新工科背景下Python课程混合式教学模式的研究＊
时间：2023-04-14 16:35:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张丽英，张 岩，孙玉发
(1.中国石油大学（北京）信息科学与工程学院，北京 昌平 102249；
2.石油工业出版社有限公司)
新一轮科技革命和产业变革对高校的人才培养提出了新的要求。2017 年以来，我国高等教育部主动谋划并提出一项持续深化工程教育改革的重大行动计划——新工科建设[1]。为促进以互联网和工业智能为核心的新工科专业建设、加快高水平本科教育建设和全面提高人才培养能力，2018 年9 月教育部提出通过教学改革促进学习革命，积极推广小班式教学、混合式教学，研究探索线上线下相结合的教学模式[2]。Python是当前人工智能时代大数据和人工智能领域的首选程序设计语言，具有良好的生态圈、功能强大，被广泛应用于各专业、各类复杂的问题解决。因此Python 语言已成为推进新工科建设、实现多学科交叉与融合目标的一门重要课程。随着雨课堂、Python123平台和微信等信息化智慧教学平台的涌现，为“Python”课程的混合式线上线下教学模式探索提供了良好的信息化平台。
新工科推行“以学生为中心”的个性化人才培养理念，推进信息技术与工程教育深度融合，强调“互联网+”环境下工程教育教学方法的创新[3]。正确理解混合式教学思想、依据课程特点、善用合适的信息化教学平台，设计课程的混合式教学方案是落实“以学生为中心”的个性化创新人才培养的关键。
1.1 混合式教学
混合式教学是对传统教学和网络化学习反思后进行的一个融合式变革，是将传统的线下教学和新兴的线上教学有机融合形成优势互补，把学习者的学习由浅到深引向深度学习，实现进一步优化教学的效果[4]。
与传统教学相比，混合式教学采用“线上”和“线下”相结合展开教学，更侧重于学生创新能力的培养，其教学效果表现在促进学生的自主学习和创新能力的培养上；
从教学方法而言，“线上”的教学是必备活动，“线下”的教学是基于“线上”的前期学习成果开展的更加深入的教学活动，强调师生之间和学生之间的多元互动；
从教学质量而言，混合式教学合理选择和有效利用资源，改变教师在课堂教学过程中过分使用讲授而导致学生学习主动性不高、认知参与度不足、不同学生的学习结果差异过大等问题[4]。
1.2 信息化智慧教学平台
“雨课堂”[5]是一款基于慕课的智慧化混合式教学工具，可实现微信、PPT和在线优质课程资源的无缝融合。它可以将线上和线下的教学环节有机地衔接起来，便于学生随时随地获取学习资源、自主有效地进行学习。教师使用“雨课堂”发布教学资源，借助其科学化、全景化的可视化教学检测和数据分析功能，随时定量化掌握学生的学习情况，微调教学方案。
Python123 平台[6]提供了Python 在线编程环境、发布问题求解任务、通过设置测试用例实时批改编程作业的功能。学生编写代码、提交解答、平台实时完成评阅。如有测试用例不通过，学生对程序逻辑进行检查，修改程序，再次提交，平台会实时评阅代码并给出测试用例结果。学生即时获得编程作业的反馈结果，得知编写代码的正确与否。Python123 平台有效地解决了编程作业人工评阅反馈结果延迟的问题，实现了高效即时的学习反馈，让学生及时从学习中获取到成就感，激发了学生学习编程的兴趣、提高了学生学习编程的热情。
微信是一款手机通信软件，支持语音短信、视频、图片和文字的发送，同时支持单聊和群聊，是人们日常生活中随时随地实现移动沟通的APP。使用微信群可以方便快速地搭建课程学习交流、答疑解惑的信息交流平台。
遵循学习和教学的基本规律和混合式教学的目标，结合“Python”课程的特点，课堂组织形式设计了“课前”、“课中”和“课后”三阶段式的混合式教学实施流程。根据教学设计和信息化平台的功能，在每个阶段灵活地组合各个平台的使用，开展“Python”课程的混合式教学模式探索。
2.1 课前自主学习
该阶段使用雨课堂进行，教师在上课前一天通过雨课堂发布课前导读任务，包括学习本节知识相关的背景知识、基本概念、基本语法等知识讲解的视频、幻灯片和客观测试题，学生在微信的雨课堂公众号接收导读任务，在限定预习的时间节点完成课前自主预习、测试以及反馈疑难知识点。雨课堂可以记录学生学习情况，包括学习进度、有疑问的知识点幻灯片、测试题目答题情况，这为教师课前掌握学生学习情况、优化课中教学设计和选取授课重难点的讲解提供了定量的教学参考依据。
课前自主学习的背景知识是选学内容，学生根据自身储备的计算机背景知识进行选学。通过课前自主学习让学生具备较好的知识基础，然后走进教室，充分保障课堂教学高层次教学目标的顺利进行。
2.2 课中知识内化
在课堂阶段，学生通过微信扫码进入雨课堂班级，雨课堂实时统计上课人数，教师授课过程中可使用雨课堂随机点名功能进行提问。课堂上进行以案例为主的教学过程，将课前收集的疑难点和本节课的知识点贯穿于案例中，搭建知识的应用场景，在解决问题过程中完成知识的深层理解和综合运用。此外，在机房授课，典型案例讲解演示后，在此基础上提出若干新的子问题让学生完成，学生在Python123 平台上浮现案例的基础上进行思考，在指定的时间内完成子问题的代码实现。同时，鼓励学生分组讨论，提出新的问题并在课堂上分享、研讨。此外，结合雨课堂随堂考、弹幕等功能设计一些教学环节，带动学生积极参与课堂教学活动中。
此阶段通过雨课堂平台开展线下教学活动，学生通过雨课堂第一时间获知各自的学习情况，老师根据统计可视化功能来掌握学生的整体学习情况和个体差异。采用案例带动知识点的深度理解和内在联系的构建，同时也培养学生解决问题的综合能力和提出问题的创新能力。Python123 平台为学生提供了便捷的在线编程环境，实时反馈编程结果大大调动了学生学习编程的积极性和主动性。
2.3 课后巩固实时反馈评价
Python 是一门程序设计语言，课后大量的编程练习是学好课程至关重要的环节。通过Python123 平台发布课后编程两类任务：课堂知识的巩固作业和拓展作业。学生根据课前和课堂的学习分析报告，选择课后编程任务数量。通常，课堂上编程任务完成好的同学选择部分巩固作业和全部拓展作业；
课堂任务未全部完成的同学选择全部巩固作业和部分拓展作业。学生在编程中会出现各种各样的错误，包括语法错误、运行时错误和逻辑错误。由于学生习惯使用微信进行沟通，因此创建了微信课程群，对于语法错误和运行时错误，通过微信群答疑，可以得到老师和同学们的实时帮助。对于逻辑错误，若不进行充分的测试，学生很难发现，Python123 平台的实时评阅代码功能根据设定的测试用例结果可以有效地进行程序逻辑功能的测试。作业截至日期过后，学生可以查阅参考答案和解析，强化学习效果。教师也可以通过平台查阅学生答题情况和统计分析结果，发现学生知识掌握情况和共性问题，为后续教学内容调整提供依据。此外，同伴互相学习也是可取的办法，鼓励学生在微信课程群里晒作业，或请同学讲解一些题目，给学生提供展现自己的舞台，营造相互学习的气氛。
相比传统教学，三阶段的混合式教学模式以数字化形式跟踪了学生的学习过程，灵活使用雨课堂、Python123 平台和微信，发挥各个平台的优势，实现对学生定量化的多元化过程性评价。
为评估该混合式教学模式的教学效果，论文对比了2019 年下学期传统教学班和2020 年下学期混合式教学班的成绩，同时设计了问卷调查。表1 是传统教学班和混合式教学班期末试卷试题难度系数、结课成绩的平均分、最高分、最低分以及优秀率和不及格率的对比结果。
表1 传统教学和混合式教学模式教学效果对比表
从表1 可以看出，试卷难度系数2020 年下学期比2019 年下学期高0.09，但2020 年混合式教学班的平均分（84.9 分）比2019 年传统教学班平均分（74.8 分）提高13.5%，优秀率提高了12.2%，最高分提高了4 分，不及格率由4.1%降低为0%。
问卷调查从对混合式学习方式的适用情况、自主学习能力的培养、助力深度学习和创新能力培养方面进行了问卷调查。87%的同学认可混合式教学并认为有助于自主学习能力的培养，78%的学生认为可以帮助自己进入课程的深度学习，75%的学生认为混合式教学有助于创新能力的培养。
从教学效果对比结果和问卷调查结果可以得出，依托雨课堂、Python123 平台和微信APP 构建的三阶段混合式教学模式在提高学生自主学习力、进行课程深入学习和培养学生综合运用所学知识的创新能力方面是有显著效果的，也为计算机语言类课程的混合式教学模式提供了有益的借鉴模式。
面向新工科的Python 混合式教学围绕落实“以学生为中心”的人才培养理念和推进信息技术与工程教育深度融合的政策，通过雨课堂、Python123 平台和微信APP 灵活的组合，构建三阶段混合式教学模式，探索“互联网+”环境下工程教育教学方法的创新实践，通过实施三阶段混合式教学，培养了学生自主学习和积极探索知识的能力，促进了学生参与课堂教学活动的深度。雨课堂和Python123 平台记录学生学习的轨迹，提供实时作业测试反馈功能，并提供实时的全景知识掌握的过程性报告功能，满足了学生个性化学习的需要和教师教学的精准化。微信课程群为学生营造了便捷、移动的学习交流环境和展现自我能力的舞台。后续会引入以赛促学和产学研项目，加快“Python”课程与实际工程项目的对接，进一步提高学生的工程实践应用能力和创新能力。
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