基于开源项目的Python...设计课程混合式教学模式设计_王健.pdf

第 22卷 第 2期2023年 2月Vol.22 No.2Feb.2023软 件 导 刊Software Guide基于开源项目的Python程序设计课程混合式教学模式设计王健，刘惠子（辽宁师范大学 计算机与信息技术学院，辽宁 大连 116081）摘要：随着开源文化的不断发展以及数字化进程的不断深入，开源创新理念结合线上教学平台的新信息化教学模式成为高校为培养创新型专业人才进行教学改革的新趋势。通过分析Python程序设计课堂现状，结合开源项目在实际教学中的应用情况，初步构建出基于开源项目的Python程序设计课程混合式教学模式。该模式致力于学生自主学习、团队协作、融合创新等综合能力的培养，有效提升了课程教学质量。关键词：混合模式；开源项目；Python程序设计DOI：10.11907/rjdk.221313开 放 科 学（资 源 服 务）标 识 码（OSID）：中图分类号：G420 文献标识码：A文章编号：1672-7800（2023）002-0166-06Design of A Blended Teaching Model for Python Programming Courses Based on Open Source ProjectsWANG Jian，LIU Hui-zi（School of Computer and Information Technology，Liaoning Normal University，Dalian 116081，China）Abstract：With the continuous development of open source culture and the continuous deepening of the digitalization process，the new information-based teaching model of open source innovation combined with online teaching platforms has become a new trend for colleges and universities to carry out teaching reforms for cultivating innovative professionals.By analyzing the current situation of Python programming class，combined with the application of open source projects in actual teaching，a hybrid-teaching model of Python programming courses based on open source projects has been initially constructed.This model is committed to the cultivation of students comprehensive abilities such as independent learning，teamwork，integration and innovation，and effectively improves the quality of curriculum teaching.Key Words：mixed mode；open-source projects；Python programming0 引言在中共十九大吹响建设教育强国的号角后，夯实专业基础知识，促进实践能力提升，强化创新意识培养，推进综合素质发展，逐步构建高质量计算机专业人才培养体系是落实新工科人才培养理念的重要方向。教育部于2018年发布的 教育信息化2.0行动计划 中明确要求各高校要推进现代信息技术与教育教学的深度融合，面向国家战略需求，培养高性能专业人才，加强对学生课内外一体化信息技术技能、应用能力的培养1。高素质应用型计算机人才的培养对于加快信息化建设、提升国家经济发展水平有着至关重要的作用。随着国家不断深入推进数字化进程，开源理念得到广泛传播与支持，我国开源事业也取得了长足发展，以集体开发、合作创新、信息共享为特点的开源社区发展势头迅猛。据统计，截至2018年，中国最大的开源代码托管平台码云共收录开源项目超46 000个，推动了新一代信息技术的蓬勃发展，进而催生出自由、开放、共享的开源生态2-3。其中，Python 语言具有应用广泛、开源兼容、代码简洁高效、丰富库资源等特点，以其为基础构建的项目也日益增多，为借助开源项目开展Python语言程序设计课程创造了收稿日期：2022-03-21基金项目：教育部人文社会科学研究项目（16YJ880046）作者简介：王健（1967-），男，硕士，辽宁师范大学计算机与信息技术学院副教授，研究方向为数字媒体技术应用、数字资源开发；刘惠子（1998-），女，辽宁师范大学计算机与信息技术学院硕士研究生，研究方向为数字媒体技术应用和数字资源开发。第 2 期王健，刘惠子：基于开源项目的Python程序设计课程混合式教学模式设计有利条件。本文结合 Python语言的特点及计算机专业人才培养目标，探究在开源共创理念下的数字化教学方法，针对Python程序设计中的综合实践环节提出一种基于开源项目的混合式教学模式，以项目驱动的方式助力学生实践能力与创新思维的发展，以期探寻提升学生专业能力和计算思维的有效路径。1 相关研究1.1开源项目研究开源项目是指其在一定的框架基础上，使用者可依据自身需求进行修改的项目4。这里的开源项目既包括开源硬件也涵盖开源软件。美国是最早将开源项目应用于教学的国家，后来这种教学方法在德国盛行，并在软件学院得到了广泛应用。中国开源运动的序幕始于龚敏博士回国后带回的Linux等开源软件5-6。伴随着开源运动在中国的推进以及 GitHub、Source Forge 等开源社区日益成熟普及，如何将开源软硬件和开源社区的资源与教学内容相结合并应用于实际教学中成为越来越多教育者思考的问题。例如，章宗长等7从准备、设计与实施三阶段详细介绍了软件工程课程中利用开源项目开展实践的具体方法；覃国蓉等8探究并实践了开源项目在Java教学中的具体应用；沈忱9详细阐述了开源硬件融入人工智能课程的开发策略及课例经验，其从理论探究到具体实践，发现开源项目融入到教学中能较好地激发学生的学习热情与兴趣，在培养学生计算思维、综合能力等方面起到了良好作用。近年来，Python以开源兼容、具有丰富扩展库的优势被广泛应用于机器学习、人工智能等领域，深受创客运动、创新企业以及世界高校的欢迎，这也促进了Python开源项目的产生，愈来愈多的学校开始借助开源项目开展Python课程的学习。例如纽约工业大学 Boyan等10为促进学生的泛在学习，将 Python 的学习建构在一个开源编程环境中；秦维超等11尝试将Python双重循环知识点与开源硬件Micro：bit 相结合，从而促进学生对双重结构的理解与掌握。综上所述，以开源项目驱动Python课程的学习具有强化学生实践操作能力、深化专业知识理解等优点。1.2Python课程在教学实践方面，Python程序设计课程面临着诸多挑战。从教学方式和方法的角度来看，目前Python课程多采用填鸭式讲授方式，教师在教学中过于注重语法和原理的讲授，导致很难在有限课时内兼顾理论与实践的教学，缩短了上机实践的时间，使其成为理论课程的附属，容易使学生失去学习兴趣。除此之外，教学实例普遍沿用多年前简单抽象的老例子，内容存在一定的滞后性，技术变革带来的先进性与已有教学模式之间产生了很强的张力，导致所学内容与市场需求产生脱节，不仅不能满足技术革新的需求，而且忽略了利用编程语言对学生进行设计方面的训练，缺少对其计算思维、综合能力的培养4，12。从学生角度来看，有限紧凑的教学时间和抽象繁多的授课内容之间的矛盾不断激化，使课堂实践环节多以验证性实验为主，学生机械地搬运代码，对算法的理解只停留在表面，导致学而不会用、听懂容易编码难的现象层出不穷，大大降低了学生学习的积极性。针对上述问题，越来越多的研究者开始探索Python程序设计课程的教学新样态。一些学者从课程定位与需求角度出发，例如金传洋等13提出Python程序设计课程四阶段改进措施；吕友波等14关注学生计算思维和对复杂问题的解决能力，结合OBE理念提出Python程序设计课程内容设置实施方案，以实现学生综合能力的提升；刘宁等15对如何开展Python课程的混合式教学进行了理论探索与实践研究。尽管研究者们对Python课程的教学改革进行了探索与研究，但大多数是对教学内容与方法的分析，较少关注教学设计的具体过程，且鲜有人探究开源项目在Python 课程中的应用。为此，本文在借鉴已有研究的基础上，结合CDIO理念构建基于开源项目的混合式教学模式，旨在提升学习者的计算思维和实践能力，将其从机械的教学活动束缚中解脱出来，将教师从“一言堂”教学的桎梏中解放出来，进一步提升课程教学质量，促进专业人才培养向全方面、多层次、高质量方向发展。2 混合式教学和开源项目应用于Python课程的可行性与适切性2.1混合式教学现阶段我国高等教育已具备在线教育经验和现代化教育技术水平。健全的校内信息化设备和完备的数字化校园建设为混合式教学提供了基本条件，而雨课堂、学习通、码云等在线教学平台通过提供智能化与数据化的技术支持服务，为开展高质高效的混合式教学提供了重要保障。自混合式教学概念提出以来，全国高校积极开展线上线下的有机融合，如刘满兰等12以产出为导向探索Python课程的混合式教学方法；赵胜楠等16融合CDIO理念，借助Jupyter平台，以实训项目为切入点探究Python混合式课程改革方案。这种教学模式注重陈述性知识与程序性知识的融合，将线上自主学习、线下针对教学有效结合，充分发挥学生的主动性，促进教学质量进一步提升。2.2开源项目受益于开源共创理念的深入影响以及新一代信息技术的飞速发展和广泛部署应用，以代码托管、版本控制、分支管理为基本特征的开源平台日益成熟普及6。其中，GitHub、码云等代码托管平台相继推出高校版，为计算机教学提供了良好的教学环境和开发工具，也为Python课程的实践环节带来了新的契机。如教师可借助码云高校版 1672023 年软 件 导 刊提供的 Fork、Pull Request、Issue、Wiki 等功能创建分班管理、教学任务布置、学生作业在线提交、教师在线检查作业以及课程回顾与总结等多种教学场景，以灵活高效地开展教学工作；还可借助代码在线查看、代码质量检测等功能帮助学生实现结对编程与小组协作开发17。GitHub、码云等开源社区为高校师生提供了大量有价值的开源项目。作为最活跃的社区之一，Python开源社区提供了以综合运用Python类库为基础并面向不同应用维度的开源项目，为Python语言的实践环节提供了丰富的资源和素材。本文结合Python程序设计课程的知识内容，从码云仓库的推荐中选取了部分开源项目，如表1所示。开源项目的引入不仅使学生开阔眼界、与时俱进，也有助于其领会项目中蕴含的先进编程内容与具体的编程规范，有效缓解Python课程实践课时少、知识更新快的问题。3 基于开源项目的混合式教学模式构建秉承以生为本、学为中心的教学理念，基于新一代信息技术的发展现状和社会人才培养的现实需求，构建基于开源项目的混合式教学模式，结构如图1所示。该模式着眼于教师与学生两大对象，以开源项目为载体，以任务为驱动，融合线上线下多种教学方法，采用多元评价方式开展Python程序设计课程的学习，促进教师“导”与学生“学”深度融合。具体来说，该模式的第一部分为教学准备，即教师在充分了解学情、学习目标、内容的基础上选取适切的开源项目和教学资源，并进行设计与开发，以支持后续教学活动的开展；第二部分为课堂