基于斯坦福2025计划之自定节奏教育的Python程序设计课程教学改革实践

彭鹏

摘要：自定节奏教育是斯坦福2025计划四项核心部分中的一项，将大学生的在校学习分为了三个阶段（调整、提升、启动）。本次研究基于斯坦福2025计划，以Python程序设计为背景，以在校生特色为主，将Python程序设计的教学模式分为四个阶段，让学生根据自己的掌握情况在阶段中进行学习调整。以此来达到因材施教，提升学生的编程能力，从而推动教学改革。

关键词：Python程序设计;斯坦福大学2025计划;自定节奏教育;教学改革

中图分类号：TP311        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）34-0164-03

1 引言

提及人工智能，我们脑海中浮现出的往往是Python程序语言，迄今为止，人工智能在现代社会中的地位越来越重要，而Python作为人工智能（机器学习、深度学习等）的首选编程语言，由于其开源的特性，已经被移植到多个平台上（Linux、Window、MacOS、Solaris等），且标准库已经非常强大，再由全球的开发者持续贡献更多的库资源，Python不仅与人工智能紧密地捆绑在一起，也渗透到日常办公、IT运维、电子商务、社交网络等各个行业当中，体现出其强大功能。

截至2020年，TIOBE榜（结合程序员、课程和厂商使用搜索引擎等工具统计出的排名数据榜），Python优势非常明显，不仅涨幅巨大，而且依靠其强大的社区资源，生态应用日益剧增，用途广泛。

1.1 Python语言

Python是最为热门的编程语言之一，语法要素不多，是一门简单易学的程序设计语言，依靠其便捷性、灵活性的第三方扩展，成就了其在程序开发领域的地位。特点如下[1]：

（a）简单：对于初学者（包括计算机专业或非计算机专业的学生），非常接近人类的语言，强制的语法格式，使其代码易于阅读。Python是解释类型的程序设计语言，伪代码本质是其较大的优势，能够降低学生

（b）开源：Python由全世界的工程师共同维护，无论你是面向过程、面向对象或者是函数式编程的工程师，都可以在Python中找到合适的语言范式。而且依赖Python的开源性，在面向开源及私有软件项目的托管平台Github上拥有近一百八十万个项目仓库。

（c）紧缺：目前国内对Python开发工程师的需求高达四十万，涉及领域如大数据分析、人工智能、应用运维等，且薪资普遍高于其他类型工程师，随着国内在人工智能的投入与规划，对于Python人才的需求会呈现爆发式增长。

2 自定节奏教育

斯坦福大学于2010年成立专门的教学改革小组，开启新的本科教学工作研究项目。围绕着几百年来一直保持不变的教育模式进行研究，认为在线学习会潜在地影响高等教育中的时间、空间、专业知识、资格认证和学生机构。斯坦福大学认为大学有多重目标，它不只是一个获得专业知识和发展能力的地方，也是一个成熟的地方。在这种复杂特殊的环境当中，多重因素交织在一起，希望通过探索现在和未来的校园学习和生活来更好地推动教育的发展。

四项核心要素组成了斯坦福大学2025计划的教育目标。它们是开环大学、轴翻转[1]、自定节奏学习[2]、有目的地学习。此次教学改革的探索尝试是自定节奏教育。

自定节奏教育（Paced Education）：强调学生个性发展，根据学生个人的基础条件和意愿设计自己的学习节奏来完成各阶段的学习，主要包括三个阶段：调整（Calibrate）、提升（Elevate）和启动（Activate）。这三个阶段又分别个性化地预设了学习时间及其目标：

（a）调整阶段为6至18个月，旨在使学生通过了解学校、教师、专业以及自己的兴趣特质等来选择未来的学习。

（b）提升阶段为12至24个月，学生在此阶段组件包括学术导师、个人导师以及高年同学和信任伙伴在内的个人学习委员会，营造有利于深度学习专业知识的环境。

（c）启动阶段为12至18个月，意在培养学生将学习的知识转化为实际应用活动中，如实习、项目、研究等。

结合我校软件技术专业的人才培养方案，在开设《Python程序设计》之前的学期已经学习了《Java程序设计》和《Java程序设计实训》，学生已经有了编程的基础，尤其是面向对象的是程序设计思想，便于开展Python程序设计教学。

我校软件专业学生在两年的专业学习后将进行一年的顶岗实习，然后进入社会工作，为了更好地满足相关公司对软件专业学生的能力要求，增强学生的动手能力和主动学习习惯，希望通过此次教学探索达到目标。

3 自定节奏教育的教学实践

结合我校软件专业学生的人才培养方案，在《Python程序设计》课程开设前的学期已经开设的课程有《C#程序设计》《软件工程》《大数據分析与应用》《数据结构》《Linux程序设计》《计算机网络》《Java程序设计》《网页设计与开发》等课程，同学期开设的课程有《软件测试技术》《数据库应用与维护》《UML建模与设计模式》《JavaEE企业级开发》等课程，其中有专业核心课程，也有基础必修课程，其中网页设计、数据库、计算机网络等基础课程是学习Python程序设计的基础，再加上已经学习过Java程序设计，有了面向对象思维模式，对Python程序设计有相当的帮助功能。

在斯坦福大学2025计划轴翻转[2]的基础上，已经把教学过程分为如表1所示：

在传统的高职教育中，学生的学习计划被分为两年在校学习时间和一年的实习，在每一门的课程学习中每个专业、每个班级的学生被当成一个整体来进行教学，优点是可以整体把握教学进度，存在的缺点是学生的学习能力参差不齐，导致最终的掌握程度不同。

自定节奏教育[3]将学生的學习过程分为“调整阶段（Calibration）”“提升阶段（Elevation）”“启动阶段（Activation）”，每个学生可以根据自己的学习习惯在自我掌握的程度上决定是否进入下一阶段，也可循环往复在三个阶段。

第一阶段（调整阶段）：该阶段重点在于使学生尽快适应Python开发特色。

Python的基础语法如下：

（1）开发环境搭建：针对Windows、Linux、MacOS各种系统的搭建，开发工具PyCharm的使用方式等;

（2）基本语法：注释、行与缩进、变量和数据类型、标识符和关键字、数值类型、运算符及位运算等;

（3）常用语句：判断、循环和其他语句等;

（4）字符串：输入输出、内建函数;

（5）列表、元组和字典：不同容器的操作方式和内建函数用法;

（6）函数：参数、返回值、作用域、递归和匿名函数、日期时间函数等。

软件专业学生在之前的学期中已经学习过Java、C#等程序设计语言，已经掌握了较好的面向对象思维模式开发基础，所以绝大多数学生能够顺利平稳地度过，而且轴翻转教学中的第一阶段为基础语法，与自定节奏教育的“调整阶段”契合，与Java、C#语言相似的语法以相对较快的速度讲授并练习，重点讲授Python特有的语法知识点，如：列表、元组和字典等，通过四个教学周的学习让学生调整好自己的状态适应Python的开发特色。

第二阶段（提升阶段）：该阶段重点在于让学生结合实际项目发现薄弱点，学习后能提升自身能力。

教学中以Python最常见的爬虫项目为例，目前比较常用的爬虫技术有urllib、requests、scrapy等[4]，各自优缺点不同，选取urllib为例进行教学，流程如图1所示：

（1）导入包涉及知识点：Python模块，知识薄弱点为如何引入第三方模块;

（2）设置抓取网页、HTTP头部header：知识薄弱点为网页URL组织Get请求参数和HTTP请求头部参数;

（3）发送HTTP请求网页：知识薄弱点为如何使用第三方模块相关函数方法;

（4）解析返回的网页内容并存入列表：知识薄弱点为HTML网页代码结构、XPath格式用法;

（5）进入列表循环并解析内容存入文本文件：知识薄弱点为列表循环、Python文件读写操作、使用第三方模块进行图片下载等。

通过该阶段的项目应用让学生发现已学知识当中的薄弱点，不只是Python的知识点，还包括HTML、计算机网络等其他学科的薄弱点，通过项目促进学生再次夯实相关学科知识点，促进学生全面发展，增强其自我学习、自我修复、自我增强的能力。补齐短板后并自我选择进入下一阶段学习新技能。

第三阶段（启动阶段）：

斯坦福2025计划当中的激发阶段是指将已掌握的技能知识应用到现实当中，结合本校软件专业学生特点布置相应的项目，在对应的项目中重新进入第二阶段再次发现新的知识薄弱点，以此循环往复第二、第三阶段，能够丰富学生的Python编程知识并提升能力，项目如表2：

该阶段教学以项目督促学生找自身的薄弱点，如此反复多个项目后学生即可自主学习大型项目增强动手能力。

4 结语

针对斯坦福大学2025计划的自定节奏教育模式，借以项目教学的模式查找学生的薄弱点，反向督促学生找到掌握还不够熟练的技能知识点，通过课堂教学和持续的自我学习来补足技能短板，提升对Python的兴趣。此种教学改革探索也督促任课教师持续的学习能力，通过编写多个项目来融入课堂教学当中，促成自身的技术迭代更新。

参考文献：

[1] 嵩天，黄天羽. Python语言程序设计教学案例新思维[J]. 计算机教育，2017（12）：11-14.

[2] Stanford University 2025. Axis Flip[EB/OL].[2020-12-12].http：//www.stanford2025.com/axis-flip

[3] Stanford University 2025. Paced Education[EB/OL].[2020-12-12].http：//www.stanford2025.com/paced-education

[4] 孙梦薇，姚渝琪.关于爬虫在网页信息统计中的应用探讨[J].电子世界，2020（5）：60-61.

【通联编辑：王力】