文化元素賦能程序設(shè)計語言課程思政建設(shè)的實踐改革與探索（粵教高函〔2023〕4 號） ；廣東省高等學校教學管理學會民辦高校教學質(zhì)量管理專業(yè)委員會2023 年度課題——知識可視化在Python 混合式教學中的應用研究（GDZLGL2319）