“一流课程”建设背景下的Python 程序设计教学改革探究*

王金虹 郭小磊 李丹

（山西中医药大学）

课程建设是高校教学建设的基础，加强课程建设是提高教育教学水平的重要保证[1]。《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》（教高〔2019〕8 号）介绍了关于“一流课程”建设的总体要求、建设内容和实施等内容，三年左右时间将建成万门左右国家级和万门左右省级一流本科课程[2]。高等学校特别是中医药院校要大力推进现代信息技术在教学中的深度融合，不断提高课程的两性一度，是教学改革的趋势所在。研究以Python 语言程序设计课程为基础，结合学校实际，对标线上线下混合式一流课程要求，依托中国大学MOOC、超星学习通和头歌实践教学平台，在学情分析、教学方法、教学内容以及学生考评等方面开展了教学改革研究和探索。

一、理论依据与背景

（一）一流课程

一流课程的建设是高校“双一流”建设的立足点和抓手[3]。一流课程具有高阶性、创新性和挑战度内涵— —“两性一度”，应以课堂为核心，涉及课堂内外，课程始终以学生为中心、师生角色转换、多元评价课程为设计原则[4]。

线上线下混合式一流课程是“双万计划”重点建设课程类型之一，混合式教学是将在线教学和传统教学的优势相互结合、并相互补充的一种教学方式，是以学生主体参与、教师主导活动的混合来实现课程理想的教学效果[2]，以学生为中心，通过线上+线下的教学模式，不断激发学生学习动机，极大提升学生学习的主动性、积极性与创造性。

（二）计算思维

计算思维是运用计算机科学基础概念进行问题求解、系统设计以及理解人类行为的思维活动，本质是抽象和自动化[5]。其包括两个方面，即建构问题模型，以及用人或机器可以有效执行的方式表示问题解决方案[6]。随着其理论与实践研究的不断深入，计算思维逐渐从计算机科学领域走向更宽泛的应用领域。大数据、云计算、人工智能、5G 技术等多种新技术的发展和应用，助推计算思维与学生批判思维、问题解决能力的密切相关，培养计算思维不仅能提高学生的信息技术，更有助于培养学生的创新意识、提高跨学科问题解决能力和创新能力。

二、课程教学改革的构建与实施

山西中医药大学（以下简称“我校”）Python 程序设计课程是面向所有本科专业开设的计算机公共课程，也是学生大学生涯的第一门计算机课，教学目标是使学生掌握语言的基本语法、语句和结构化程序设计的基本思想和方法，了解基本的算法和数据结构、良好的程序设计风格，不断培养学生运用编程语言解决实际问题的编程习惯和思维能力。通过学习，不断增强学生的计算思维能力、让学生学会对现实问题的主动抽象表达，并使用计算机进行问题求解，不断提高学生的信息素养和运用信息技术解决跨学科实际问题的能力。

课程的教学改革从学情分析、教学计划、资源建设、教学实施和课程评价五个方面进行构建与实施，每个方面既相互独立又互相补充，形成的教学链，如图1 所示。

图1 研究框架

图2 教学实施贯通课前课中课后全过程

（一）依据学情分析拟定教学计划

由于我校Python 程序设计课程是面向所有本科专业开设的公共课程，各个专业培养目标的不同、学生生源的不同导致学习能力的差异。授课教师在授课前首先会根据所带专业班级进行了解摸底，开展学情分析。再确定不同专业和学生的具体教学目标、拟定教学计划、制定教学方案，使得教学密切联系学生的专业特色、背景及其将来就业领域。如中医、中药、护理和信管等专业的案例结合点不同，题目的设计难易点也不同。最后组织教学实施，在教学过程中，一方面通过教学平台聚焦学生课上的学习状态，准确掌握学生“学”的有效性；另一方面利用实践平台，及时考查学生的学习结果，判断学生“最终学得如何”。通过贯穿课前、课中、课后的学情分析，持续动态把握学生的学习效果，并动态优化教学计划，不断提高教学质量。

（二）课程资源建设注重计算思维和课程思政

结合中医药院校的学生特点，课程在注重语法和程序结构基础学习的同时，侧重于问题抽象、问题求解的思维引导。首先课程选用的教材是北京理工大学嵩天教授团队编写的《Python语言程序设计基础》，教材中含有大量的优秀教学案例。其次教研室教师又结合信息技术在医药领域及生活中的密切应用，遴选案例作为补充，形成了丰富的教学案例，特色案例及所在章节见表1。

表1 特色教学案例与所在章节

通过精心设计的教学案例，以问题驱动，在问题求解中培养和提升学生的计算思维能力，同时也自然融入课程思政教育。如：杨辉三角是由我国南宋数学家首先提出，比法国数学家领先近400 年。再如：我国古代第一部数学专著《九章算术》中描述了最大公约数计算方法“更相减损法”。通过上述案例，既能深化学生对知识点的理解，也能引导学生寻找并发现规律、利用程序求解问题，不断提高计算思维能力，还能引导学生了解中国古代数学的世界成就，传承中华优秀传统文化，增强文化自信。

（三）教学实施贯通课前课中课后全过程

我校Python 程序设计课程的总课时32 学时，其中理论24学时、实验8 学生。在有限的课时内，为有效提高课程的两性一度，培养学生的计算思维，课程依托中国大学MOOC、超星学习通和头歌实践教学平台，一方面开展“线上+线下”混合式教学，另一方面强化学生的实践操作训练。课程从课前预习、课中讲授与讨论、课后实践三个环节不断强化学生对知识的掌握程度及应用能力。

课程采取线上线下混合式教学方式组织，课前预习选用中国大学MOOC 平台中，与教材配套的国家精品课程《Python 语言程序设计》。在学生预习的基础上，课中采用讲授与互动的方式。首先采用引例导入、实例解析等教学手段，在问题求解中，将问题化繁为简，通过归纳、递归、模拟、约简等方法，引导学生学习如何求解问题的思维方法，不断提升学生的计算思维能力。其次在理论课堂中，通过学校网络教学平台(http://sxtcm.fanya.chaoxing.com/portal)的“选人”课堂活动组织课堂提问，发布“随堂提问”检验学生课堂知识掌握程度。

课程采用“理论+实践”的方式，不断强化学生的实践能力。为了弥补课程实践课时不足的缺陷，课程选择头歌实践教学平台，围绕课程知识点设置了10个实验项目任务及来自实际应用的72 个实践题目，每个实验题目设置一个关口。以冲关的方式，让学生运用所学知识分析并解决问题，体会其中的快乐，不断激发学生实践操作的主动性和自觉性，在实践中强化学生计算思维训练。也促使学生自我探索、不断学习，逐步提高分析问题、使用程序手段综合解决问题的能力和水平。在问题求解中不断激励学生知难而进、坚持不懈，培养学生精益求精、协作共赢的综合能力。

（四）课程评价采用形成性评价+终结性评价

课程评价是确定课程的教学计划达到教育目标程度的一个过程[7]，包括评价内容、评价方式、评价目的和评价主体四个方面，是衡量课程建设的价值标准，也是改进课程实践的重要导向[8]。

为考查学生对课堂知识的接受程度和应用能力，课程评价采用形成性评价+终结性评价的方式开展，其中，形成性评价占比30%，终结性评价占比70%。形成性评价中，课堂考勤、随堂练习、课堂提问等方式重点考查学生学习活动的参与度，通过实验报告、项目作业考察学生学习任务的完成度以及个人活动对他人学习的贡献度。因教学全过程贯穿于教学平台中，随着教学活动的开展，形成性评价已实时动态地在平台中产生，课程结束后，再通过在线期末考试，形成学生的课程评价结果，具体见表2。

表2 课程评价

三、教学改革成果

通过教学改革的实施，改善了课程课时少、学生课程参与度低等问题。近三学期学生课程评价如图3 所示。

图3 近三个学期学生课程评价

从课程评价可以看出学生学习的参与度、完成度、贡献度以及技术应用能力有了大幅提升，学习的课程学习积极性不断提高。在课程结束后组织的课程反馈中，学生认为课程教学方法注重学生思维的引导、注重学生完成任务能力的培养，教学方式新颖、教学手段丰富，为学生提供了思维空间，充分调动学生参与实践。由此可见，学生对计算思维的理解认识不断提高、运用计算机分析解决实际问题的能力都有很大的提升、学生的创新意识不断增强，基本达到了培养学生计算思维和将计算思维融入学生专业应用的效果。

四、结束语

随着教育信息化进程的推进，高校教育教学改革面临着新的挑战，传统的教学模式已很难满足新时代高校教育教学要求。本文以Python 语言程序设计课程为基础，以建设一流课程为目标，以解决课程教学痛点问题为目的，积极构建基于计算思维的线上线下混合式教学模式。实践表明，将计算思维引入混合式教学，以学生为中心，从学生学情分析、教学计划拟定、教学资源建设、课程教学实施及课程评价管理等方面进行教学改革与探索研究，可有效改善课程教学中课时少、课堂容量大导致知识传递深度不够、学生课堂参与度低、因材施教难等教学实际问题，有效提高课程的两性一度。