新工科背景下基于OBE的Python实践教学研究

赵丽丽

[摘           要]  在新工科建设的迫切要求下，以Python语言的实践教学为研究对象，基于当前新工科对人才培养的要求，结合成果导向教育（OBE）理念，从教学内容、教学设计、师资建设、课程考核等方面提出了相应的教学改革策略，提高学生的能动性，提高人才培养与社会发展需求的契合度。

[关    键   词]  新工科;成果导向;Python实践;教学改革

[中图分类号]  G642                    [文献标志码]  A                  [文章编号]  2096-0603（2022）10-0016-03

一、引言

2017年，教育部颁布的《新工科建设指南》，针对高校人才培养方面提出明确要求，各高校需要探索多学科交叉融合的工程人才培养模式，组织开设跨学科课程，探索面向复杂工程问题的课程模式，组建跨学科教学团队，强化工程人才的创新创业能力，做好新工科人才培养问题。随着信息技术的发展，新工科所对应的是目前的新兴产业，如大数据产业、人工智能、云计算等，在人才素质与能力需求方面，新工科或新兴产业更加关注的是人才的实用性与综合性，因此，传统的教学模式，以教师为教学活动主体，采用“填鸭式”教学已不符合社会人才培养需求。新工科对人才培养模式、课程的理论教学与实践教学，都提出了新的要求，新的教学模式应注重实践能力、创新能力、工程能力与工程素养的培养。在推动新工科建设的背景下，面向新兴产业的发展，高校更加迫切需要加快新工科的内涵建设，加强课程建设，改革教学模式与教学理念，创新人才培养模式。

二、成果导向教育理念

成果导向教育（Outcome Based Education，简称 OBE）于1981年由斯帕迪（Spady）[1]等人首次提出，之后被越来越多的专家所关注，并很快得到了教育界专家的认可，越来越多的人开始研究OBE理论。OBE理论是一种以学生最终的学习成果为导向的教育理念，认为整个教学过程的事实最终目的就是希望学生通过教育过程，最后能取得社会认可、自我满足的一种学习效果或成果。因此，OBE理論关注的是长期的学习效果，不仅仅是学生的课业学分，更多关注的是毕业后学生所拥有的能力，以学生具备的实际能力作为衡量标准，反映学生通过实施教学整个过程之后，将知识用于解决实际问题的认知能力。目前，在中国、美国、英国、加拿大等国家成为当前教育教学改革的主流理念。美国工程及技术教育认证委员会（ABET）于2000年之后开始实施成果导向理念的认证模式[2]，践行工程教育专业认证的基本理念：成果导向、学生为中心和持续改进。我国自2005年开始开展工程教育认证，其认证理念是：以学生为中心、成果为导向和质量持续改进[3]。因此，为达到工程教育认证的要求，提高人才培养的质量，将OBE成果导向这一先进的教育理念，应用到更多的教学实施过程中，实施教育教学改革，从而加快新工科建设进程。

三、Python课程教学现状

随着新兴产业的发展，云计算、大数据和人工智能逐渐成为主流技术，其中，Python语言作为主要使用语言，受到了越来越多的关注，在科学计算、机器学习、数据挖掘等诸多领域中发挥着极其重要的作用。2018年教育部考试中心将Python语言纳入计算机二级考试科目中。2019年，IEEE Spectrum发布了全球最受欢迎的编程语言排行榜，其中Python语言高居榜首。越来越多的高校逐步开设Python课程，但目前主要以通识教育为主，授课内容多为基本语法，教学案例多为基础案例与经典算法应用，无法将Python设计方法与专业问题、实际问题结合起来，课程定位与专业实际需求不匹配，无法解决实际问题;课程学习目的不明确，学生积极性不高等[4-5]。近年来，国内外大学对Python课程的教学和实践教学环节进行了较深入的研究和探讨，主要从计算机思维[6]、新工科[7]、成果导向[8]、慕课[9]、混合式教学[10]等方面进行教学改革，并发表了相应的教改论文。本文基于新工科背景，结合成果导向理念，确定Python课程的教学应以专业能力培养为导向，将实际问题与知识点讲授相对应，注重培养学生解决实际应用问题的能力，提高学生创新应用能力。

四、基于OBE的Python实践教学改革

（一）教育理念改革

将新工科教育理念融入Python实践教学中，以成果导向为引导，突出以学生为中心的教育理念，注重学习产出和学生能力提升，主要通过以下三个方面改革：

1.个性化教育

尊重学生的个性化差异，根据其专业特点与兴趣爱好，给学生更大的自由选择空间，通过构建“第一课堂与第二课堂”体系实现个性化教育。第一课堂体系以人才培养目标确定课程体系，融入专业元素，创新开展公益劳动课程，扩大选修课的范围和学分。是否达成与岗位胜任力验证作为课程体系评价标准，进行校、内双循环;第二课堂通过常规活动和创新板块培养学生岗位技能，实现学生职业素养全面发展，培养学生创新能力和沟通能力，着力提高学生的创新能力、实践能力。学生可以根据个人喜好，有针对性地选择课程，确保学生的充分发展，培养“个性化”人才。

2.多元化知识体系构建

丰富课程授课内容，不断拓展深度与广度，多学科交叉，推动课程的内涵式发展，鼓励学生在学好本专业的基础上，依托“第二课堂”，积极涉猎学习相关学科的知识，构建多元化知识体系，为培养“通用型、综合型”人才奠定基础。

3.应用型人才培养模式

紧跟社会人才需求，持续更新培养内容与培养目标，加强实践创新能力培养，服务地方性改革与发展，培养专业知识扎实、实践能力突出，掌握互联网、大数据等信息技术，具有良好的创新精神和团队合作精神的高素质应用型信息服务专门人才，实现新型复合型、应用型人才培养目标。

（二）教学内容改革

作为大数据、人工智能的主流技术语言——Python语言，教学内容方面更应该注重实践教学内容更新，将知识点与项目中的实际问题相结合，增加OBE成果导向教育，加强实践能力培养内容。课程讲授内容结合授课专业需求，整合教学内容，既要满足计算机类专业学生的实际需求，又要考虑到专业课、升学、就业等方面的需求，同时结合创新创业教育、工程认证、学科竞赛等相关内容，尤其可参考数据挖掘中相关竞赛中的实际案例、竞赛题目，将其与课程的基本理论知识相融合，明确课程的授课知识点。课程内容的组织依然采用传统的任务驱动模式，要求学生根据所学知识点完成相关的项目任务。随着学生完成教学大纲内设定的进阶型教学任务，快速学会和掌握Python的基础知识与基本操作技能，从而提升学生的数据处理能力，达到使学生能根据给定数据进行统计与分析的目标。

在教学内容选取方面，同时做到与时俱进，引入一些最新前沿的计算机知识以及科技动态，与时事、新技术结合起来，激发学生的学习热情，因此，Python的实践教学部分抽取数据挖掘项目中的子任务作为授课内容，逐级提升学生实践能力。

1.网络爬虫

作为Python教学的基础部分，要求学生掌握定向抓取相关网页资源，根据既定的抓取目标，有选择地访问Internet上的网页与相关的链接，获取所需要的信息。

2.数据分析

作为Python教学的核心部分，要求学生掌握适当的统计分析方法，对数据进行加工、整理、统计与分析，对数据加以详细研究和概括，提取有用信息，从而形成某一特定结论与分析报告。

3.数据可视化

作为Python教学的应用部分，要求学生掌握提取信息单位的各种属性与变量，通过表达、建模以及对立体、表面、属性以及动画的显示，对数据加以可视化的呈现。

（三）教学模式改革

Python教学采用线上线下结合的混合式教学模式，针对Python编程课程的应用特性，其基础理论知识采用线上视频教学与线上答疑为主，实践教学内容采用任务型教学模式与自主性学习模式，将成果导向理念贯彻在教学的各个环节中，整合专业知识，形成课程教学主线。采用进阶学习模式，主要分为四个时期，认知时期、翻译时期、程序时期与解决问题时期。

1.认知时期

課程的了解阶段，该阶段的思维模式以直觉性与集中性为主体，通过表象性的知识学习，确定学习的方向和内容，以及确定要达到的主要目标。在该时期，学习内容为Python的语言简介、基本语法：变量、表达式、语句等。

2.翻译时期

课程的内化阶段，该阶段的思维模式以概括性与间接性为主，通过前期大量表象性知识的积累基础上，把事物共同的特征和规律抽取，同时借助一定的媒介和知识经验对事物进行概况与全面的认知，形成文件化、标准化、系统化的知识。在该时期，学习内容为Python的基本结构、函数、文件、字典、数据库的访问与使用等。

3.程序时期

课程的重构阶段，该阶段的思维模式是对经验的改组，将知识梳理与技能训练进行有机结合，从而对已有的知识经验不断进行更新和重构。将前期认知时期与翻译时期的知识积累，与实际程序、实操训练结合在一起，促进学生的知识整理、技能的培养，以达到思维的二次飞跃。在该时期，学习内容为Python的基础应用，包括特定主题的文本获取、数据采集、简单的数据统计与可视化。

4.解决问题时期

课程的实践阶段，该阶段的思维模式是实际发现问题、解决问题的思维模式，将前期所掌握的知识和技能组建为结构化的模型，采用程序化的思维模式解决问题。在该时期，学习内容为Python的高级应用，包括现实生活中实际的问题、竞赛题目或项目案例。

根据不同时期的学习特性和知识要求，前期以线上教学为主，主要讲授基本理论知识，之后，随着学习内容的累积和加深，逐渐增加线下学习时间，充分利用已有的在线教学平台，结合翻转课堂、微课等多种方式方法科学教学，将传统的课题讲授模式与线上授课相结合，组织混合式教学，提升教学效果。课堂教学与线上教学平台的有机融合，不仅可以为教师提供多种教学方式和方法，同时可以直观地反映学生的学习情况，帮助教师更好地管理整个教学过程。

（四）师资队伍改革

依托校企合作，整合学院师资与企业技术工程师组建跨学科、高水平的师资队伍，同一门课程由学院教师与企业教师共同承担，根据课程内容及不同时期确定授课人员。大多数情况下，在认知时期与翻译时期由学院师资讲授，主要以理论知识为主，构建学生Python教学理论知识基础;在程序时期与解决问题时期，由企业教师承担授课任务，在授课过程中引入企业实战项目，将知识点与项目需求有机结合在一起，融会贯通，提高学生的实践能力，增强知识的综合运用能力，真正达到“学以致用”的目标。

（五）考核方式改革

坚持以成果为导向，增加过程性考核比例，注重实践综合能力的考查。传统的评价方式仍以期末理论考试为主，期末考试一张卷，决定了学生学习的好坏，导致很多学生不注重平时学习的积累，只靠考前突击、作弊求通过，无法凸显考核的真正目的，帮助学生更清楚地了解自己目前的学习情况，反思自己在课程学习中的错误。因此，课程采用多元化的评价体系，在实践课程中采用开放性、多样化的考核方式。可采用上机考试或“一人一题”的项目考核，让学生去寻找解决方案，提升解决问题的能力，注重考核学生的知识运用能力，而非应试能力。同时，鼓励学生多参加各种类型的专业竞赛，报考基础类专业职业从业资格证书，将课程理论体系与竞赛内容相互促进，相辅相成。将竞赛成绩、职业证书纳入考核内容，作为课程考核的附加条件，鼓励学生“学以致用”，提高学生的学习能动性，增加学习积极性，真正实现“以成果为导向”的教育理念，提高学生的综合素质，让人才培养契合社会发展需求。

五、结论

随着大数据、云计算与人工智能的快速发展，越来越多的高校都开设了Python程序设计语言课程，但在教学内容、教学设计等均采用常规教学模式，教学效果欠佳。本文以Python教学为研究对象，结合“新工科”的人才培养目标要求，基于成果导向理念，针对Python课程的培养目标、教学内容、教学设计、师资队伍、考核方式等方面提出教改策略，在实际课程运行中，可有效地改变课程现状，但仍存在一定的问题。在以后的教学中，仍需要继续努力做好课程改革，始终坚持“以学生为中心”的原则，加强学生的学习能动性与积极性，不断培养学生的工程实践能力和创新能力。

参考文献：

[1]Isa C M，Saman H M，Tahir W. Understanding of outcome-based education（OBE） implementation by civil engineering students in Malaysia[C]//Proceedings of the 9th IEEE International Conference on Engineering Education （ICEED）. Washington，DC：IEEE，2017：96-100.

[2]李建國.基于OBE与TRIZ理论相结合的《计算机导论》课程改革实践[J].教育现代化，2019，6（24）：72-74.

[3]李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014（17）：7-10.

[4]陈芳.高职院校Python课程教学体系设计[J].花炮科技与市场，2020（3）：162.

[5]叶鸥，李占利，冯健，等.基于DICE知识生态模式的Python课程教学实践[J].软件导刊，2020，19（8）：264-266.

[6]肖卓宇，黄俊，徐运标，等.新工科视角下以计算思维为导向的高职Python程序设计公共课程教学改革研究[J].电脑知识与技术，2020，16（21）：154-155.

[7]管小卫.高职院校Python语言课程教学研究[J].当代教育实践与教学研究，2020（14）：63-64.

[8]段韶鹏，贾博文.基于成果导向理论的Python课程教学改革与实践[J].电脑知识与技术，2020，16（20）：120-121.

[9]王昕天，胡畔.基于慕课平台的Python线上线下一体化教学模式研究[J].现代职业教育，2020（18）：28-29.

[10]谢文广.混合式教学模式在“Python”语言课程中的应用[J].无线互联科技，2020，17（1）：109-110.

◎编辑 王亚青

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