“Python语言及其应用”项目化课程的改革与实践

沈翠新

（深圳职业技术学院 人工智能学院，广东 深圳 518055）

关键字：Python语言及其应用；项目化课程；改革与实践

教育部吴岩司长在《建设中国“金课”》一文中提到：课程是人才培养的核心要素，学生从大学里受益最直接、最核心、最显效的是课程，要“消灭水课、打造金课”．打造金课，要充分重视课堂教学这一主阵地，努力营造课堂教学热烈氛围．要合理运用现代信息技术手段，要抓好虚拟仿真实验实训项目建设，开辟“智能教育”新途径[1]．关于“金课”的定义，吴岩司长提出了“两性一度”的评价标准，即高阶性、创新性和挑战度．与之相反的“水课”是指低阶性、陈旧性和不用心的课．吴岩司长对“金课”的理解，更多的是对本科院校的强调．高职院校“金课”如何定义？从目前来看，高等职业教育的“金课”要更多体现实践性、问题与任务双导向性、与时俱进的现实性，就是学生愿意参与有启发、有收获、有提升的课堂，教师肯投入，有针对性、有丰富内涵、有成就感的课堂．

《Python语言及其应用》是大数据技术与应用、软件技术、云计算和计算机应用专业的核心课程，是人工智能学院的院级平台课程．在该课程的学习过程中，以编程实践操作解决实际生活问题为主，让学生更好的学习和掌握Python语言的关键技术，培养学生分析和解决实际问题的能力，强化学生的职业道德意识、职业素养意识和创新意识，为学生以后从事人工智能相关工作奠定基础．

本文以《Python语言及其应用》课程中的综合实训项目（16学时）为例，介绍该课程项目化建设的改革与实践，事实证明，课程的改革取得了良好的效果．

1 教学模式的构建

《Python语言及其应用》课程面向高职院校大数据、人工智能、计算机等相关专业大二上学期的学生，他们在前期程序设计基础类课程中已经学习了基本的编程方法，能够编写简单的程序，有一定的程序设计知识和技能基础，他们课堂参与度高，团队协作能力强，对人工智能技术感兴趣，动手实践能力强，但编程思维和解决问题能力较弱[2][3]．基于课程面向对象的学情特点，明确课程的目标，精心设计课程的项目和载体、制定相应的教学策略．

1.1 对接标准，精选项目载体

结合大数据专业人才培养方案、《Python语言及其应用》课程标准，参照“Python软件开发工程师”工作岗位能力要求，对接“Python程序开发”1+X职业技能等级证书标准，参考国规教材《Python语言及其应用》，以锻炼学生编程思维为目标，选定课程的总体教学内容．课程共分为5个单元，分别为走进python、程序的控制结构、复合数据类型、文件与异常处理、综合实训5个教学单元．每个单元由若干个互相联系和递进的任务组成，在任务的实习过程中学习和理解理论知识，巩固程序编写能力．

好的教学项目能提升学生的学习兴趣和积极主动性，教学项目的选取应遵循以下三个原则：

技术先进性原则：项目的选取要紧跟专业技术的更新和发展，使学生在学习和实训过程中能够紧跟业界技术前沿，主动学习探索．

贴进生活化原则：项目的内容要贴进学生的生活，使学生在项目中感受到乐趣，激发学生的学习欲望，在项目选取时要紧贴实际生产生活，项目要有明显的感知效果，这样学生才愿意自主学习．

难易可扩展原则：项目的选择应适合对学生开展分层教学，可以把项目分为基本任务和拓展任务．大多数学生能够通过课内、在老师的带领下完成基本任务，少数同学通过查阅课外资料、独立自主、创新性完成拓展任务．

本文以第五个教学单元为例，介绍课程的改革与实践情况．单元五为“综合实训”，教学项目选择门禁系统的设计与实现，主要教学内容是基于百度 AI的人脸识别技术，应用于门禁系统中，实现人脸检测、搜索、对比和身份验证，因此将综合实训项目划分为单脸检测、多脸检测、人脸搜索和身份验证4个任务，如图1所示．

图1 教学项目载体

1.2 德业并进，明确教学目标

结合《Python语言及其应用》课程标准与python软件工程师岗位能力要求，确定每个单元的知识、技能和素质三维目标，基于岗位能力要求确定教学重点，根据学情分析确定每个单元的难点．在对以往毕业生和企业调查中发现，第五单元的知识难度较大，但是培养了学生编程的逻辑思维能力，在实际工作中特别重要．

本单元的总体教学目标为：合理利用所学的程序结构及结构化程序设计方法，充分利用字典、列表等理论知识，结合百度 AI人脸识别的技术文档资料，开发集人脸识别、人脸搜索、身份识别和语音播报为一体的人脸识别门禁系统，测试运行后把程序部署到机器人上，能够在机器人上进行展示．在程序的开发过程中，培养学生逻辑思维能力、分析问题和解决问题的能力，养成严谨、细致、认真负责的职业素养，同时注重关注技术前沿和学习新知识的能力，如图2所示．

图2 第5单元的教学目标和重难点

教学重点：（1）结构化程序设计方法（2）复合数据类型的综合应用（3）百度AI的相关方法的使用（4）培养学生分析问题、解决问题的能力．

教学难点：（1）综合应用三种基本结构，也是程序设计课程的难点（2）灵活应用复合数据类型（3）熟练掌握程序的断点调试技巧（4）灵活应用百度AI平台的方法解决实际问题．

1.3 理念先行，制定教学策略

本项目以基于百度 AI的人脸识别项目为载体，遵循“以学生为中心”的教学理念和线上线下混合式教学模式，将课程教学设置为课前、课中、课后三个阶段，课前让学生学起来，课上让学生动起来，课后让学生练起来．

任务实现过程中，采用项目引领、任务驱动教学法，结合学情，体现技术先进性、紧跟业界技术前沿，培养学生关注技术前沿和学习新知识的能力．同时，混合式教学、现场编程、合作探究、任务驱动等教学方法的综合运用，落实课程思政，将工匠精神融渗教学全过程，用劳动和爱国教育筑牢立德树人基石，促进教学目标的达成，最终通过多元评价体系，实现全员、全过程、全方位育人．

另外，课程采用学习通在线教学平台和一体化智慧教室构建线上线下混合式教学环境，整合网络教学资源和自有资源，自主研发Python课程闯关小游戏，借助技术文档和多元信息化教学应用如码云（高校版）、学习讨论群、思维导图工具、协作办公软件金山文档等，搭建“有用、有趣、有效”的互联网+智慧教学课堂，如图3所示．

图3 课程总体教学策略

2 教学过程的实施

2.1 对接岗位，“沉浸式”角色扮演引领教学实施

在现实生活中，门禁系统的人脸识别任务由以下几个环节组成，先用摄像头捕捉人脸的图片，根据图片进行人脸信息检测，如果存在人脸信息，将检测结果与数据库的人脸信息进行对比，搜索出符合条件的人员信息，进行身份验证，使用语音播报结果．在疫情期间，除进行人脸信息检测外，还需要进行是否佩戴口罩的检测，如图4所示．

图4 门禁系统的工作流程

人脸识别应用综合实训单元，基于百度 AI“人脸识别”相关技术，根据人脸识别的过程和门禁系统功能实现流程，按照任务的由易到难，知识点由简到繁划分为四个任务，分别是单脸检测功能实现、多脸检测功能实现、人脸搜索功能实现和身份识别功能实现，课程遵循“以学生为中心”的理念．在每个任务的实施过程中，按照软件开发流程引导学生分步完成，由任务分析、明确需求、软件设计、程序编码、测试运行、任务改进6个步骤构成完整的软件生命周期，在任务实现过程中，学生沉浸在软件全生命周期的各个角色中进行真实操作实训，体验了企业一线工作岗位的能力需求和职业素养，在实训过程中学知识、练思维、涨技能、拓能力．在任务分析中，重在激发学生对新知识新技能学习的热情和培养学生自主学习能力．

2.2 多措并举，“六环节”实施单次课教学

以“人脸搜索”任务实现为例，采用线上线下混合式教学模式，实施课前课中课后教学，遵循“以学生为中心”的理念组织教学，如图5所示．

图5 总体教学实施

2.2.1 课前明确目标，积极参与

教师发布线上学习资源和任务相关资料，引导学生综合复习应用相关知识．学生了解任务背景，阅读百度 AI人脸搜索方面的技术文档，制定任务实施方案，最后在平台上完成课前测并进行自我评价．通过课前任务增强学生学习主动性，教师根据课前任务的学习情况及时调整教学策略．

2.2.2 课中方法得当，学有所获

结合学情特点和Python开发岗位要求，“做中教，做中学”教学模式，聚焦重点、突破难点，基于项目引领、任务驱动，按照软件开发流程引导学生分步完成．课程开始邀请学生展示优秀作业，同时教师总结课前讨论和课前测题目．接下来结合完整的软件生命周期组织“任务引出、任务分析（需求分析）、软件设计、程序编码、测试运行、任务改进”六个教学环节．

第一个环节：任务引出

教师发送“人脸搜索”任务单，下达任务要求，学生领取并明晰任务．

第二个环节：任务分析

确定人脸搜索功能需求以及所需要的关键知识．教师组织观看疫情期间某大学刷脸门禁工作视频和公安部利用 AI技术打拐的视频，融入科技助力生活，落实课程思政．通过演示动画，结合生活情景的案例，组织学生进行人脸搜索功能需求方案的讨论，学生以小组为单位，并制定需求方案，教师以问题引导方式，带领学生梳理完成任务所需要的关键知识点，同学在回答问题的同时逻辑上已理清完成任务步骤及关键技术．

第三个环节：绘制流程图

学生分组绘制流程图，教师巡视指导，组织学生以小组为单位提交作品到学习通平台，通过展示、互评，引导学生找出错误流程图的不足，做到精益求精，不能将就，教师点评绘图易错点，最后确定正确的流程图，完成软件设计环节．

第四个环节：现场编程

按照最终设计的流程图完成软件编码．学生结合技术文档编写程序并测试，教师巡视指导、解答疑问、纠正错误．进展顺利的同学协助其他同学进行程序的编写和调试．本环节锻炼学生的程序编写技能，锻炼学生程序排错技能，再现程序员必备技能，同时要进行软件开发规范的职业素养教育．最后同学们要把遇到的错误及解决方法上传到学习通的错误交流区，不断丰富课程的错误库，以备将来同学们的查阅．

第五个环节：测试运行

教师组织学生进行组间测试，引导学生实施完备正确的软件测试，并记录好程序 bug，最后学生以小组为单位汇报提交测试结果，教师对测试结果进行总结．每个小组根据测试结果对程序进行修改完善并再次测试运行，确保编写完成了正确的软件．

第六个环节：任务拓展

教师演示功能完成的软件，引导学生思考讨论，如何使输出结果更为直观生动？如何封装已完成的功能？通过问题引导，提出改进任务，如何把找到的人脸结果信息显示的屏幕上，通过百度AI语音模块进行结果展示．学生完成任务改造，调试运行，作品上传到“码云”平台．

最后，教师进行小结，学生进行作品展示，师生一起讨论反思．

整个课堂的任务实施过程中，贯彻学知识、练思维、涨技能、拓能力，提升学生实践积极性，加强师生互动、小组协作，避免了简单的单一枯燥讲授，有效突破重难点．

2.2.3 课后拓展总结，稳步提升

在学习通平台发布拓展任务，分组协作完成真实软件开发任务，深入产教融合，提升职业能力与素养．学生积极参与课后测试和拓展任务的开发，把所学知识综合应用于有趣正能量案例．教师根据学生的参与和任务完成情况，分层关注各个学生实践学习效果，完成教学反思，及时调整教学策略并进行改进．

2.3 润物无声，落实课堂思政

全国高校思想政治工作会议精神指出:要把思想政治工作贯穿教育教学全过程，推动“思政课程”向“课程思政”转变，挖掘梳理各门课程的德育元素，完善思想政治教育的课程体系建设，充分发挥各门课程的育人功能，实现学院全程育人、全方位育人和全员育人的大思政格局．在本课程中，教学内容的选取融入时政案例，以新冠肺炎疫情为背景，介绍减少人与人接触的技术手段，模拟人脸识别身份验证实战开发，在教学过程中无缝渗透“爱国敬业、科技创新、工匠精神、劳动精神”等课程思政元素．从教学资源准备、任务设计、教学实施、课后总结各项教学活动过程中，实现知识与能力并重、学识与品格并重的教学模式，如图6所示．

图6 课程思政设计

2.3.1 弘扬爱国情怀

在课程的开始，介绍人脸识别与检测技术在各行各业的应用，同时强调中国是将人脸识别技术应用最广泛的国家，体验我国科技发展的成绩，培养学生的爱国情怀，提升学生的国家自豪感．在授课过程中，也会把社会主义价值观穿插在课程内容中，使学生发自内心的感觉到国家的强大．

2.3.2 培养劳动精神

在课程教学过程中，穿插人工智能技术发展过程的典型故事和事例，让学生体会技术的发展是由广大辛勤劳动的工程师努力得来的结果；学生在离开实训室之前，必须整理好实训的设备并摆放整齐，包括电脑、机器人等，收拾好自己的工位才能离开．

2.3.3 养成职业素养

在教学过程中，要求学生随时随地编写文档，养成良好的文档撰写能力；在软件编码的过程中，强调程序的可读性、维护性，用户界面的友好性，养成良好的编程习惯[4]；在软件工程和数据领域中，学生的安全意识和责任意识特别重要，因为数据泄露会给企业和国家造成不可挽回的经济损失[5]，在课程中，通过安全事故的案例，反思分析，提高学生的安全和责任意识．通过文档、编程习惯、安全和责任意识培养学生良好的职业素养．

2.3.4 塑造工匠精神

“工匠精神”是升华后的职业精神[6]．计算机具有行业发展快、技术更新迅速的特点，因此高职学生的工匠精神主要包括：需要具备创新意识和创新能力，掌握新技术，善于创造，并且工于专技、忠于岗位．将”新技术、新工艺、新技能“融入到课程教学的各个环节中，鼓励学生参加创新创业大赛等，培养学生的创新精神．只有在计算机专业教育中融入工匠精神”的培育，学生才会在未来的职业发展中更加自觉地提升自身实践能力，做好本职工作．

3 全方位评价体系的建立

针对教学目标，以教学过程为主线，设计以过程评价和终结评价结合的多元全过程教学评价体系．

将本综合实训单元的4个任务的考核测评量化，课程成绩由“课前学习、课中学习、课后学习”三方面构成，改变原来单一的由“任课老师”给分的单一评价体系，采用“平台自动生成、教师评价、学生互评和企业教师评价”全方位的学习效果评价途径，能更客观的评价学习效果，同时也有助于培养学生自主学习的能力和踏实的学习风气．

每个任务的评价采取“课前、课中、课后”（全过程）相结合，课中的成绩要由平台、学生、老师针对软件开发的各个步骤进行知识内容、技能操作、职业素养等全方位评价，如图7所示．

图7 教学评价设计

各评价主体的分数占比如下：

4 教学成效

1）选用技术先进、业界应用广泛的人脸识别技术，搭载人脸识别综合应用案例，学生学习兴趣浓厚．通过教学全过程的信息采集和统计分析，发现学生学习积极主动，课程参与度高，学习通平台访问量较以往有了很大的提高，课后作业的完成度在95%以上，学习效果明显提升．

2）采用混合式教学，线上与线下相结合，课前、课中与课后相结合．利用学习通平台，学生可以随时随地进行课前预习、课后知识复习、巩固拓展提高；课中学生沉浸在软件全生命周期的各个角色中进行真实操作实训，体验了企业一线工作岗位的能力需求和职业素养，产教融合，教学一体，提升了学生职业能力与劳动素养，充分调动了学生的主观能动性．以学生为主体，结合先学后教、难点教学，有助于学生及时消化和吸收知识点；虚实融合，理实一体，实时教学评价，促使学生主动构建、思考和实践，提升职业技能，培养可持续发展的潜力．

3）学生课程设计作业的完成度和完整度比以往有了质的飞跃，近一年，学生参加各类专业技能大赛并获得优秀成果：计算机设计大赛省级一等奖1项，二等奖2项，三等奖2项；大数据技术与应用技能大赛省级一等奖2项，省级二等奖1项；人工智能技能大赛，省赛一等奖1项．