基于任务驱动的翻转课堂模式在Python语言基础课程教学中的应用研究

刘学颖 张友志 曹立群

关键词：翻转课堂；Python 语言基础；任务驱动；教学模式

1 引言

在“新工科”背景下，为培养未来多元化、创新型卓越工程人才，有效提高学生的实践能力、探究能力、创新能力及表达能力，更加体现“以学生为中心”的教育理念，亟须授课教师及团队在课堂教学模式上进行创新。本文提出的教学模式摒弃老师主讲、学生听课的传统形式，转而采用以问题为导向的启发式教学的思想，在以学生为主导的翻转课堂中引导学生自主发现问题、探究解决方法、尝试动手实践，最终达到学以致用的目的。

翻转课堂是一种重新分配课内外时间，将课堂的主导权由教师转移到学生的课堂模式[1]。在此模式下，课上和课外的学习变得同样重要，学生更专注于基于目标任务的学习，并在过程中全面开展交流合作、探究质疑、拓展提高，以此培养学生的创新思维。与此同时，将智慧教学和课程思政理念融入教学过程，为基于翻转课堂的教学模式提供支撑。在教学设计时教师应注意课程思政环节的设置，让思政内容融入每一章每一节的教学当中[2] ，以提高课程深度。在课堂内外借助智慧教学工具与学生联通，教师可以实时了解学生学习动态，根据学生反馈调整教学节奏[3]，做到“宽而不松，学教共济”，从而规避翻转课堂在实践中可能带来的弊端。

2 Python 语言基础课程分析

Python语言基础是计算机类专业的基础必修课，Python语言是一种高级动态的计算机语言，其完全面向对象的特性使得代码具有极强的可扩展性，设计出的程序算法更易维护，可在数据分析、深度学习等领域使用，进行数据量较大的工程的计算[4]。课程主要介绍Python编程的语法基础、程序设计方法论、Python 生态及数据处理等基础理论，希望学生完成本课程的学习后即可利用Python语言编程解决诸多实际问题。

Python语言基础课程的授课过程中通常存在以下问题：首先，从课程安排来看，Python语言基础课程分为理论课、实验课两部分。此安排希望在课程结构上帮助学生理论联系实际，但由于课程安排工作在实施时的偏差，往往会存在理论学习和实践环节间隔太久或顺序紊乱的情况。其次，从授课方式来看，在理论课的教学中，课堂的重点容易集中在对语言语法的描述和解读上，受限于上课时间，即使有代码的演示也往往是浅尝辄止，在教与学之间很容易产生“壁垒”。同时，有时为了赶进度或备考，真正留给学生体验和思考的时间相对较少，学生没有切实体会代码编写的过程，听得懂、却不会用[5]。最后，从学生对知识的接受程度来看，学习语言主要目的本应是解决实际问题，大篇幅的理论知识讲授会使学生对课程失去学习兴趣和探究激情。只有在夯实理论知识的基础上，以任务完成为目标，才能让学生在学习过程中分阶段收获成就感。

3 翻转课堂的教学形式

在本案例中，Python语言基础课程的教学在基于任务驱动的翻转课堂模式下进行，借助移动终端软件与学生实现全过程交互，将智慧教学理念真正融入教学过程中。

翻转课堂的教学形式主要由课前、课中和课后三部分組成。在课前学生需完成对基础知识点的学习，在课中教师需解答学生疑惑，同时强调理论知识和应用的联系，课后通过布置任务等形式帮助学生巩固所学。借助对三个环节的设计，全方位践行“以学生为中心”的教学理念，充分关心学生的学习过程与结果，在课堂内外同时开展教学活动，在教与学的过程中促进学生自主能力和创新能力的提升[6]。

与此同时，智慧教学也是翻转课堂教学的重要组成部分，在Python语言基础课程教学中应用超星学习通App作为线上教学工具，使用PTA程序编写类教学辅助平台作为代码编写的线上实验平台。为更好的在课上实现同步编程，将轻量级、可实现互动编程的集成开发工具Lightly应用于课堂，增强课堂互动性。

4 任务驱动的设计与实践

学生的学习惰性和学习习惯欠佳的问题在编程语言类课程中格外明显，为提升学生的学习动力和兴趣，同时为学生提供增强实践能力的渠道和环境，借助任务驱动模式开展教学是可行且必要的尝试。任务驱动旨在为学生提供理解和处理问题的情境，学生可以围绕问题开展讨论和学习，并在此过程中增强对知识点的感悟[7]。

具体教学中应根据知识要点将目标拆分成若干子任务，并以此引导学生完成知识点学习。任务对学生来说是“需要踮脚尖才能拿到的苹果”，为学生提供了学习和探索的动力，而任务的完成又可以有效的激励学生快速进入后续内容的学习，从而构建良性循环。值得注意的是在课前、课中和课后的教学设计中如何合理布置任务是教师需要着重思考的问题。下文将详细阐述在基于任务驱动的翻转课堂模式下课堂教学的三个阶段，具体的教学流程设计见图1。

4.1 课前环节

为培养学生的学习积极性以及自主学习能力，同时也为了避免将过多的课上时间花费在基础知识的讲解上，在此部分布置“课前任务”，将基础性的内容以微课视频的形式呈现，同学们通过平台进行课前自主学习。

微课视频应具有简洁精炼的特点，视频大多只有几分钟到十几分钟，每个视频仅针对某一知识点进行讲解，教学内容精准且明确，将知识要点清晰地传递给学生[8]。微课视频的制作考量了学习者普遍的学习状态，采用碎片化教学，保证学生观看每个视频时的注意力尽可能保持集中，同时方便学生在无法理解时能够快速查找反复观看。

在Python语言基础课程的具体实践中，教学团队在学习通平台上传了大量的学习资源以供同学们自主学习，资源内容包括任务书、微课学习视频、演示代码及参考资料等。与此同时，除了教学团队准备的相关材料，也尽可能通过MOOC中众多国家精品课程来丰富学生的学习资源。

学生经过线上平台相关资源的学习后基本掌握基础知识，并通过每个知识点后的章节测验来检验自己的学习情况。教师通过后台查看学生的微课学习参与率、章节测验的正确率，从而大致了解学生基础知识掌握情况，在备课时调整课程讲解重点，为学生解答预习中的困惑并进行扩展提高，有效提升课堂时间的教学效率。

4.2课中环节

课前的预习环节已有效的将传统课堂中对基础知识的讲解前置，从而更好的将课堂环节的教学重点转移到互动交流和拓展提高中。根据“新工科”人才培养要求，课堂教学将紧盯知识的灵活应用和创新探究实践，通过适当的增加团队合作类的任务，提高学生的团队协作能力和意识。教学团队依托线上学习平台超星学习通提供的随堂练习、分组任务、主题讨论等功能开展教学，课中教学过程可分为四个阶段，分别是案例导入、知识回顾、教学重点解读和拓展提高。

1）案例导入部分

根据课程安排，学生已经在课前基本了解本节课程基础知识，但对该知识可以解决怎样的问题却仍有疑惑，所以在开始课程之前，抛出一个较复杂的问题作为本节课程“核心任务”引发学生思考，这不仅是可以激发学生学习热情的教学手段，更是可以巧妙引出课程重难点的教学方法。

2）知识回顾部分

案例导入部分已自然并生动的将学生带入到当前的课堂情景中，在正式进入学习之前为了让学生了解所学知识框架，通过思维导图明确本节课程内容在全章节甚至是全课程中的地位，使学生在理解当前知识点的基础上对课程结构有宏观的认识。在课程开始阶段适当设置预习回顾的环节，设计若干道题目帮助学生回忆预习中的知识点，通过“热身任务”让学生能够快速进入学习状态。

3）教学重点解读部分

本阶段在预习内容的基础上开展本节课程重点知识的教学，老师和学生在此环节进行知识点的研讨与应用。在此阶段的课堂教学中，教师可应用多种教学方法和教具使课堂形式更加多元化，如游戏教学、协作学习等，通过适合课程特点的方式开展丰富多彩的课堂活动，以便于学生对知识的理解和感受。以任务驱动带来学习动力，使用团队合作等方式开展教学，并通过多种评价方式激发学生思考活力和创造力，切实提高学生的问题解决能力。

4）拓展提高部分

在这一阶段学生已经对知识点产生了理解和认知，接下来要将其应用在实际情境中，此环节也是有效增强学生实践能力的关键一环。在案例导入部分，教师已为学生提供了应用案例，案例的实现与解决也恰好是验证学生是否已经掌握当前知识点的重要手段，对实际问题的分析过程切实培养了学生的应用能力。在此过程中，可借助基于Web的轻量级开发工具Lightly实现代码的协同编写，以实现编程過程全程可视化，老师学生共同解决编程过程中遇到的问题，有效提高学生代码和团队协作能力。

4.3课后环节

课堂教学结束不是本节学习的终点，课后学生需对课程所学进一步巩固和提高，教师按照学生知识掌握程度将课后作业分为基础题和拓展题，学生根据所给出的文献和资料尝试完成作业。此过程希望能让学生的文献阅读和程序编写能力得到进一步提升，教师在这一环节借助PTA程序编写教学平台及时掌握学生课后动态。

4.4教学过程总结

综上所述，在本文提出和总结的教学实践中，课前安排“预习任务”，将基础知识点学习前置。以案例导入的例题作为课上学习的“核心任务”，通常该任务具有“贴近实际且颇为复杂”特点，试图激发学生的积极性。在知识回顾环节中布置基础易上手的“热身任务”，该任务多数以简单的选择题形式出现，目的是帮助学生回忆预习环节出现的知识点。教学重难点的讲解是教学过程中的重要环节，在此环节应设计更加丰富且体现团队性的“过程任务”，帮助同学们通过探索和实践发掘知识内部的潜在联系，加深对知识点理解的同时，增强学生个人的实践能力，树立学习自信心。在教学过程的末尾回溯案例导入的“核心任务”，同时根据任务的完成情况衡量学生掌握程度，根据出现的问题为学生查缺补漏以确保教学质量。课程结束后，在教学平台中布置“课后任务”，根据学生的接受程度不同安排不同难度的任务，不仅让同学们能够巩固已学知识，同时给学有余力的学生提供提高能力和水平的平台和资源。

因此教学过程中任务设计的合理性占据非常重要的地位，需精心配置合理规划，任务的难度应从易到难、从单人到团队，让学生在任务达成的过程中感知解决问题的成就感并全面提高能力，从而达到改善学习习惯、提高学习主观能动性的目的。

5 教学效果分析

基于任务驱动的翻转课堂模式已应用在课堂教学中，现已在2019级计算机科学与技术（简称计科）以及2019级物联网工程两个专业中进行了教学实践并积累了一定数据。为更好的对比两种教学方法的教学效果，2019级数字媒体技术专业（简称数媒）和2019 级智能科学与技术专业（简称智科）仍采用传统教学方法，使用三个指标对教学效果进行量化，分别为学生评价满意度、成绩及格率以及课堂参与度，以此进行结果对比。由于Python程序基础课程的应用性及实践性，采用全程序设计题的机考作为考察方式，以检验学生的动手能力，结果见表1。

从表1可以看出，采用基于任务驱动的翻转课堂模式的两个专业学生对于课堂的参与度和满意程度均略高于采用传统教学模式的学生，在评教时计科学生对课程有“课程生动有趣，从案例引入到学习内容过渡自然，上课形式多样，师生互动频繁”“安排了课前导入环节，让课程内容便于理解”和“老师充满活力激情，且亲近学生，让学生上课轻松自然”等评价。同时，在相同的教学内容与试卷难度下，应用基于任务驱动的翻转课堂模式的学生的成绩及格率普遍高于传统课堂模式的学生，学生的实践等能力相对传统模式得到了加强，自主学习能力和对计算机的兴趣也显著提升。

通过对教学效果的数据分析可以看出，依托线上学习平台超星学习通App、程序设计类教学辅助平台PTA 以及轻量级集成开发工具Lightly等教学工具构建的基于任务驱动的翻转课堂模式能够有效调动学生的学习积极性，多维度提高学生各项能力，切实培养了学生创新思维，为计算机语言类教学提供了可借鉴的方法。

6 结束语

从本文提出的教学案例及分析可以看出，在Py?thon语言基础课程中使用基于任务驱动的翻转课堂模式，相较传统教学模式而言，在学生评价、成绩及格率和学生课堂参与度方面都得到了显著提高，在一定程度上解决了传统课堂中存在的实践与授课之间脱节、学生无法在课堂中切实感知编程过程的问题，同时有效提高了学生学习积极性，培养了学生的多方位能力，形成了学生学习习惯和学习效果的良性循环。在未来的研究和探索中，应将教学模式研究的重点放在如何更好的结合学校的办学特色中，以培养社会经济发展需要的创新应用型人才。