面向工程类Python语言程序设计教学模式研究

刘文瑜 葛丽芳 陈 义

（福建工程学院计算机科学与数学学院，福建 福州 350118）

0 引言

2020年，教育部、国家发展改革委、财政部发文，指出要依托“双一流”建设，高校要深化学科交叉融合，培养和汇聚具有创新能力和合作精神的高层次人才[1，2]。2018年，教育部出台的《关于加快建设高水平本科教育，全面提高人才培养能力的意见》（教高〔2018〕2号）[2]等系列重要文件中指出，推进现代信息技术与教育教学的深度融合，加快形成多元协同、内容丰富、应用广泛、服务及时的高等教育云服务体系，打造适应学生自主学习、自主管理、自主服务需求的智慧课堂、智慧校园。

Python语言作为我国高校各专业程序设计入门语言，简单易学、开源兼容、面向对象、库资源丰富，是最接近自然语言的编程语言，代码简洁高效，对于没有编程经验的学生来说较易上手，学生无须纠结语言和程序编写方式，而是更快地找出问题并提出解决方案，这样更容易激发学生的学习热情。作为入门编程语言，Python适合所有专业，近年来已成为国内很多高等院校的程序设计入门语言。

超星平台是一个以在线教学平台为中心，涵盖课前建课、备课和学生预习，课中课堂教学和实践操作、课后复习考核和教学评估的日常教学全过程，融合教室端、移动端、管理端各类教学应用于一体的并支持个性化定制的信息化智慧校园教学平台。

面向Python语言越来越广泛的应用和各高校智慧校园系统的普及和推广，本文探索了一种结合Python语言的特性及工程类学生的专业特性，提出了一种基于超星平台知识游戏驱动，考核多样化的教学模式。

1 Python语言程序设计的教学现状

Python语言程序设计作为高校工程类专业的公共基础课程的入门语言，应用广泛，福建工程学院已向土木工程、地下空间、给排水工程、环境工程、交通工程等工程类专业开设Python程序设计语言，但是教学模式比较传统，在教学成果上收获甚微。

1.1 教学大纲

Python程序设计编程语言作为工程类专业公共基础必修课，课时一般在48～64课时，理论和上机实验各半，教学大纲一般涵盖程序流程控制、序列结构、字符串与正则表达式、文件异常等基础知识，教学大纲传统单一，没有充分考虑到专业的特性和Python语言的丰富性来制定适合和满足专业需求的教学大纲。

1.2 传统的教学模式

面向工程类学生的Python编程语言的教学大部分采用传统公共基础课的模式，课堂上教师以授课为主，理论教学和上机实验相结合，一般每一章节对应一次课后上机，上机的题目也仅仅是检测学生对本章知识点的掌握情况。题型单一枯燥，大部分学生以完成作业为目标，这种被动的课堂教学导致学生上课时懵懵懂懂，效率低下，一学期课程结束，学生对这门语言的使命完成，缺乏拓展性。

1.3 考核方式单一

Python编程语言的教学，无论是线上的考核还是线下的笔试都采用传统的考核模式试卷为主，题型跟Python二级考试类似，有选择、填空、编程等，这样的考核方式仅仅检测学生对知识点的熟悉程度，并未检测学生对这门语言的现实或专业应用，学生在学习过程中形成思维定式，认为在期末考的是成绩，而不是编程素养。

1.4 目前Python教学改革

目前，高校纷纷开展Python语言课程设计，Python教学改革研究成为热点。嵩天等人[3，4]以开展非计算机专业本科生Python语言教学为契机，建立完整的教学体系，积极丰富的线上线下教学资源；许洪云等[5，6]探索新工科背景下Python教学探索与建设；郑秀杰等[7，8]基于任务驱动、项目驱动的非计算机专业Python教学实践。上述研究虽然提升了Python教学的效果，但是在教学过程中的趣味性方面有所欠缺。

综上所述，传统的教学方式满足不了智能时代对综合性人才的需求，急需探索一种适合工程类专业的学生的教学模式。

2 工程类学生的特性和Python语言的丰富性

工程类的专业包含土工工程、地下空间、道路桥梁、环境工程等，培养目标是在相应的工程领域从事规划、勘察、设计、施工、原材料的选择研究和管理等方面工作的高级工程技术人才。这些学生大部分理科基础扎实，思维活跃，有部分在高中时已经接触简单的编程课程，具有一定编程基础知识和计算思维。在教学的过程中发现学生对编程的认知水平存在一定的差距，一般上机作业能在课堂上自主完成，期末成绩优异的同学大部分是高中已经接触编程语言，具有一定的编程思想。而对一部分同学来说，编程太抽象。

Python是一门新兴的程序设计语言，是一种解释、面向对象、动态数据类型的高级程序语言，其具有简单易学、可扩展、资源丰富、开发生态链完整等优点特别，使得Python语言已经在云计算、云服务、人工智能、Web、科学计算、大数据等领域应用广泛。Python语言也有丰富的开发环境，基础的Python IDLE、具有Project工程管理的PyCharm、具有数据科学研究的Anaconda、用户界面友好漂亮的SublimeText编辑器等丰富的编程环境。

3 面向工程类专业的Python程序设计语言教学的探索

3.1 教学前的准备

学生的角度:在Python课程授课前，学生可以先探索Python编程语言，自发主动地认识Python语言，结合Python语言丰富的应用，Python语言多样化的编程环境和工程类专业的特性和应用，以及自身编程水平，做好学习Python编程语言的预习工作。

教师的角度:面向工程类Python语言程序设计的教学，先与专业的教师进行沟通交流、专业的领域一般学生要做哪些课程设计、毕业设计等综合应用，Python在哪些专业领域有丰富的应用，从用户可视化的角度和专业需求对Python这门课做好相关的案例和专业应用，为上好工程类专业的Python课程做好充分的准备。

3.2 构建基于超星平台知识游戏驱动的教学模式

超星网络平台引进慕课、现代化先进教学的理念和模式，基于高校教师的用户习惯与体验，开发了集建课、富媒体内容建设、课程门户建设于一体的全站式课程建设简易功能，降低建设难度，实现高效课程建设。在此平台的基础上，针对工程类的学生在每一章知识的开头，设计可视化的游戏界面。基于知识的游戏可以通过平台下发给授课的班级，游戏设计如表1所示。

表1 Python知识的游戏设计

在超星平台讲授程序流程控制时，在课前嵌入“迷宫游戏”，迷宫有多种分支，在某些条件满足的情况下选择符合条件的下一步，在某些条件满足的情况下陷入迷宫死循环中。通过可视化的游戏界面，让学生更好地理解程序流程控制的分支、循环结构。在讲述序列结构时，引入中秋节的博饼游戏，根据投掷6个骰子的情况获取对应的奖项，通过这种可视化的动态的操作，在课堂上和游戏环节相结合引入序列结构，并巩固程序控制结构。在讲述文件与异常的情况，直接通过文件的增、删、改等操作引入文件相关函数。在讲解Python应用数据分析这一章，通过微信小程序，分析各种可视化的图表显示微信上的男女生比例、各个省的好友人数以及自己感兴趣的信息。课前引入游戏的机制，让学生在学习每一章之前先玩游戏，对所学的知识有一个更直接具体的认知，授课时在认知的基础上把知识点和游戏相结合，让学生更积极，主动地去探索Python语言。

3.3 考核方式多样化

传统的Python教学考核模式是以考试为主，对于有目的性的考试，学生的精神更聚焦在Python本身的知识点和期末如何获得高分上，忽略了考核学生对Python这门课的应用。在期末通过超星平台以问卷调查的方式调查学生期望期末的考核方式，比如，考试、大论文、项目等综合的方式，让学生自主选择。平台根据学生的选择提交期末作业，这种多样化的考核方式，可以让学生根据自己对这门课的认知和掌握程度，自主选择适合自己的方式。

4 结语

面对工程类学生的专业特性和Python丰富的应用基础，探索一种新的自主、融入知识游戏驱动、把知识点设计成可视化的游戏机制，在重要章节前让学生在超星网络平台的客户端通过游戏对新的知识点有一个形象、具体、趣味的认知，课中结合游戏模块化讲解融入知识点，课后学生自主消化研究，再配合多样化考核的Python教学模式，把学生培养成同时具备专业知识、实践能力、创新意识、融入各个专业知识体系的全面发展的优秀大学生。