新工科环境下Python程序设计课程教学改革与探索

摘要：随互联网+时代的迅速发展，大数据、人工智能、深度学习等新工科产业领域的研究进入了一个热潮发展时期。本文为适应新工科产业人才的需求，改变传统工科智能语言基础课程教学中存在的问题，依托超星学习通等网络资源平台来建设课程资源包括教学大纲、授课计划、课程教学设计等，提出了线上自主学习、线下教学、课程实践、教学考核为基础的混合式教学模式等教改措施，以培养学生计算思维、工程化思想，着重培养学生分析问题、解决问题的能力，启发其创新思维，助力我国经济转型升级和社会高质量的发展。

关键词：新工科;Python;程序设计基础

引言

随着深度学习、人工智能、大数据等领域的新兴产业的迅猛发展，领域人才出现供不应求的现状，传统的工科教育早已不再适应新兴产业对人才能力培养的需求。为此，教育部于2017年提出新工科教育，各大高校应该加快在新工科方面的建设和发展，优化学科专业结构，发展新兴前沿学科专业等。中共中央也在十四五规划中明确提出加快发展现代产业体系，壮大新一代信息技术来推动大数据、互联网、人工智能等各大产业的深度融合[1]。作为这些新兴产业的基础课程，智能语言基础之Python语言在其中扮演着非常重要的角色。而各大高校也在程序设计基础课程方面的专业建设和教学改革进一步的深入，Python程序设计语言越来越受到关注。

新工科专业下，程序设计语言经历了从BASIC、Fortran等到Java，C/C++语言的转变，目前仍有大量的工科专业使用C作为基础的程序设计语言。但是C语言语法复杂，比其他高级语言较难以掌握，不太适合非计算机专业学生解决复杂工程问题，难以适应新工科建设的要求。而Python语言具有简洁、易学易读易懂、便于扩展、可以实现快速开发等优点，此外更为重要的是具有众多的第三方库支持，可广泛应用于各个专业的复杂问题处理，尤其是在大数据分析、机器学习、数据出来、科学计算及人工智能等多个领域。由于Python的各种优势，非常适合各不同层次不同专业工科学生的学习。Python 程序设计语言也迅速跃居编程语言排行榜前列，成为当下最受欢迎的编程语言之一[2]。

1 Python程序设计课程教学现状

1.1 教材单一

随Python语言的迅速成为多领域研究的基础语言之一，市场上已出现大量相关的教材，有很大一部分教材内容太过简单，未介绍程序在运行中涉及底层操作的相关知识，也有很大一部分介绍的内容过多。没有针对无编程基础的本科生做相应的重点内容调整。因而此问题亟需解决。

1.2 理论与实践结合不紧密

目前的相关教材主要是针对知识点的介绍，并无相关配套资源可用，虽然可通过实验进行一定的补救，但是理论与实践方面结合的仍不紧密。知识的深度和应用型不足，缺少贴近生活及工业应用的具体案例[3]。

1.3 教学资料匮乏

虽然 Python 的应用日益广泛，但是从教学的角度，可用的学习资料还比较欠缺。比如针对各种考核目标的练习题库、针对各个专业特点的学习案例、针对不同层次的在线考核试题等，这些都需要较长时间的建设完善。无法将学生所学专业的新工科教育目标融入到程序设计课堂中，因而有必要探索新工科背景下的python程序设计教学新模式[4]。

1.4 教学方式和方法

通过调研发现，目前的教学方式大多以教师讲授理论知识，课后上机实验，理论知识很多需要课后消化理解，上机实验时，学生模仿教师的操作“依葫芦画瓢”，只能参照实验案例中的代码机械地敲键盘，遇到的实际问题不知从哪里打开突破口，一脸茫然，不能运用所学知识和编程思维去解决问题[5]。

传统的教学方法是任课教师在理论传授中，在多媒体教室详细讲解知识点，学生不能实

时动手操作。杜兰[6]等人将项目驱动运用到Python课程教学中，提出一种以抽签系统作为一个连贯的实验项目驱动教学改革，该方法激发了学生学习兴趣、提高动手能力、引导学生创新，主要是团队协调一起完成开发任务，但该方法在实施过程中不能及时有效监测到每个学生的学习情况。

2 新工科环境下的Python程序设计基础课程改革方案

考虑到 Python 程序设计课程的重要性以及当前存在的问题，结合过往教学和项目经验分别从教学内容、教改措施（包括线下教学、线上自主学习、实践教学和教学考核）对现有 Python 程序设计课程进行了一定程度的改进，具体方案如下。

2.1 教学内容

基于 Python 的程序设计基础课程围绕程序设计基础知识：数据类型、程序控制、函数及模块、文件、Tkinter GUI 编程等展开，重点培养学生的计算思维能力。课程内容与学时分布如表 1 所示。

2.2 教学改革措施

1.混合教学模式

本课程主要采取线上线下混合式教学方法组织教学。线上自主学习依托超星学习通和Python123实践教学平台、及中国大学幕课的课程资源开展，线下教学以机房授课、实践为主。课前，教师在超星学习通发布讲授内容相关的课程资源，包括教学大纲、教学计划、教学课件等教学资料，学生通过线上自主学习完成预习。其中，教材资料可以包括一些学习辅助材料，提供一些相关练习、实验、项目相关的源码材料，此外还有一些用于学生考核的测试题库，项目要求及评价标准等材料，方便学生自我检测及考核等。课中理论课以机房授课为主，同时课堂实践任务在机房指导完成。课后学生在学习通完成在线测试作业、实验以小组分组的形式完成Python程序设计课程的实训。此外，师生通过学习通或 QQ 群等媒介进行交流讨论，可以及时的很好的监测每位学生的学习动态情况。

2.第二课堂

线上线下混合式教学模式的教学过程除了课内教学环节，还设置课外第二课堂活动。课内教学环節中设置的实验内容包括验证性、设计性和综合性实验项目等，促进学生知行并进。课外第二课堂活动主要针对学有余力、有继续深入学习兴趣或需求的学生，依托广东白云学院大学生程序设计创新实践基地，通过有良好积淀的创新创业教育课程、产学合作协同育人项目、大学生创新创业训练计划项目、国际大学生程序设计竞赛等平台为其提供第二课堂，实验内容以综合性、创新性、多学科交叉性项目为主，鼓励学生积极参与到活动中[7]。

线上线下混合式教学模式将传统的“以教师讲授为主”模式向“以学生自主学习为主”模式转变，在预、学、导、议、思、练、结等环节中既能有效发挥教师的引导、启发和主导作用，同时也可以充分调动学生学习的主动性、积极性和创造性，进而提高学习质量、改善思维习惯，保证教学目标能够按时按质按量的完成[8-9]。

3.教学考核

由于不同阶段具有不同的考核目标，其考核评估方式也不一样。在平时阶段，采用在线考试方式，加上平时成绩如课堂表现、课堂实践任务、作业等作为考核标准。如果允许学生自我学习，也可以淡化平时成绩要求;在实验及测试阶段，主要针对需要掌握的内容做设计性实验和课程设计，检验学生的应用能力，让学生提交实验报告和课程设计报告及源代码，及小结测试作为考核目标;在期末考核阶段，则需要学生独立完成在线考试并通过考核。如图表2所示。

3 教学改革成效

通过广东白云学院“Python程序设计基础”这门专业课在混合教学过程中的应用，取得了良好的实施效果。根据超星学习通平台统计数据，学生签到率达到 97%，每个学生平均在线学习时长提升了30%。基于在线实训平台，学生可以进行大量的编程实践，从而使学生具备新工科环境下新兴领域所需的知识结构、能力和素质。通过问卷调查发现，学生对课程整体满意度达到95%。混合教学设计方案可以为软件编程相关课程顺利实施完整的教学提供参考，也为非计算机专业的实践类课程在线教学模式改革提供一定的借鉴。

4 结论

计算技术的飞速发展给人们的生活带来了极大的便利，与此同时也带来了一定的挑战。为适应未来社会的发展需要，近些年来国家开始强调人工智能的发展。作为该领域的一门重

要基础课程，Python程序设计得到了广泛的关注。但由于这门课程目前还没有得到充分的发展，因此本文提出通过结合线下教学、线上自主学习、实践教学、教学考核以实现对学生的综合能力培养，为国家、为社会培养新工科环境下的高质量人才，助力我国经济转型升级和社会高质量的发展。

参考文献

[1]陈伟，赵雷.Python程序设计课程教学探索[J].电脑知識与技术，2021，17（21）：187-188，217.

[2]顾鸿虹，杨娜，张虹.面向新工科的Python程序设计基础课程的建设[J].现代计算机，2021（20）：118-121.

[3]陈伟，赵雷.Python程序设计课程教学探索[J].电脑知识与技术，2021，17（21）：187-188+217.

[4]易发胜，李立，赵丽琴.新工科背景下Python程序设计课程教学方法研究[J].计算机教育，2021（07）：148-151+156.

[5]冀全朋，严海升.Python程序设计课程教学改革与实践——基于项目教学模式[J].西南师范大学学报（自然科学版），2021，46（11）：90-95.

[6]杜兰，陈琳琳，刘红英，等.项目驱动的 Python课程教学研究[j].软件导刊，2020，19（11）：268-271.

[7]王雪，姜学锋，刘君瑞，魏英，周果清，张秀伟.线上线下混合式教学模式在C语言程序设计实验教学中的应用[J].计算机教育，2021（11）：152-156.

[8]李倩倩，张隆基，武利，等.基于成果导向的混合式教学质量提升策略研究[C]// 第十七届沈阳科学学术年会论文集.沈阳：沈阳市科学技术协会，2020：2.

[9]张要军，吕梦倩.一流学科建设背景下线上线下混合式金课建设的探索与思考[J].教育现代化，2020（7）：125-127，135.

作者简介：孙雪岩，讲师，硕士，主要从事教育教学改革、网络安全态势感知、态势评估的研究。