分层闯关式过程考核评价体系在Python程序设计课程中的应用

黎力超 张 斌 罗志良 张 奕

江西工业工程职业技术学院 江西萍乡 337000

近年来,Python程序设计课程因上手容易、在领域内广泛运用,在高等职业院校自动化类、电子信息类、经济管理类等非计算机专业内广泛开设。然而,受学情因素的影响,传统的过程考核模式在当前Python程序设计课程教学过程中存在一些不足亟待优化,例如:学生在后期过程中学习劲头下降、分数与学生实际能力不匹配等。因而优化课程考核评价方式,是高校教学改革中关键要素之一[1]。如何实现激发学生对新知识的学习热情,科学反映学生对知识点的掌握程度,提升学生学习延伸课程的黏性,是受当前从事Python程序设计课程教育教学工作者们广泛关注的问题[2-5]。

传统过程考核评价体系通常采用平时成绩与期末成绩按比例求和获得总分,其中平时成绩比重较大,分数来源通常包括:课程小论文、视频观看进度与次数、课堂出勤、课堂互动表现加分、课后练习等[6]。这种教学方法实现考核形式多元化,解决学生在临近考试前用死记硬背、刷题等方法通过考试的问题。但是,学生由于基础不一、时间管理分配能力欠佳以及应对课程任务督学产生厌烦情绪导致学习效果不能保证。针对这些问题,基于网络游戏设计、企业绩效发放模式的启发,教师开始开展闯关式课程教学模式探索和实践[7]。例如,在random库知识点讲解中,教师在课堂上从微信随机发红包的程序引入,先布置任务,让学生复现该程序,然后在该程序基础上延伸,编写掷骰子案例,最后拓展到设计纸牌游戏思考。这种教学模式保证了课程开展的趣味性、挑战性,有很好的调节作用,用兴趣驱动学习,改变以往单向灌输知识的做法。因此,可以进一步考虑将闯关式的概念延伸应用到课程考核中,例如文献[8]针对化工原理课程设计了一种闯关式+螺旋式考核模式,以课后作业考核、单元考核、综合考核为顺序,考核知识点从易到难、层层递进。但是这种每次采用灵活组卷的考核模式依然存在考核形式单一,学生疲于应付,较难看出学生在具体知识板块掌握程度、理实一体化程度不高的问题。基于以上启发,根据Python程序设计课程特性,结合高职教育的学情学策,建立了分层闯关式过程考核评价体系,发现该评价体系考核形式丰富,增强了学生对后续课程的学习黏性,更为直接地表现了学生对知识点的掌握程度,调动了学生的学习积极性,增强了学生完成实际工程应用的能力,满足不同学生的学习需求。

1 学情分析

Python程序设计课程一般开设在大一学年上学期至大二学年上学期,各专业略有差异,课程学时数在48～96学时不等。课程教学核心是关心计算问题的求解,利用Python语言本身轻量级的语法和高层次的语言表示表达了应用计算机解决问题的计算思维理念。高等职业院校面临学生生源复杂、基础认知水平不一、学习积极性差距大的问题,然而,Python语言层次清晰地划分问题和解决方案,自动化问题求解,是一种最为直观的表达工具,是面向当前学情的理想选择[9]。

2 评价体系设计

在计算机基础课程改革中,是以激励学生开展自主学习为中心,同时提高学生知识应用水平和良好的职业素养为目标,不但注重老师“教得好”,而且更为注重学生“学得好”,不断激发学生的学习热情和个人潜能[10]。但是,由于课程时间跨度较长,课程实训、课外文化拓展等其他各类活动穿插其中,容易导致学习兴趣减退。如果采用2～4周集中教学模式,不利于学生消化知识点,同时较难看出学生在学习过程中成长性的困难,因此设计了这种分层闯关式过程考核评价体系。

分层闯关式过程考核体系是将课程总分拆解成多个层次分项得分的综合,必须闯过前一层次考核关卡后,才能进入下一层次考核。在Python程序设计课程中,通常考核设为以下四个层次:基础应用、面向对象程序设计应用、基础专业应用设计、拔高专业应用设计。以智能机器人技术专业72学时教学设计为例,分层次考核内容和考核方式可以根据下表设计,其中*号表示为选择任意一个小方向选题进行考核。

考核目标设计表

基础应用层次教学内容设计主要围绕Python强大的计算生态展开,贯穿始终的培养目标是“理解运用计算生态,培养计算思维”。从Python库、Python语法出发,培养使用Python库集成构建程序的思维[11]。在本层次考核中,为了更好地适应计算机二级考试,提高通过率,建议采用上机考试考核方法,题型与计算机二级考试完全一致,题目难度可根据学生具体学习情况设定,同时设置选择题必须超过20分的通过条件。

面向对象的程序设计应用层次着重讲解如何更好地将Python内置的特性与我们设计的类进行集成,引导同学思考如何优化现有程序,寻找更好的替代方案。本层次主要考查同学在程序中尝试初始化更加复杂的对象,例如集合和容器。通过特殊函数扩展简单的类,掌握继承操作的默认行为,理解重写与重载的区别,了解在哪种情况下重写是必须的,以及重写的必要性。了解默认情况下属性访问、特性、修饰符是如何工作的。能够在程序编写中调用特殊函数扩展内置容器,然后通过委托方法让基础容器可以使用这些封装。在本层除可采用上机考试或笔试考核外,还可考虑采用案例实践报告方式考核,由教师提供任务题目、部分程序,同学在此基础上解读和分析任务,完善代码撰写报告。学生领取的任务可以用合同的形式发布,增加一个合同签署的教学环节,培养学生的契约意识。在完成案例的过程中,逐步掌握进阶型编程方法,强化编程逻辑,减少代码冗余,为日后快速适应工作岗位打下基础。

基础专业应用设计层次中以科学计算与可视化为基础内容,主要包括numpy、pandas、matplotlib、scipy等第三方库的使用。监督学习、非监督学习的区别在于数据集是否存在标签,而半监督学习是部分数据集仅存在标签。因而方法差异并不影响编写程序对第三库的使用,学生选择一个自身感兴趣的小方向考核即可。在后续数据处理与数据分析、人工智能与模式识别课程中继续完善课程框架,用原理示意图、步骤解析图等手段加深对具体概念和所涉及的数学公式理解。如果课时数充足,本层考核建议在案例实践报告的基础上增加PPT演示环节,鼓励学生用生活化的案例理解算法内涵,掌握Python在机器学习领域应用的算法框架,再到具体细化讲解scikit-learn库函数的使用,实现翻转课堂,提升学生课堂参与度,增强思维碰撞。

拔高专业应用设计层次是针对学有余力的同学,从行业需求出发,为适应学生发展需要所设计的层次。具体考核内容对标人工智能训练师、服务机器人运维、RoboCup机器人世界杯等相关赛项。该层考核可以用来挑选比赛赛手,减轻备赛工作量,让比赛为课程赋能。

根据考核形式与考核目标的设计,可以看出考核难度逐级增大,学生可以明确知晓自身认知水平。

3 评价体系在教学过程中的实施和效果评价

3.1 教学过程中的实施

评价体系需要设定如下几个参数:(1)每个层次的最大考核次数ni;(2)每个层次的分数达标下限llsi;(3)每个层次成绩占总成绩的比值ri,其中i=1,2,3,4。评价体系实施需要分多步进行,每个层次考核流程图如下图所示。

每个层次考核流程图

以总学时72学时,周学时6学时的课程规划为例,在完成54学时教学后,可以安排基础应用层次的第一次测试,考核分数si超过该层次的分数达标下限的同学即算过关,则将本次考核得分si记为100分,总成绩S累计得si×ri分,若部分同学未通过基础应用层次考核,先继续后续层次课程学习,如果考核次数k

例如,A同学未通过第一个层次考核,则该门课程记不及格;B同学通过了第一个层次考核,却未通过第二次考核,则s1=100,s2按实际得分乘以权重计算累加和计入总分。

其他层次的考核评价时间可根据教学进程表、学生实际掌握水平等因素综合评判设定。

3.2 效果评价

对比其他考核评价体系,该评价体系的实施有如下优点。对学生而言,第一,传统考核评价方法最终获得的分数,只能大致反映出学习效果的好坏,却无法得知应该瞄准哪个具体方向提高,明确学习过程中的短板。本评价体系将对课程掌握程度不同的学生从分数上直观分层。因而方便学生查漏补缺,增强方向感。第二,将小部分应用性较强的后续课程内容纳入考核,有利于激起学生兴趣,增强学习黏度,可激励学有余力的学生率先领跑,在群体中发挥示范带头作用,帮助更多学生提高个人能力。第三,可以有效照顾学习能力欠佳的学生,避免因考试不通过丧失对整条知识学习纵贯线甚至对整个专业的学习兴趣,提升课程通过率。第四,考核内容与Python计算机二级考试大纲基本一致,满足学生考证需求,提高备考效率,丰富个人简历,获取加分技能,为后续专业学习应用储备计算机基础技术知识。对教师而言,第一,针对不同专业、不同类型的学生,可以通过科学制定不同的评价标准、考核方式,或是更改不同层次分数权重,在主体框架不变的情况下与时俱进,教学内容上与时代接轨,因材施教,开展特色教学,同时保证在实现课程成绩有良好的区分度下兼顾课程通过率。第二,可以清晰地分析学生认知水平、学习兴趣以及优势能力侧重,及时调整后续延伸课程的教学难度、教学内容,减少与学生的磨合时间。第三,缩短赛项培训周期,例如职业技能大赛中的人工智能训练师赛项,让有兴趣的同学超前学习,以技能大赛为抓手,以赛促教,以赛促学,课程与赛项融合,让技能大赛深深植根于整条教学纵贯线课程中。

结语

本文针对当前高职院校学情,提出了分层闯关式过程考核评价体系,该评价体系是在教学过程中将教学内容划分成四个层次,学生须按顺序闯关通过每个层次的考核才能获得对应分数,该评价体系有利于教师与学生掌握学习情况,明确学习短板,瞄准具体方向,查漏补缺提升能力。同时照顾不同类型学生的学习进程,激发学习兴趣,保持课程学习黏性。以技能大赛作为抓手,赛课融合,缩短培训周期,发挥技能竞赛动力机制,完善实践教学体系。在下一步工作中,将针对过程考核中案例实践报告、课程设计这两种考核形式的具体实施,从拓展考核维度等多个方向进行进一步探索。