通识课程《Python语言程序设计》混合式教学改革探究
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作者:周敏
摘要：针对在非计算机专业的Python语言程序设计传统教学模式中，存在学生基础薄弱，教学平台和教学资源不能满足学生学习需求等问题，文章提出利用信息技术开展线上线下混合式教学，从教学资源、教学环境、教学设计、教学评价四个方面全方位设计混合模式，将混合式教学深度融入教学全过程中，取得较好的教学效果，提高了非计算机专业学生对程序语言的学习兴趣和编程应用能力，达到了Python语言作为通识课程的教学目标，为同类型课程的混合式教学改革提供一定的参考。
关键词： 非计算机专业；通识课程；程序设计；线上线下混合式；计算思维
中图分类号：G642 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2022）30-0175-03
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
1 引言
云大物等信息技术的快速发展促使各行各业对掌握计算思维程序设计的人才需求增大，2021年11月著名评估机构TIOBE推出的编程语言排行榜，Python以12.9%的评级跃居到排行榜首位，成为新语言霸主。Python 语言作为一种胶水语言，其语法简洁明了，内置函数丰富，简单易学，开源跨平台，拥有丰富而强大的生态库[1]，已成为人工智能时代的一门非常流行的程序设计语言[2]。教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会2016年发布的《大学计算机基础课程教学基本要求》中，首次建议将Python 语言作为程序设计课程的教学语言，全国计算机等级考试委员会也将Python语言程序设计作为二级等级考试科目之一[3]。当下，《Python语言程序设计》课程已经是培养非计算机专业学生计算思维的通识课程，下面以中国民用航空飞行学院计算机学院在非计算机专业开设Python语言程序设计教学实践为例，探讨通识课程《Python语言程序设计》在教学环节中遇到的问题和教学改革。
2 非计算机专业学生学习程序设计类课程的困难因素分析
2.1 计算机背景知识薄弱、缺少有效的课程预习通道
学好一门程序语言类课程需要学习者具备一定的计算机背景知识，而非计算机专业学生普遍存在计算机系统的背景知识薄弱。传统“以课程为中心”的教学方式中学生常常带着一脸茫然走进课堂，仅靠教师在有限课堂内传授知识，教学效果并不理想。学生缺少有效的课程预习通道来提前了解新课内容，消除对新知识的迷茫。
2.2 学习缺乏主动性，教学手段单一难以调动积极性
非计算机专业学生往往认为Python程序语言课程不是专业课，认为这门课程与自己将来从事的专业相关性不大，学习中缺乏主动性，不愿意花更多的时间和精力去深入地学习。传统“以讲授为中心”的“填鸭式”教学方式，整个教学过程学生参与度低，教学手段单一，缺乏多样性教学活动调动学生的学习积极性[4]。
2.3 课程资源匮乏，学习过程过分依赖有限的课堂
传统的以“教师为中心”的教学模式是面对面的单一课堂授课方式，课堂中学生参与度低，被动地接受知识；课前缺少对课中知识主动了解的途径，课后无延续性活动，学生缺少讨论思考的环境，学生走出课堂意味着课堂结束；课程资源匮乏，学生过分依赖老师传授，不利于培养学生的主动学习能力，不利于提高学生的动手能力。
3 线上线下混合式模式
本课程针对以上教学过程中出现的问题，根据专业目标和课程目标，结合信息技术的优势建立了“知识引导+问题求解”的线上线下混合式教学模式，如图 1所示。“知识引导+问题求解”混合教学模式中的线上教学强调教师引导下的学生主动学习知识，发挥线上教学教师的引导性和学生主动性。线下教学强调师生面对面的交流和问题求解的学习，沿袭了线下程序设计课程的系统性和功能性。混合教学模式是全方位的混合，包括教学资源的混合、教学环境的混合、教学活动的混合，教学评价的混合。
3.1 教学资源的混合
非计算机专业学生的计算机背景知识参差不齐、对程序设计思想的理解力偏弱。采用魍晨翁媒萄模式进行Python语言程序设计的教学中，存在一部分学生课前对课程内容了解甚少，随着课程内容难度的加大这部分学生听课就显得被动，又因课后缺少一个能重温课程内容和程序编写操作的平台环境，慢慢地这部分学生会因为在课程学习中找不到成就感而对课程失去学习兴趣。
预习是整个学习过程中一种非常好的学习习惯，能帮助学生更好地掌握知识。本课程的教学改革目标之一是将理论知识按知识点录制配套视频，并补充程序设计相关的内容视频，为学生提供一个有效的课程预习和复习通道，教师在课前帮助学生了解下一节知识重点，难点，将知识系统化地串联起来，适当扩充学生知识面，引导学生程序思维的形成，提高学生的学习能力和动手能力。
本课程教学资源的混合包括自建线上课程资源和线下中飞院互联网+实验平台的实验资源混合。线上课程资源包括按知识点划分的理论知识微视频、理论课件、习题资源；按操作主题划分的实验操作视频、实验课件、综合练习等资源，学生可在无教师指导下随时观看重复练习，有效地帮助非计算机专业学生提高编程能力。线下中飞院互联网+实验平台的实验资源是将课程内容分为三大理论知识板块，每个理论板块对应精心设计的主题实验。基础板块着重存储和计算思维的培养；提高板块强调算法思维和模块思维的培养；应用板块开拓学生的数据思维和智能思维。实验操作内容层层递进，从数据类型的基础实验，函数文件的提高实验，再到不同专业需求设置的第三方库的应用实验，逐步提高实验的挑战度。
3.2教学环境的混合
混合式教学环境是指物理环境与虚拟环境相融合、理论教学环境和实验教学环境相融合。本课程的教学环境如图 2所示。线上虚拟环境由学习通平台和头歌平台共同组成，引导学生主动学习和自主拓展练习。线下物理环境由多媒体教室和中飞院互联网+实验室共同组成，实现师生面对面理论教学和必修实操练习。
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本课程的线上虚拟学习环境之一是“学习通平台”，教师基于自建的Python课程分专业分班级管理学生。课程组统一发布教学理论视频和操作演示视频，必选作业和任选作业，教学中做到教学方向大同教学活动小异，即教师可根据所教授不同专业的教学需求灵活地安排课程学习内容和课堂活动，此方式更能促进以产出为目标的OBE教学目标的实现。程序语言设计课程强调动手编程能力，本课程的线上虚拟学习环境之二是“头歌平台”。教师在课堂实验教学的有限时间中，往往安排学生从经典程序的编写开始，逐步过渡到多应用的程序编写，那么更多的程序编写需要学生在课堂之外通过不同的题目，不同的项目来完成学习。本课程的课余实验由教师根据所教授学生的课堂实验的掌握情况，在“头歌平台”上布置难易程度不同的Python实验，实现学生编程动手能力的差异化教学和挑战性教学。
本课程的线下物理环境之一是多媒体教室中的理论教学环境。本课程的理论内容分为三大篇章，分别是基础篇、提高篇、应用篇。课程在每一篇章的中间节点和结束节点都开展了线下理论的集中式面对面教学，便于生动地展示难点问题的解决过程，学生更容易在教师的直接引导下形成程序思维能力。设置中间节点线下教学可及时地发现学生线上教学遇到的问题，帮助他们解答疑难问题。设置结束节点线下教学可帮助学生梳理知识、串联知识、总结知识，为后续学习奠定基础。本课程的线下物理环境之二是“中飞院互联网+”实验室环境。该互联网+实验平台上的实验题目是教师根据多年教学经验编制的经典题目，覆盖Python语言的主要编程知识。学生在机房的实验系统里反复进行练习，期间教师进行现场一对一的个性化辅导，充分练习之后学生完成测试作业，系统自动测评，考查学生知识的掌握情况，教师根据作业完成情况进一步布置课余时间的“头歌平台”挑战实验。
3.3教学设计的混合
本课程实施多样化的教学方法将线上和线下互联，如设问引导教学方法、问题分析求解教学法、算法推演教学法、翻转课堂教学法、小组讨论教学法、同伴教学法[7]、差异辅导教学法、项目驱动式教学法等激发学生的学习热情和提高学生的学习能力。教学活动的数据永久保存，为后续教学改进提供有力数据支撑。
课程组制定细化的混合式教学设计方案保障线上线下教学活动有机融合[5]，具体包括线上线下知识的衔接、线上线下操作任务的衔接、线上线下活动的衔接、线上线下作业的衔接等。例如课前线上自主学习部分，教师利用线上平台发布学习通知，学生在线学习，教师设问引导学生思考，在线交流讨论，完成线上作业。课堂学习时教师现场指导、答疑解惑、小组讨论，辅以适当的线上活动如问卷、抢答、随堂测试等，有效地利用线上学习活动提高学生的学习兴趣。课后教师在线上平台布置必修作业和分层作业，巩固和提升知识的应用，师生可在平台上互动讨论延续课堂。
3.4教学评价的混合
本课程更新过去以知识传授为主要教学目标，按照成果导向OBE教育理念构建了新教学目标包括知识目标、能力目标、素养目标、思政目标[6]。因此本课程建立科学公正的量化考评制度，如表 1所示。考查学生的知识水平、能力水平、素养水平，线上线下全过程纳入综合评价，全方位考查学生学习情况。
4总结
本课程为解决非计算机专业学生学习程序设计类课程遇到的困难，引入互联网新技术对原有教学模式和教学手段进行改革，改变了原有以“教师”为中心的教学模式，建立以“学生”为中心的线上线下混合教学模式。根据OBE重建教学目标，更新教学资源、引入多样化教学方法，设置分层实验内容，采用线上课前引导，课中教师讲解和实验操作指导，课后线上分层作业等混合教学方式[8]，同时全方位的考评体系促进学生学习的主动性提高。通识课程《Python语言程序设计》在非计算机专业进行的课程改革效果良好，促进学生学习能力的提高。下一步课程将进一步完善课程内容的创新和学生能力的有机融合。
参考文献：
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[3] 张年，刘燕.基于应用能力培养的《Python程序设计》实践教学改革探索[J].当代教育实践与教学研究，2019（10）：162-163，196.
[4] 沈乾彦，赵海峰.Python语言课程教学改革探讨[J].计算机教育，2021（3）：171-174.
[5] T玲玉，甄宗武，虎二梅.“以学习活动为中心教学设计”视角下的混合式教学机理分析[J].电化教育研究，2021，42（11）：100-106.
[6] 刘梅彦，徐英慧，周淑一.基于成果导向的“Python程序设计”教学设计[J].电脑知识与技术，2017，13（20）：105-107.
[7] 刘欣欣，朱延钊，徐红云.Python语言程序设计在线多元混合教学[J].计算机教育，2020（10）：24-27.
[8] 肖瑞雪，吕国，屈建萍，等.基于混合式教学的高校计算机通识课程设计与实践研究[J].电脑知识与技术，2020，16（16）：151-152，158.
【通联编辑：王力】
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