新工科背景下Python程序设计混合教学模式的初探

新工科因新产业和新经济的需要而产生，着力培养实践能力强、创新能力强、具备核心竞争力的高素质人才。在此背景之下，针对公共计算机基础课程Python程序设计中存在的不足，开展线上线下深度融合的教学“新”模式，线上创建共享学习资源、设计多层级难易度的语法练习和项目实例，实时获取学生的互动和反馈，线下注重语法规则、问题分析、算法设计以及代码实现等程序设计环节的讲练。混合教学“新”模式以学生自主探究为主线，以教师引导为辅线，培养学生计算机逻辑思维、创新思维以及数字化思维，锻炼学生解决工程实践问题的综合能力。

新工科建设是高等教育面对新一轮科技革命和经济发展新态势做出的主动应对，也是我国为推动科技发展、产业变革所作出的积极承诺。针对“新工科”态势下的新需求，本课程着手线上课程资源的统一整合，及时、准确获取学生学习数据反馈，探索线上、线下协调配合的新模式，设计教学过程中各阶段知识点的分层练习，满足学生自我提升的需要，设计一种重视学生参与学习过程的新考核模式，提升学生学习动力，培养学生运用计算机思维解决实际工程问题的能力。

1 本课程简介与问题

1.1 课程简介

Python是一个开源语言，拥有大量的库，可以高效地开发各种应用程序。其特点是简单、高级、面向对象、可扩展性、免费开源、可移植性、丰富的库、可嵌入性。课程任务是以非计算机类学生为教学对象，从程序设计基本概念出发，由浅入深、循序渐进地讲述Python程序设计的基本概念和基本方法。通过学习Python语法基础等知识，掌握Python在人工智能、数据分析等领域的应用，能够迅速适应未来的工作与学习。

课程目的是使学生学会使用计算机这一现代化科学计算和数据处理工具，深入理解用计算机解决问题的基本原理和工作方法，能够利用计算机解决管理、设计和生产中的实际问题，同时使学生树立以算法为基础程序的设计思想。

1.2 课程存在的问题

（1）缺少线上课程管理的统一平台

线下课程教学主要集中在课堂讲练和答疑，教师布置的课前预习任务，无法及时获取具体的学习数据，作业批改和成绩分析也会耗费大量的时间和精力，课程答疑往往集中在某个时间点，无法做到及时高效的回复。教师容易忽略学生课余时间学情的统计与分析，无法全面而具体地了解学生最新的学习动态。因此，本课程需要建立线上课程，添加课程知识点的作业库和试题库，开展学情的统计与分析，建立不同章节不同问题的答疑和讨论，设立不同环节参与情况的考核评价，满足不同学生能力提升的需要，展开多方位的考核激励，激发学生的内驱力。

（2）课程的考核评价体系不够完善

Python程序设计最终目的是要提升学生用计算机思维解决问题的能力，教学过程中仅将作业和考勤作为平时成绩的考核，很难从根本上激发学生课程学习的积极性。从课程性质和任务出发，设计一种“重过程，轻结果”的考核模式，重点考查学生课堂互动和分享，设计优秀算法实现项目实践任务，课后讨论区互动的频次等多方面的表现，注重学生课程学习的参与度，降低期末考试成绩的占比，全方位地激励学生学习课程的兴趣，慢慢地由了解一门课程到热爱一门课程，再到灵活运用课程解决实际问题，渐进式地学会这门课程知识。

（3）课程缺少实践动手环节

这门课是一门实践性很强的学科，很多学生反映在课堂上能听懂例题，能理解语法知识点，可是每当独自解决某个实际问题时，总是无从下手。原因在于课上能听懂理论，但是课下并没有加强动手编程的实践环节。Python程序设计就像一门语言工具，想要灵活运用这类工具，除了要熟悉语法知识规范以外，还需要养成计算机思维解决问题的习惯，从问题分析到算法设计，再到编码实现，最好到调试修改全过程的练习，线上课程中添加PBL项目任务，从问题提出到解决，锻炼每一位学生程序设计的综合能力，启发式地帮助学生掌握Python这门语言工具解决实际问题。

2 “新工科”背景下混合教学的探索与实践

2.1 教学理念

传统Python程序设计课程教学，主要以教师课堂讲解为主，学生听课回答为辅，这种典型的一言堂、满堂灌的教学理念，导致重难点知识的吸收情况无法准确及时地获取，大多数学生均处于课上能听懂，课后理论知识题目也能应付，但碰到实际案例编程题时，却无从下手的情况。Python程序设计课程的目的并不仅仅是掌握Python程序设计语言的语法规则，还要具备分析问题、设计算法、灵活运用语法转化成代码，最终解决工程实践问题的能力。传统教学理念在教学手段和教学方法上均无法跟上社会的发展，难以应对科技难题提出的挑战。

改变Python程序设计原有的教学模式，以学生为中心，明确学习目标，设定综合评价标准，利用线上平台，设计预习新知和巩固练习的学习任务，统计学生学习任务和掌握知识的情况，将学习数据以可视化的形式展示给学生，起到督促和鼓励学生的作用。配合多样化的线上课程，线下课程对重难点知识进行指点与强化练习。针对重难点开展线上讨论区、优秀作业分享以及常见错误展示，便于师生互动，加强教师对学生的了解以及方便学生对疑难问题的检索。在线上线下的教学过程中强调同一个问题不同解法的重要性，尽可能地拓宽学生的解题思路，最大限度地激发学生自主学习动力，提升学生动手能力，这一点与“新工科”培养学生创新实践能力的目标相一致。

2.2 教学模式和考核体系的构建与实践

依据“新工科”的人才培养标准，对线下课程内容进行优化，添加贴近时代前沿的课程案例，由满堂灌的授课方式改为线上自学与自练、线下课堂讲授以及课堂演示和互动、线下讨论巩固相结合的授课模式，充分体现学生自主学习的主体地位以及教授引导教学的辅助地位。建立线上课程，调整线下课程内容、线上线下课程中穿插习题以及添加其他学习资料，增加重难点知识的视频资源，便于学生自主学习的需求，添加各章节题库和作业库，设置章节讨论区，添加PBL项目任务，提高学生的计算机思维能力和实践动手能力，形成线上线下相互配合的教学“新”模式，具体见图1所示。

2.2.1 建立课程资源的线上共享平台

线上平台添加丰富的课程资源，如学习课件、常见问题，学习网站以及相关工具等，建立各章节的题库、试卷库、作业库，帮助学生进行知识点的练习和巩固，在题库中进行基础知识、计算机等级考试以及竞赛知识的分类，以满足学生专业学习和发展的需要，鼓励学生更加深入和全面地掌握课程知识，从而实现自我提升。

线上平台添加PBL项目任务，内容、活动、情境和结果构成了PBL教学的四大要素，利用项目任务驱动学生动手解决问题的能力，项目任务设计以学生生活、学习或者社团工作中遇到的真实问题为出发点，将问题分析、算法设计、编码、测试维护四个环节作为考核指标，实现工程实践与教学的无缝衔接，项目任务实行教师评价和学生互评机制，提升团队协作的能力，用优秀团队任务的经验分享来激励学生，激发学生对Python程序设计的学习兴趣。

（2）探索线上线下协调配合的新模式

课前以学生自学为主，利用线上平台发布预习任务，配套线上练习，通过学生预习答题的情况，及时调整线下讲课进度和内容；课中以教师讲授知识点为主线，对重难点问题设计提问互动，围绕学生回答问题和课上练习的情况，开展线下知识点的指导与点评，引导学生从问题分析、算法设计、编码实现三步走，多思考不同的算法，多阅读代码，多动手编写代码；课后以学生自学为主，教师指导答疑为辅，学生可通过QQ群、线上讨论区以及线下答疑等多种方式开展问题探讨，重点章节设置线上PBL项目任务，学生可利用课余时间开展项目任务的编程实践，线下课程中定期进行师生考评、生生考评，展示优秀项目任务的团队作业，以提升学生程序设计的激情与能力。

（3）设计全过程的考核评价模式

Python程序设计的原本考核评价模式，由40%的平时成绩和60%的期末成绩组成，平时成绩只包含了作业和考勤两个部分，无法逐点逐项地呈现学生参与本课程学习的情况，期末成绩的60%占比过高，无法体现程序设计类课程的真实价值。因此，在平时成绩的考核中加入线下课堂互动、线上线下课后讨论、线上线下作业分享、各章节测试以及PBL项目任务等多方面的综合考评，以一种“重过程，轻结果”的考核方式促进学生学习课程的兴趣，提升学生学习的内在动力，养成运用计算机思维解决实际工程问题的习惯。全过程的考核评价表如表1所示。

3 “新工科”背景下线上线下融合教学的成效

线上线下混合的教学模式，在本课程教学中起到了一定的推进作用，首先是教师对学生学习情况有了更加直观的了解；其次是学生课程的参与度、积极性，甚至知识点的巩固和练习，也能通过线上课程准确形象地呈现出来。配合线下课程知识点的讲授和指导，师生之间点对点的交互，更加有利于学生程序设计理论知识的掌握和实践能力的提升。表2是学期中的线上课程学习数据，统计结果直观明了。

本课程设置了线下答疑时间，但学生常常因为课程时间冲突或其他事务无法参加线下答疑，QQ或其他方式咨询也只能做到学生和老师之间多对一的解答，答疑效率很低。有了线上课程的讨论区后，学生可以针对不同章节的学习疑问开展讨论，线上讨论区如图2所示。线上讨论区会根据提问的类型和难度给予提问者一定的平时成绩加以鼓励，也会根据回复者回答问题的全面性和准确性给予一定的平时成绩作为奖励，讨论区也可以解决师生时间和空间上的不足，帮助学生及时、高效地开展答疑活动，帮助学生更加透彻地理解知识点。讨论区的设立和考评机制，一定程度上提升了学生参与课程学习与实践的热情。

本课程是一门较灵活的程序设计语言，除了课堂学习和课后练习以外，线上课程中添加了各章节的作业进行知识点的巩固，图3是这门课程线上几次作业的完成情况，从图中可以看出学生知识点掌握的情况在逐渐变好，虽然优秀率不是呈线性递增，但从中等率和良好率可以看出大部分学生已经能够掌握本课程的大部分知识点，并且作业的不及格率也基本低于20%，线上线下相融合的教学模式，在课程知识点巩固上起到了较大的促进作用，每一次作业都有详情统计可以看出每一道题目正确率的情况，作业的详情统计如图4所示。教师针对错误率较高的题目进行讲解，不仅能够快速定位学生的疑难问题，而且还能提高教师的教学效率。

4 结语

“新工科”背景下线上线下融合的教学“新”模式在本课程教学中起到了较好的教学效果，从学生求知角度出发，它既能够满足不同层级学生学习知识的内在需求，也能提升学生分析问题、设计算法以及动手编程的实践能力；从教师发展的角度出发，它既能够协助教师更高效地开展课程教学，提升教师信息教学的能力，也能帮助教师运用信息技术更及时地获取学生学习的数据。当然，在实践“新工科”线上线下融合教学的过程中也发现线上线下课程建设上存在的一些不足，比如，目前线上课程缺少重难点知识微视频、线下课程缺少思政育人的元素与课程知识点的融合、课程相关的专业竞赛和拓展知识相对较少，这些方面都将是本课程后续建设的改善之处。

本文系全国高等院校计算机基础教育研究会课题“新工科背景下Python程序设计线上线下深度融合的教学改革与实践”研究成果，项目编号：2023-AFCEC-189。

（作者单位：东南大学成贤学院）