基于线上线下的Python程序设计语言教学改革探索

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  摘 要:本文旨在对Python程序设计课程的现状及教学过程中存在的问题进行分析,并从思想认识、课程内容安排、线上线下教学模式、实验内容设计和效果评价等方面对课程教学改革进行探索,以更好地提高学生学习兴趣,培养学生编程思维,使学生能够熟练运用该语言工具解决实际问题。
  关键词:Python程序设计;教学改革;线上线下教学;人才培养
  
  随着社会的发展,人工智能等高科技相继出现在了人类生活的各个领域,使得人们对人工智能的作用和意义有了全面而深刻的认识。因此,为了适应社会对人工智能领域人才的需求,特别是具有代表性的互联网企业,如华为、阿里巴巴、百度和腾讯等,近年来在技术人才招聘过程中均要求熟练掌握Python语言[1]。因此,众多高校的大数据分析相关专业均开设了Python程序设计课程。线上线下相结合的教学成为一种全新的教学模式[3]。因此,为了进一步提高人才培养质量,使得学生具有更高的实际操作能力和处理实际问题的能力,对课程教学过程中存在的问题进行深入分析和改革至关重要。
  1 Python程序设计课程简介
  Python程序设计作为应用统计学专业的学科基础与专业核心课程是数据挖掘技术与应用、数据分析与应用、数据可视化技术与应用和机器学习等课程的基础。Python语言是一门面向对象的解释型高级程序语言,其以免费开源、语法简单、扩展库丰富和可移植性强等特点被人们所熟知。作为一门计算机语言其主要涉及Python语言概述、运算符、表达式与内置对象、Python序列结构、选择结构与循环结构、函数、面向对象程序设计等内容。并且旨在通过本课程的学习,使学生掌握Python程序设计的基础知识,并能通过程序设计实现一些实际问题,并且具备一定统计方法的技术创新和的应用创新能力。运用科学方法与专业技术工具从事实际工作,综合分析及处理本专业领域一定复杂问题的能力。
  2 Python程序设计课程现状
  随着人工智能、Web应用开发、科学计算和大数据等领域新技术的快速发展,为了跟上时代的潮流,培养更多适应社会发展需要的技术人才[1]。为了培养学生运用Python这一专业技术工具从事实际工作的能力,并能够为人工智能、数据挖掘和大数据分析领域培养思维严密、动手能力强的计算机应用型人才。在众多高校中,大数据分析等相关专业均开设了Python程序设计的课程。Python程序设计其本质是一门语言类工具课,通过对Python基础知识、数据以及语法结构等方面内容的介绍,使得学生能通过程序设计实现一些实际问题,并能熟练使用该专业技术工具解决各领域实际问题。但是,目前该课程在教学过程中普遍主要存在以下几个方面的问题:
  2.1 思想认识不到位,导致对课程重视程度不够
  由于该课程是一门专业基础课程,在相关专业人才培养中有着重要的地位。但是学生对于该课程的态度仅是考试及格,并没有真正了解该课程的作用,从思想上缺乏对课程重要性以及其对后续专业课程的意义的认识。因此,在教学过程中,存在学生对该课程内容理解不到位、课后不练习不认真,实践环节任务完成情况不理想,都在很大程度上影响了课程的教学效果。
  2.2 教学内容安排不合理,过于侧重理论知识点的讲解
  该课程内容主要涉及Python程序设计语言的基本语法和应用。作为计算机语言,如果学生没有计算机语言基础,则会使学生觉得学习难度大、各类关系之间逻辑抽象且枯燥乏味。因此,关于课程内容的安排方面主要关注Python语言的基本语法及常用的逻辑结构的讲解,对于在项目中常用的字符串的操作、正则表达式、文件內容操作、文件与文件夹操作以及第三方库使用的引导等内容却很少涉及。如果在教学过程中不能正确安排这些教学内容,则会使得教学效果大打折扣,无法实现人才培养方案中关于培养学生熟练运用Python软件解决实际问题、从事实际工作和处理本专业领域一定复杂问题的能力。
  2.3 教学模式单一,无法满足多途径学习需求
  Python程序设计作为应用性较强的编程语言,其轻理论重应用的特点决定了在教学过程中其与理论性较强的课程的教学手段和教学方法也应有着显著区别。但是,在以往教学过程中,大多数情况关于该课程依然是传统的教学模式,课堂上以教师为主的讲授知识内容,学生被动接受,知识点的应用实践通常会作为课后作业留给学生,让学生课后自己操作练习。在学生被动接受的过程中,学生很少有机会主动参与到教学过程中来,学生没有参与感,没有成就感,从而无法调动学生学习积极性或者导致学生的积极性受到挤压。对于课后自行练习的要求,学生基本很少得到落实。最终,学生只知其知识点,不知如何应用,更不能用所学知识解决实际问题,从而无法实现教学目标,使得培养应用型人才的要求没能落到实处。
  2.4 实验内容简单枯燥,不能培养编程思维
  Python程序设计作为语言类工具课程,要熟练使用该软件进行编程,仅掌握基本语法以及各类逻辑结构是远远不够的。要真正掌握Python语言编程的精髓,除了掌握基本语法结构之外,更多的结合具体项目案例进行综合训练,进而培养编程思维。目前该课程教学过程中虽然都设置了一定课时的实验课,但是实验课的内容更多的是对于理论课知识点的简单验证,学生通常都是把课本中的代码重新敲一遍,然后运行出结果并与课本中给出的结果进行比较,如果结果一致则继续进行下一个知识点的代码编写验证。在这个实验环节中,学生只是进行了简单点的复制运行,并没有认证思考该知识点的实战化应用场景,更没有将具体知识点用于具体项目中。当要求学生抛开课本实现具体任务,学生往往是无从下手且语法问题频出。所以,传统的实验课程环节并没有实现学生对所学知识点的真正理解和掌握,更不能从这样的实验模式中培养学生抽象思维和编写完成程序的能力。   2.5 考核方式单一,未能体现学习全过程
  课程的考核是在教学过程中及结束前,针对课程所设定的目标而进行的各项测试,包括但不仅限于过程性测试、形成性测试及总结性测试,并对测试结果进行分析学习者是否达到课程目标的要求[4]。目前关于Python程序设计课程的考核多数是通过平时成绩(占30%)和期末考试成绩(占70%)两部分来衡量。期末考试通常采用闭卷考试的方式,主要涉及选择题、填空题、程序题和编程题构成,主要考查学生对基本概念语法和结构的记忆和理解。但是,众所周知针对Python程序设计这门课采用闭卷考试的方法不能体现出学生的编程能力和思维,也没有体现出该课程轻理论重应用的特点,也没能真正检验学生运用其解决实际问题的能力,并且该种考核方式也无法调动学生学习的积极性以及创新能力。
  那么,针对Python程序设计课程当前存在的问题。为了更好地落实人才培养方案,对该课程进行深入的教学改革至关重要。
  3 Python程序设计课程教学改革探索
  为了能够培养学生学习热情和兴趣、提高教学质量、巩固学生学习成果,使得学生在教学过程中能够学有所获,并结合多年来的企业工作经验以及教学实践经验,从以下方面对该课程的改革进行探索分析。
  3.1 提高思想认识,合理安排教学内容
  作为该门课程的授课教师要牢记该课程的重要性以及在人才培养方案中的地位,并且在开学第一节课的时候,给学生重点介绍Python程序设计课程的重要性,以及对后续专业方向课程的重要意义,以及该程序设计语言在互联网和人工智能等领域的广泛应用以及用人单位的重点要求等方面详细介绍,使学生从思想上认识该课程的重要性以及在未来就业中较强的竞争力,引起学生对该门课程的重视,进而吸引学生的学习兴趣。另外,针对Python程序设计课程内容应结合实际安排,课程总课时48学时,其中基本语法结构等理论知识点讲解24学时,实验课时24学时。该课程内容安排方面除了Python语言及编程环境、基本语法和流程控制外,增加字符串、正则表达、文件内容操作、文件与文件夹操作和数据的可视化等内容,并且对于各章节内容均安排实验课。
  3.2 采用线上线下相结合的教学模式
  为了提高教学质量,并且合理运用互联网教学媒介,改进教学方法,采用线上线下相结合的教学模式,从而消除学生学习过程中时间和空间上障碍,从而弥补传统教学模式单向传授的缺点。首先,课前线上学习。针对Python程序设计,根据该课程是以基础知识的掌握、语法结构的理解与应用以及编程能力的培养等为主要特点。因此,在课程教学之前建设线上课程资源,主要包括:课程教学大纲、课程教学设计、各章节知识点重难点讲解视频、各章节课件、话题讨论(问题咨询与解答)、章节测试题库、课程作业任务等内容。并且线上资源存在于学校内部的九竹平台中,该平台设有网页版和APP版以方便学生随时学习。学生结合自身时间可以借助电脑或手机等工具登录九竹平台观看相关内容部分完成相关教学任务。学生在观看教学课件的过程中,针对某一页不懂的地方可以直接在PPT页面标注不懂,观看视频过程中也可以留言自己不懂的知识点,教师会在线下课堂上重点讲解,也可以在留言板留言教师也会快速回应解答;然后,根据学生线上学习情况以及存在的问题,进一步完成线下教学工作,教师针对学生存在的问题和重难知识点课中线下集中讲解,这样不仅可以合理地分配各知识点的理论与实验课时,还能提高课堂教学的效率;最后,课后线上复习巩固。线上教学环节主要是帮助学生进行课前预习、课后复习和练习复习,由于各章节有大量的习题库可用于学生练习以巩固所学知识,课程讲授完成后,学生需要完成在线作业,对于每一章节都会有相应的章节测试。通过充分使用线上平台资源可满足学生随时随地学习的需求,进而保证学习时间,提高学习效果。
  3.3 选择合适案例作为实验任务
  传统的验证性的实验设计,不能从本质上让学生理解语法知识,更不能培养学生的编程思维。对于实验环节,可以设计项目案例让学生主要培养编程思维,同时设计的项目中包含以往的知识点,在练习新知识的而同时还可以复习以往语法知识。例如,在循环结构的实验环节可布置任务:30个人在一条船上,超载,需要15人下船。于是人们排成一队,排队的位置即为他们的编号。报数,从1开始,数到9的人下船,如此循环,直到船上仅剩15人为止,问都有哪些编号的人下船了呢?对于该任务学生可与发挥自己的自主创新能力,要求学生运用循环结构实现。该任务其本质是一个小游戏,这样的实验任务不经能够吸引学生参与的兴趣,还能检验学生对所学循环结构的理解,也给学生留出了自主创新的空间。
  3.4 采用多元化考核方法
  采用科学的评价方法对于学生的学习效果进行客观公正的评价至关重要。因此,结合Python程序设计课程轻理论重应用的特点,关于该课程的考核,可选择多元化过程考核方法。该考核方案由平时成绩(30%)、实验报告成绩(20%)和课程期末考试成绩(50%)组成,其中平时成绩主要包括:日常课堂考勤、各章节小测验、课堂提问环节和课后线上作业等;对于课程实验报告主要是与知识点密切相关的项目以小组成员共同完成,并且在实验报告成绩中为了凸显学生的操作能力,规定实践操作环节占40%,实验报告内容格式与结果描述占60%。并且为了防止个别学生不参与的情况,实行根据小组成员贡献程度互相打分的方法进一步计算各成员得分权重以保证实现客观公平的评价;关于期末考试,采用线上考试的方法,在规定时间内结合试题库学生在线随机生成试卷进行作答,为了保证公平性随机试卷中所涉及的知识点、分值以及题型均保持一致,力争通过多元化考核方法实现科学评价。
  4 结语
  Python程序设计语言作为目前最流行的语言之一,已被广泛应用于大数据分析和人工智能等众多领域相关问题的分析与处理。本文结合多年来教学实践对该课程的现状以及教学过程中存在的问题进行深入分析,并指出可通过提高思想认识明确课程的地位和重要性,并且要结合教学课时合理安排教学内容和实验,采用线上线下相结合的教学模式构建自由学习场景,设计生动有趣的案例作为实验内容,并采用多元化考核方法实现全方位全过程的科学评价。通过一系列改革举措使学生能够熟练掌握Python语言基础知识的同时,培养学生利用该工具处理具体实际问题的能力,进而落实应用型人才的培养。
  参考文献:
  [1]沈乾彦,赵海峰.Python语言课程教学改革探讨[J].计算机教育,2021(03):171174.
  [2]李忠慧,黄津津,王植青.Python程序设计课程在线思政教学研究[J].电脑知识与技术,2021,17(02):135137.
  [3]谢红霞,孟学多.“Python数据分析基础”线上线下混合教学设计与实施[J].计算机时代,2021(04):8991+94.
  [4]刘永红,胡先文,李雪刚,等.信息化背景下课程考核的改革与探索[J].大学化学,2017,32(03):3437.
  作者简介:丁毅涛(1987— ),男,漢族,陕西武功人,硕士,讲师,研究方向:高维统计数据分析。
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