Python程序设计混合式教学实践探究

李光敏,文富荣,许新华

(湖北师范大学 计算机与信息工程学院,湖北 黄石 435000)

0 引言

国家和高校都对混合式教学给予了高度重视和支持。《教育部2022年工作要点》强调实施教育数字化战略行动,加快推进教育数字化转型和智能升级[1]。《加快推进教育现代化实施方案(2018～2022年)》也要求大力推进教育信息化,构建线上线下混合式学习和学科互通的学习新生态,以现代信息技术推动教育质量提升[2]。混合式教学作为有效的教学模式,在此背景下得到广泛的应用和推广。

随着信息技术的快速发展,计算机编程语言的教学也面临着新的挑战和机遇。Python编程语言以简洁、高效、易学的特点和开源及第三方库支持的优势,增加了编程的灵活性和实用性,逐渐成为了当前教学和应用的热门选择。本文旨在探讨针对 Python 语言课程的混合式教学模式,以期提高教学质量和效果,培养学生的计算思维和创新能力。

混合式教学充分发挥线上线下教学的优势,提高教学效果。混合式教学结合了线上 MOOC 和线下课堂教学,既能利用 MOOC 的灵活性和丰富性,发挥学生的积极性、主动性和创造性,又能利用课堂教学的互动性和针对性,发挥教师的引领、启发、监控作用。混合式教学也能实现多元化的评价方式,不仅考核学生的知识掌握程度,也考核学生的技能运用能力和创新思维能力。混合式教学对计算机编程语言类课程具有很好的适应性和参考价值。

1 Python课程与教学改革要解决的重点问题

Python 是快速迭代开发的编程语言,虽然以简洁易用的语法和丰富的第三方库深受用户和市场钟爱,但在实际的教学过程中发现如下问题:

1)教学时长短,实践内容弱化当前教学中存在着教学时长短、实践内容弱化的问题。学生常常倾向于以C语言编程的结构型思维方式来学习,更注重算法的实现,而忽视问题的更好解决方法。Python 编程的特色在于保证代码可读性的同时,能让代码解决问题简单化。因此,该课程应凸显 Python 特色,尽量从最简单的角度去思考和编写,保证代码的简洁和更加 Pythonic.随着培养要求的提高,教学内容与学生编程能力的要求相脱节,因此需持续更新教学内容,以“所想即所得”的教学思路,激发学生的学习兴趣。

2)课程的评价方式重结果轻反馈

在课程评价中,教师的关注点主要集中于教学内容,而忽略了对学生学习效果的有效评价。目前采用的评价机制主要以期末总结实验成绩为衡量标准,这种方式过于单一,无法全面评估学生的学习效果。在教学改革中,可以引入创新的评价体系,结合电子信息技术,采用技术赋能的混合式教学方法,加强对学习过程中学生效果的评价。

2 混合式教学设计

本教学设计遵循教学目标、考核和教学活动的一致性,贯彻教育部《新时代基础教育强师计划》的“整体提升中小学教师队伍教书育人能力素质”精神[3],关注未来师范生在理工科专业的计算思维能力和知识训练的培养。

如图1所示,数字赋能下的混合式教学设计秉持“一体两翼两驱动”理念:一个教学过程主体,两个教学目标,两类数字资源驱动,以培养学生的信息意识、数字素养、工匠精神和运用知识解决实际问题的动手能力,满足“两性一度”的课程要求。

图1 “一体两翼两驱动”混合式教学设计理念

一个主体包括结合线上信息化技术和线下师生研讨互动的两种横向教学模式,让教学内容围绕纵向的课前、课中和课后三个环节进行规划、组织和展开,形成一个完整的教学过程主体。

两个目标包括组织和引导学生,完成能力培养和知识汲取两大目标,从教学内容、教学方式、评价方式等方面进行轴翻转,达到培养学生能力的目标[4],让课程教学完全回归到“学生本位”“能力本位”和“问题本位”的轨道上。

两类资源驱动包括采用多元化考核方式,有效利用MOOC 平台的课程视频、试题库等资源以及定时提醒功能,以督促学生及时完成课内学习任务。同时结合课外的博客和代码版本协作平台中提交的历史记录,观察度量学生在技术社区的活跃度,鼓励学生持续进行知识输出,培养学生的写作能力以及团队协作精神。

3 教学方法改革

贯彻教育部关于加强本科及以上层次高素质专业化科学教师供给、提高科学教育水平、夯实创新人才培养基础的精神。本课程从单一的知识输入,转变为以立德树人为根本的数字型应用人才培养,主要从三个方面对教学方法进行改进,如图2所示。

图2 教学方法改革实践路径

1)“学生画龙,教师点睛”的教学方式:培养跨学科自学能力,关注知识有效传递

实施费曼学习法,以教代学,选用优秀学生担任课程助教,提供知识答疑。通过校校合作,了解基础教育的人才培养需求,培养数字素养和计算思维能力。例如,利用 Python 中 for 循环知识点,编写口算题自动生成器、解答小学奥赛题等。

2)重构教学体系:注重时效性,因地制宜,因人制宜

从难度、复杂度、梯度方面迭代学习度,将各章节所涉及的知识点分解到综合项目任务中,由易到难,逐步解决实际应用。学习内容源于但不囿于在线资源,设计开发系列融合专业特色和思政元素的教学案例,探索针对师范类学生的特色教学。

3)激励和悦趣化的教学评价:过程性评价与总结性评价的融合

诊断性评价了解学生的学习水平、认知特点等,自动更新线上自学、线下研讨等各项加权值,每周通过腾讯文档定时推送给个人,方便了解各阶段学习情况在班级的排名。博客撰写和代码提交历史等学习记录也会进行过程性评价,强调知识输出。课终进行 OJ 在线考试,检查学生的综合应用能力,完成总结性评价。

4 课程教学内容及组织实施情况

课程内容改变以语法为主线的组织方式,调整为以问题解决为导向,以案例应用为载体,重组教学内容,将各章节所涉及的知识点(珍珠)融入综合项目案例(主线)中讲解。 课程共设计3个案例(四则运算器、中小学生学习习惯分析、在线思政课程可视化),其中以四则运算器和在线思政课程可视化的案例为例,各分解为5个子模块,将知识点融入到各模块中,基于问题导向的任务驱动课程体系对应关系如表1和表2所示。

表1 四则运算器案例课时安排

表2 在线思政课程信息可视化案例课时安排

为了更好地促进学生的学习效果和能力提升,在Python程序设计教学中,采用问题驱动式的线上线下混合教学设计模式。该设计模式主要包括课前准备、课堂活动和课后提升三个环节,通过有序的组织和安排,提供多样化的学习机会和资源,激发学生的学习兴趣和动力,帮助他们更好地掌握Python程序设计的知识和技能。

4.1 课前准备

在教学活动开始之前,教师提前做好学情分析,了解学生的学习状况和需求。教师通过学习通等教育平台,上传知识点的思维导图、课前练习等拓展资源,供学生进行自主学习。这些资源可以帮助学生在课前对相关知识进行预习,并提供相应的导学材料和练习题,让学生在自主学习的过程中积累问题和困惑。

为了引导学生有效地进行预习,设置预习导学和预习检测两个环节。预习导学环节通过提供预习指南、学习目标和相关学习资源,引导学生对即将学习的内容进行了解和准备。预习检测环节设置简单的测试题或问题,让学生在课前自行尝试解答,以检查他们的预习效果和理解程度。这样的准备工作有助于激发学生的学习兴趣,提前引发问题和讨论的需求,为课堂活动奠定基础。

4.2 课堂活动

在课堂教学环节中,采用多种形式和方法进行教学活动,包括教师讲授、学生质疑、小组协作、讨论、作品展示和归纳总结等。教师根据学生的学习情况和需求,灵活地组织和安排这些活动,以达到教学目标和要求。 教师通过讲授和演示的方式,介绍Python程序设计的基本概念、语法规则和常用技巧。同时,鼓励学生在学习过程中提出问题和质疑,促进思维的活跃和深入。在小组协作和讨论环节中,组织学生进行合作学习,共同解决一些开放性的问题或编写一些简单的程序。这样的活动培养学生的团队合作意识和解决问题的能力,同时提供实践和实例,加深对知识的理解和应用。

作品展示和归纳总结环节是课堂活动的重要组成部分。学生展示他们在课前准备和课堂活动中完成的作品和成果,例如编写的程序、解决的问题或讨论的结果。同时,教师进行总结和归纳,回顾本节课的重点和难点,强化学生对知识的理解和记忆。这样的环节有助于巩固学生的学习成果,提高他们的学习效果和参与度。

4.3 课后提升

课后提升环节是教学活动的延伸和巩固,旨在帮助学生进一步巩固和拓展所学的知识和技能。在这个环节中,学生利用网上QQ群、课后测试、技能竞赛和博客记载等方式进行深入探究和提升。

学生通过QQ群提问的方式,向教师和同学们提出自己在学习过程中遇到的问题和困惑。同时,参加一些课后测试和技能竞赛,检验自己的学习成果和能力水平。此外,学生还通过写博客、记载学习心得和经验,分享自己的学习过程和收获。这些活动可以激发学生的自主学习和思考能力,加深对知识的理解和应用,提升综合能力和创新能力。

此外,课后提升还包括课后延伸和反思提升两个环节。课后延伸是指通过提供一些拓展资源和学习材料,让学生对所学知识进行深入拓展和延伸。例如,提供扩展阅读的文章、编程项目或实例代码,供学生进一步学习和实践。反思提升是指学生对自己的学习过程和学习效果进行反思和总结,思考自己的不足和改进方向,从而进一步提高学习效果和能力。

5 课程特色与创新

本课程以数字赋能教育创新为契机,将数字素养培育和精益求精的工匠精神培养纳入教学内容,线下研讨为主,重在培养学生运用计算思维解决问题的能力,提前筹备未来作为基础教育教师所需的信息科技知识。

5.1 特色

课程融入了丰富有趣且有实际应用的中小学信息教学案例,以“从知识中来,到生活中去”为宗旨的教学思路。该思路强调将学到的知识与实际生活中的问题相结合,使学生在学习过程中能够感受到知识的实用性和重要性。通过解决真实的问题,学生将培养逻辑思维和计算思维能力,并逐步掌握解决问题的方法和技巧。该教学方式能够提高学生对知识的兴趣和学习的积极性,培养具备数字素养与技能的基础教育师范生候选人。

课程的实施改变传统以语法为主线的内容组织方式,重构以解决问题为导向的课程体系。将复杂的问题分解成简单的部分,并采用循序渐进的程序设计方式进行教学。通过逐步解决问题的过程,学生能够逐渐掌握程序设计的思维方式和方法,提高在问题解决过程中的成就感。这种以问题为导向的教学模式能够帮助学生更好地理解和应用所学知识,培养他们的创新思维和解决问题的能力。

5.2 创新

鼓励学生遵循3W原则持续撰写技术博客,注重写作能力的培养。通过撰写技术博客,学生能够将所学的知识和经验进行总结和分享,提高他们的表达和沟通能力。同时,技术博客也能够成为学生展示自己专业能力的平台,帮助他们建立自信心。

探索增值评价的方式,提升学生的专业自信。在教学过程中,不仅仅注重学生的学习成绩,更注重他们的实际应用能力和创新思维。通过定期的项目作业和实践任务,评价学生在实际问题解决中的表现,并给予针对性的指导和反馈。这种增值评价的方式能够激发学生的学习动力,提高他们的自我认知和专业自信。

挖掘优秀学生作为课程助教,提供及时的知识答疑。作为助教的学生不仅能够加深自己的理解和应用能力,还能够通过解答其他同学的问题,进一步巩固和深化所学知识。这种互助学习的方式能够促进学生之间的交流和合作,形成良好的学习氛围。

最后,借助手写板构建程序设计流程图,将问题分解、模式识别、抽象归纳和整合等过程可视化展示。通过可视化的方式,学生能够更清晰地理解问题的解决思路和步骤,避免在程序设计过程中因思路不清晰而感到困惑和迷茫。同时,还利用优秀的Python社区工具,将计算机求解问题的过程可视化呈现给学生,帮助他们更好地理解和应用计算机编程技术。

问题驱动式的线上线下混合教学设计模式通过融入有趣有料的教学案例,改变传统的内容组织方式,鼓励学生写作能力培养,探索增值评价,挖掘学生助教,借助可视化工具等手段,能够更有效地培养学生的计算思维能力,提升他们的创新思维和问题解决能力,为他们未来作为基础教育教师所需的信息科技知识提前做好准备。这种教学模式的特色与创新将为教育领域带来新的活力和发展机遇。

6 结论

通过分析Python混合式教学的理论基础和实施策略,构建了线上线下相结合的教学流程和评价体系,并借助网络教学平台,实现了任务驱动、理实一体、个性化和开源创新的教学目标。对于计算编程语言类课程而言,总结和反思了混合式教学模式的实践经验和存在的问题,为师范院校进行教学改革和提升教学质量提供了有益的参考。混合式教学模式在教育创新中具有重要意义,为培养适应未来社会需求的高素质人才提供了可行的路径和方法。然而,仍需不断探索和改进混合式教学模式,以更好地满足学生的学习需求和培养目标,推动教育的创新发展。