李瑞旭
烟台大学 山东烟台 264005
[摘要] 创新能力是软件产业人才重要的素养。工程教育专业认证背景下，针对目前Python系列课程教学内容及教学方法存在的问题，提出通过整合线上线下教学资源，混合式教学模式，挖掘Python语言在创新能力培养方面优势，采用多元化、过程化评价方式等系列教改措施。介绍了具体教改过程，计算并分析了课程和毕业指标点达成度。达成度数据分析表明，教改后教学设计有助于培养学生创新能力，教改达到了预期目标。
[关键词] Python；创新能力；达成度；教学改革
1引言
Python语言是一种开源、跨平台、高级编程语言，被广泛应用于科学计算及可视化、数据分析与处理、图像处理、人工智能、深度学习、工业控制等科技前沿领域。通过学习本课程，具备利用Python解决复杂工程问题的能力，为胜任科学计算、数据分析、人工智能、机器学习领域的研究工作奠定基础。相比其它编程语言， Python系列课程在培养学生创新能力方面更具优势。
笔者所在计算机学院自2018年以来为本科生不同专业开设Python系列课程。Python系列课程近几年在学校综合网络平台助力下，其课程体系、教学内容、教学方式、评价方式均有了较大进步，为以培养学生创新能力为目标的教学改革奠定了基础。
Python系列课程结合工程教育专业认证，结合Python语言自身特点，通过对Python系列课程进行教学改革，探索课程体系、教学内容、教学方式、评价方式等环节如何与创新能力培养的课程目标相适应，并使用课程目标达成度分析了教学改革效果，提出了持续改进的措施。
2课程教学中存在的问题
（1）与社会对人才需求不相符
具有创新能力的软件人才是推动我国科技实力发展的源动力。自主创新能力是软件产业发展的关键。这要求软件人才必须具备创新意识，在工程实践过程中培养创新能力[1]。“理论+程序演示”的传统理论教学模式以及“学生自主实验+教师随堂指导”的实验教学方法存在一些缺陷，导致学生的创新能力欠缺、自主实践能力较差[2]。
（2）课堂授课方式落后
由于Python系列课程知识点较多，授课时间有限，教师多采用“以教师为主导，学生被动接受知识”的“讲授方式，学生参与性差，学生普遍存在“听起来清楚，看起来模糊，编起来糊涂”的现象，导致一些学生编程能力不强，课程学习跟不上进度，对课程不感兴趣。
（3）实验教学与课程总目标是不一致
Python系列课程实验大多是验证型实验，实验形式比较单一。一些实验学生只需按程序模板的提示来填写缺失代码即可。缺乏对知识综合性运用训练，缺乏创新能力的训练。
（4）考核方式单一，缺乏科学性
传统期末一张试卷的考试方式是评价学生学习效果的重要手段，这种形式单调的考核方式，缺乏科学性和实时性，无法从准确评价学生解决问题的能力和实际操作技能。不利于激发学生创新意识，在一定程度上扼杀了学生的创新意识，忽视了学生的个性发展[3]。
3修订课程教学大纲
工程教育专业认证三个基本理念是以学生为中心、以产出为导向、持续改进。在工程教育专业认证背景下，笔者所在的学院以2015 年我国工程教育认证协会确定的一般性的工程专业学生应具备的 12 条毕业要求为准则，修订了专业培养方案。Python系列课程在新的培养方案下进行课程大纲修订。下面以软件工程专业2020版培养方案中《Python语言程序设计》为例，说明修改后的课程目标与毕业要求之间的支撑关系（表1）。
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4教学方法和内容改革
课程教学改革分三个方面进行，首先开展课程资源建设，在此基础上设计线上教学和传统教学相结合的混合式教学模式，打造智慧课堂。
4.1课程资源建设
在课程组共同努力下，经过多年持续建设，构建了较为完整的课程资源，为课程教学改革奠定了基础。
（1）在学校支持下，购买了新华山研发的python语言学习包（免费）、机器学习、模式识别等实训包。其中，python语言学习包内置了3000道python试题和49个教学视频。这些实训包不但可以满足python语言基础教学，而且也可以满足python语言高级应用教学，包括机器学习算法、人脸识别算法、语音识别算法等实训。
（2）依托学校网络综合教学平台，创建了课程网络平台和考试平台。课程网络平台包含了教学视频、答疑讨论、课程作业、课程问卷、课件、实验、在线测试等诸多模块。考试平台采用系统自动判卷为主，人工阅卷为辅的方式，极大地降低了教师阅卷的工作量，使得随堂测验常态化成为现实，课程考核更合理和客观。
（4）依托云班课APP，为课程网络平台配套了移动端课程在线学习APP，内容与课程网络平台同步。
4.2混合式教学模式设计
随着互联网与移动技术的迅猛发展，围绕混合式教学模式的教学实践也多种多样，有基于MOOC、SPOC平台的混合式教学模式，还有基于蓝墨云班课、雨课堂、超星学习通等新兴智慧学习平台的混合式教学模式等[4]。
Python系列课程依托北京蓝墨科技的云班课自建了移动端课程在线学习平台。教师可以随时利用电脑端或手机端进行多样化的教学活动，如发布资源、布置任务、测试活动、答疑讨论等。课前，学生根据教学日历提示，利用碎片化的时间对知识单元进行自主学习。教师则通过云班课对学生学习过程中的问题进行答疑。同时，学生进行自测，以进一步巩固、检验知识内化的效果。课中，教师引导学生开展问题探究式学习活动，采用案例教学法。精心设计不同知识点和不同应用领域的课堂案例，以鲜活应用程序案例调整、充实、优化教学内容，理论联系实际，使学生通过实际应用案例的学习，了解和掌握基本的编程方法与技巧，激发了学生学习的积极性。 通过案例教学方法探讨与实践，促进学生深化对所学的基本理论、技术的理解和掌握，对实际应用起到举一反三的作用。课后，教师与学生分别对课前与课中的教学活动进行反思、总结，并提出改进的建议。
4.3强化实验教学
教育部自2017年以来，积极推进“新工科”建设。“新工科”培养的是实践能力和创新能力强，具备国际竞争力的高素质复合型人才[5]。以创新能力培养为目标，Python系列课程对实验课进行了统一和改革。教师根据不同课程特点、课时数，编制实验指导书，明确实验内容、目标、要求。课程组自建了OJ实验平台，该平台能够对部分实验自动评分，不能实现自动评分的实验采用学生自评的方式。
根据实验要达成的课程目标，设计了下列实验评价资料：
（1）设计了实验总结模板。每次实验结束后，每个学生都要在此填写自己的实验完成情况，总结实验在知识、技能方面的收获、感受，以及对课程学习、实验的改进意见。
（2）设计了实验自评标准量表，用于学生对实验的自评。
（3）设计实验总结评价标准量表，用于教师评价学生提交的实验总结。
（4）实验成绩由实验评分（60%）和报告分（40%）组成。
5考核评价方式改革
工程教育专业认证强调建立科学的教学评价机制[6]。Python系列课程的在课程考核评价方式上的改革是采用多元化、过程化的考核方式取代“期末一张卷”这种单一考核方式。以2019上学期的《Python开发技术》一课程为例，课程总成绩=期末成绩*0.5+9次随堂测试*0.2+实验*0.2+7次作业*0.1。期末考试、随堂测试为机考，客观题自动阅卷，主观题人工阅卷。
通过过程化考核方式，持续刺激学生学习积极性和参与性，不断衡量和纠正教学过程。通过多元化考核方式不仅考核学生对基础知识掌握，而且考核其综合应用能力，强化对学生创新能力培养。这种考核方式改革也与工程教育专业认证的理念一致，着重关注学生学习过程和效果，用目标和指标来衡量和推进教学工作[7]。
6教改效果分析评价
为了定量分析、评价教学改革效果。课程组采用工程教育专业认证中达成度评价方法，计算了课程目标达成度和毕业要求指标点达成度。下面以2020-2021第1学期的《Pyhton语言程序设计》为例说明课程目标达成度和毕业要求指标点达成度分析过程，以及持续改进措施。表2为课程目标达成度详细数据。表3为毕业要求指标点达成度详细数据。图1为课程目标达成度和毕业要求指标点达成度。
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图1 2020-2021第1学期《Pyhton语言程序设计》课程目标达成度和毕业要求指标点达成度
从2020-2021第1学期《Pyhton语言程序设计》课程目标达成度情况，可以看出：
（1）课程目标1、2达成度分别为85.3%、85.7%。说明较好地理解和掌握了Python的基础知识、编程模式，能够运用相关知识对工程问题的设计合理性进行分析。
（2）课程目标3达成度为78.2%。在四个课程目标达成度中偏低，表明学生综合运用能力需要进一步加强。在教学过程中，着重训练学生运用Python技术、扩展库解决实际问题能力。
（3）课程目标4达成度为70.6%。该课程目标主要培养学生能够针对特定的工程问题，理解Python语言的特点和优势，选用合适的Python技术、扩展库、资源和工具，解决科学计算与可视化、大数据、机器学习、人工智能领域的工程问题。课程目标4的达成度在四个课程目标达成度中最低，折射出学生对Python语言优势，以及综合运用技术能力掌握需要进一步加强。
结束语
Python系列课程目标是培养学生创新能力，通过对达成度数据分析，可以看出教改达到了预期教改目标。同时形成如下几点持续改进意见。
（1）在下学期继续坚持过程性考核，以过程性考核促动学习，以过程性考核持续激发学习热情，以过程性考核增强学生课程参与感。从达成度数据看，课程目标1、课程目标2的达成度相对较高。反应出课堂设计、实验手段、考核方式比较有效，应持续保持。
（2）从达成度看，课程目标3的达成度相对较低。结合学生问卷调查，个体谈话等渠道的反馈信息，反映出实验教学中缺乏监督和有效激励。今后需要改进实验组织形式，通过激励机制，增强学生对课程认同感，提高课程参与性。
（3）在今后教学过程中，结合Python语言优势，在人工智能、机器学习、模式识别、数据分析和挖掘、科学计算等前沿领域选择4~5个实验项目，侧重训练学生创新能力。提升课程目标4达成度。
参考文献
[1]费蓉,黄涛,徐庆征.计算机创新能力训练课程教学改革探索[J].计算机教育,2021(6):91-94.
[2]任红杰.面向创新能力的高校课堂教学变革[J].科技与创新,2021(10)：116-117.
[3]黄俊莲,赵冬岩,冯花平.高校计算机编程语言类课程过程考核的研究及实践[J].教育现代化,2019,6(32):149-151.
[4]计丽娟,唐琳,崔容容.混合教学模式下Python程序设计教学改革研究与实践[J].赤峰学院学报（自然科学版）,2021.2(37):99-101.
[5]教育部高等教育司.新工科建设指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究,2017,35(4):20-21
[6]丁淑辉,魏军英,孟晓军.基于工程教育专业认证的专业综合创新设计课程教学研究[J].大学教育,2021(6):65-67.
[7]罗定生,李文新,邓志鸿,等.北京大学人工智能课程教学改革与实践[J].计算机教育,2019(10):3-8,15.
［基金项目］
基金项目：教育部高等教育司2017年第二批产学合作协同育人项目（201802213015）；2019烟台大学教学改革项目（jyxm2019021）。
作者简介：李瑞旭，男，副教授，liruixu@126.com。烟台大学教师，从事物联网、人工智能的研究与教学。