新工科背景下基于OBE理念的Python课程实践教学

陈荣

摘要：针对“Python语言编程”课程实践教学内容综合性不足、与学科专业实际项目结合度不高以及与前沿知识和先进技术脱钩等问题，文章结合OBE理念设计课程教学改革方案。该方案从成果出发逆向构建实践教学内容3层体系，建立包含实际应用背景、多学科多领域问题以及前沿信息技术的Python案例资源库。通过实践，该课程改革方案提高了学生的计算思维、综合应用与创新能力，改善了学习效果。

关键词：Python程序设计；OBE理念；新工科；实践教学

中图分类号：TP311.1文献标志码：A

0 引言

与传统工科培养具备专业技能的工程师不同，教育部自2017年推进新工科建设以来，对高校培养创新能力、跨学科知识以及国际化素养的工程技术人才提出了更高的要求。在“Python语言编程”课程教学中，通过案例和项目探究学习和构建编程思维是培养学生多元综合能力和创新意识的重要途径^[1]。近年来，产出导向教育（Outcome Based Education，OBE）因其以最终成果为导向的工程教育模式所具有的良好效果，已被广泛应用于教学改革实践^[2]。因此，Python实践教学也要适应新形势的要求，主动变革，将以学生成果产出的OBE理念与Python实践教学相结合，以培养学生的科学计算思维、动手实践能力以及创新意识^[3]。

1 传统教学存在的问题

现有“Python语言编程”课程教学模式主要以“教师讲授+学生平台操作”为主，注重对高级语言程序设计基础语法的验证。该模式主要存在以下问题。

1.1 Python实践教学内容综合性不足

目前，教学内容偏向基础语法演示与验证，程序流程、函数、模块与库等知识点独立分散，案例来源比较单一，学生难以形成系统分析、设计和解决问题的能力。

1.2 实践内容与学科专业实际项目结合度不高

计算机科学与技术、数据科学与大数据技术和人工智能等专业的学生专业课主要开设在大二至大三学年，此时“Python语言编程”已经结课，前期程序设计实践环节缺少学科相关案例。

1.3 实践内容与前沿技术脱节

实践教学内容普遍为简单场景，缺乏与先进技术的有机结合，导致学生对数据挖掘、知识图谱、人工智能（Artificial Intelligent，AI）大模型等前沿知识认识不够，缺乏学习动力，难以形成创新思维和意识。

基于以上问题，本文在以产出为导向的教学理念指导下，合理设计教学改革方案，深度挖掘与专业建设、实际应用场景和先进技术的融合点，构建实践教学内容3层体系，从基础、专业和创新应用3个方面逐步建立和完善课程案例库，并应用于教学实践，形成学生能力达成与成果产出的闭环，对培养适应新工科建设的复合型人才具有深远意义^[4]。

2 实践教改方案设计

通过对Python实践教学在广度、深度以及综合度等多重维度的探索^[5]，改革方案设计遵循以成果产出为导向构建实践教学内容体系的基本思路，如图1所示。该方案主要由3个部分组成：构建实践教学内容3层体系；设计并完善细粒度强、灵活度高、扩展性强的实践案例库；实施与评价教学实践效果。

2.1 教学内容体系构建

为了改善现存问题，本文以成果为导向构建了Python实践教学内容3层体系，具体包含Python语言基础、专业以及创新应用，如图2所示。其中，基础应用部分为学会阅读和分析程序，了解大数据与人工智能时代热点，培养学生编程思维，达成实际问题求解的能力，同时，拓展“以证代考”策略以具备职业相关技能。专业应用从不同学科领域出发，赋能自身专业，了解相关技术如机器学习、网站开发和数据预测分析等，增强跨学科交叉融合，以专业学科比赛为平台，提升学生解决不同学科问题的知识应用能力。创新应用则以申报大学生创新训练项目、申请软件著作权和专利等为依托，形成大数据可视化产品、软件系统、创意艺术作品等成果，培养学生的创新意识与创新能力。与传统教学模式相比，实践教学内容3层体系在人才培养方面更具系统性和阶梯性。

2.2 多维案例库设计

为了更好地适应专业发展目标，本文通过整合与重构Python教学内容，形成高灵活度的实践教学内容框架，案例设计在3层体系中侧重于应用。因此，本文从实际问题项目、不同学科领域和前沿信息技术3个角度出发，探索并建设多维全面的Python实践教学案例库。其中，基础应用涵盖Python基本语法、流程、字典以及模块的使用，如经典数学问题求解、文学作品分析、垃圾分类查询系统等。专业应用侧重跨学科融合，引入经济学、统计学和医学等不同专业领域的案例，起到赋能专业未来发展的作用，如上市公司财务风险预警、电商数据可视化大屏和医学影像处理等。创新应用注重开阔国际化视野，发散学生思维，引入ChatGPT、知识图谱问答系统和益智小游戏等前沿技术或企业实际项目。具体案例资源包含教学课件、教学设计、案例指导书或说明书以及演示源代码，便于教师教学与学生操作，有利于打破不同教师授课间的信息壁垒，实现课程教学团队资源共享。

2.3 实践教学改革实施

以青岛黄海学院为例，2023年，对2021级人工智能本科班级开展了一学期的“Python语言编程”实践案例教学试点，形成了初步的基础、专业和创新应用3层体系。从基础应用来看，学院依托校级在线课程平台，结合全国计算机等级考试大纲知识点录制和完善线上视频内容与题库，将二级真题融入线上视频、课堂讲授、上机实验以及课后作业各个阶段。期末考试将传统的“教师出题—学生笔试”调整为从Python二级题库中随机抽题模拟机考，积极开展学校“以证代考”政策，将计算机等级证书与课程学分置换政策落到实地。从专业应用来看，青岛黄海学院取消传统的笔试章节测验，利用翻转课堂、团队项目和头脑风暴等手段，从实践教学案例库中引入丰富的项目，加强编程语言与专业或跨学科的有机融合。在上机实验环节，青岛黄海学院引入基于Python的综合项目，同步接入相应的专业学科竞赛赛题，如针对“电工杯”全国大学生数学建模竞赛B题为例，开展有关人工智能对大学生学习影响的主题讨论、抢答、分组任务等活动。在创新应用方面，青岛黄海学院在期中考核中融入医疗领域“视网膜OCT分割”案例，对学生PPT制作能力、演讲能力和编程能力进行综合训练。在授课过程中，从基础到专业应用，再到创新应用，从Python语言的理论到数据挖掘和数据可视化等专业课程的思考，再到金融、交通、医疗和游戏等不同场景的应用，授课教师不断启迪学生的发散思维和创新意识。

3 实践教学改革效果

在实施“Python语言编程”实践教学改革后，授课效果较以往有显著提升。从成果产出来看，学生基于实践内容掌握编程技能，了解学科专业知识与前沿信息后，产出多项优秀成果。首先，实践班级学生在2023年9月全国计算机等级考试中获取了Python二级合格证书，在青岛黄海学院中取得了历史突破，验证了“以证代考”政策的有效性。其次，学生在大学生创新训练项目的申报积极性方面有了明显提高，尤其是在选题方面更注重应用，致力开展跨学科融合的前沿问题探索，服务当地经济发展，如井盖问题分类、眼表疾病检测和仪器仪表安全识别等。2023年，教师指导学生申报大学生创新训练项目，获批国家级1项、省级2项、校级20余项，基于项目基础进一步指导学生作为第一作者发表学术论文2篇。另外，同年，教师指导学生积极报名参加“蓝桥杯”程序设计大赛、数学建模竞赛、数据分析技能比赛和数字媒体科技作品及创意竞赛等专业学科竞赛，取得10余项国家级奖项。

4 结语

本文通过对新工科背景下“Python语言编程”课程教学存在问题进行分析，构建以能力成果为导向、以案例为载体的实践教学改革方案，在青岛黄海学院人工智能专业进行实践。实践结果表明，该改革模式能够有效促进学生学习效果和能力达成，基于OBE理念逆向构建基础应用、专业应用和创新应用实践教学内容3层体系，从实际项目背景、多学科多领域问题和前沿信息技术3个层面不断构建、完善和优化多维度案例库，既满足了学生能力达成与成果产出需求，又适应新工科背景下实践教学建设的根本要求。

参考文献

[1]张雷，李洪安，李霞，等.新工科背景下Python程序设计“一中心两互动六途径”教学改革[J].计算机教育，2023（8）：86-90.

[2]王素云，陈海勇.基于OBE的《Python程序设计》课程教学改革[J].中国新通信，2022（22）：93-95.

[3]刘盈，谷建涛，闫海波，等.基于OBE理念的Python程序设计课程实践案例教学[J].计算机教育，2023（1）：21-27.

[4]冯志红，何澎，李凤荣，等.案例驱动的“精理论+强实践”Python通识课程教学探索[J].计算机教育，2023（3）：199-202.

[5]黄俊莲，吕博学，段雪丽.基于OBE理念的教学改革与实践——以“Python编程与实践”课程为例[J].教育教学论坛，2021（13）：71-74.

（编辑 王雪芬编辑）

Practical teaching of Python course based on OBE concept under background of new engineering

Chen  Rong

（Qingdao Huanghai University， Qingdao 266427， China）

Abstract： In response to the insufficient comprehensiveness of the practical teaching content of the “Python Language Programming” course， the low integration with the actual projects of the discipline， and the decoupling from cutting-edge knowledge and advanced technology， this article designs a teaching reform plan for the course based on the OBE concept. This plan starts from the results and constructs a three-layer system of practical teaching content， establishing a Python case resource library that includes practical application background， multidisciplinary and multi domain problems， and cutting-edge information technology. Through practice， the proposed course reform scheme has improved students computational thinking， comprehensive application and innovation abilities， and improved learning outcomes.

Key words： Python programming; OBE concept; new engineering; practical teaching