传统与现代Python编程教学方法的对比分析与展望
作者： 李斌摘要：编程能力已成为当代教育体系中重要的技能之一，尤其是对于学习Python这门既适合初学者又广泛应用于众多领域的语言。本文概述了Python教学的核心领域，并对传统方法与创新策略进行了对比，强调了以项目为导向的实践、翻转课堂以及在线学习资源在提升学习效果方面的优势，同时分析了针对不同学科和行业需求定制教育内容的重要性。未来的研究方向涉及开发个性化学习工具、综合评估体系和提升学生动机的学习策略，旨在为Python教育创造更多样化和互动性强的环境，以适应学生多样的学习风格，培养其在技术不断变革中适应和创新的能力。
关键词：编程能力；Python；教学方法；学习效果；综合评价
中图分类号：G642 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2024）23-0145-03
开放科学（资源服务）标识码（OSID）
0 引言
编程教育在当今科技迅猛发展的社会中扮演着至关重要的角色，它是培养学生解决问题能力、创新思维和逻辑推理技能的关键方式。随着编程在各个学科和行业中的应用不断扩大，掌握至少一门编程语言成为许多领域必备的技能，这不仅增强了个人职业竞争力，而且对经济的发展和科技革新起着推动作用。
Python语言以其简洁的语法、强大的功能和广泛的应用成为当代编程教学的首选之一。它被设计成易于阅读和学习，适合初学者入门，同时也满足了高级用户的需求，包括数据分析、人工智能、网络服务与科学计算等领域。由于其低学习门槛和广泛的实用性，Python语言已成为全球多所教育机构教学大纲的一部分。
在这样的背景下，探讨和优化Python的教学方法变得至关重要。教学方法的有效性直接影响学生学习编程的兴趣、效率和最终的学习成果。随着编程课程的普及，有必要确保教师使用最佳实践来提升教学质量，使学生能够在不断变化的技术前沿保持其技能的相关性和竞争力。此外，由于Python语言的多样化应用，研究针对不同领域的教学方法将有助于专业化编程教育，满足不同学科背景的学生需求。因此，研究不同的Python教学方法，评估其效果，并不断改进这一教学过程，对于编程教育的发展具有重大意义。
1 Python编程教育的研究领域
目前针对Python编程教育的研究领域主要包括：课程设计、教学方法、学生学习成效评估、教具和工具的使用，以及针对特定群体的教学策略。
1.1 课程设计
研究者们关注如何设计Python编程课程，以及不同教学目标下的课程结构。例如，为了培养初学者的兴趣，课程可能更注重实战项目，而对于要求高级编程技能的学生，重点可能放在算法和高级语言特性上[1]。研究还包括跨学科教学设计，如将Python编程与数学、物理或药学等学科融合的课程[2]。
1.2 教学方法
多项研究探讨了不同教学方法在Python教育中的应用和成效。这些方法包括面向项目的学习（PBL） [3]、翻转课堂[4]、同伴教学（Peer Instruction） [5]以及在线学习平台[5]等。每种方法的研究集中于如何提升学生的参与度、促进主动学习以及提高理解和应用编程概念的能力。
1.3 学生学习成效评估
Python编程教育研究亦专注于评估学生学习成效的方法。这些方法往往涵盖了形式评估和非形式评估，比如定期测试、项目评估、自我评估，以及同伴评估[6]。研究旨在确定哪些评估方法对于识别学生的弱点和强化学习成果最为有效。
1.4 教具和工具的使用
教具和工具是Python编程教育中必不可少的部分。探讨从文本编辑器到集成开发环境（IDEs） 、在线代码评测系统（OJ） 、互动式学习平台（如Jupyter Notebook） 的使用情况。分析这些工具在改善编程教学流程、加深学生理解以及提高教学效率方面的作用。
1.5 针对特定群体的教学策略
不同的学生群体可能需要不同的教学方法。例如，针对没有编程背景的初学者，探讨如何简化复杂的编程概念，采用更加直观和互动的方法。而对于已有编程基础的学生，如何进一步深化他们的知识结构，这就需要重点关注。
这些领域的研究拓展了我们对于Python编程教育有效性的认识。然而，这些研究的结论并不是一成不变的。教育技术不断进步，学生群体和社会需求也在变化，因此研究亦需持续更新，以探索最佳的教学实践方法。此外，由于教育研究涉及的变量很多，因此解释研究结果时通常需要谨慎，考虑多方面的因素，如教学环境、学生的先验知识以及文化背景等。
2 传统Python教学方法分析
在传统的Python编程教育中，教学方法主要依赖于前置式知识讲解和实验室编程练习，以及其它传统的课堂活动。表1是对这些教学方法及其效果评估的详细描述。
总的来说，传统教学方法在结构上比较固定，以教师为中心，更加注重理论的教授和系统的练习。尽管传统教学方法曾是教育的主流并在某些情况下依然有效，但它们存在一些局限性，特别是在教授像编程这样的技能密集型课程时。为了应对这些局限，现代教育越来越多采用以学生为中心的方法，如项目导向学习、翻转课堂，并整合了在线资源和社交媒体工具，以培养更独立、创造性和适应性强的学习者。
3 多样化专业需求的教学挑战
现代教育中对Python技能的需求跨越了多个专业领域，因为Python已经成为许多领域领先的编程语言之一。不同的专业可能会从不同的角度使用Python，这对教育模式提出了特定的挑战。表2是针对一些专业对Python技能需求的分析，以及传统教育模式在满足这些需求方面存在的不足。
导致这些不足与教育模式有关，传统教育模式的问题如下：
单一教学风格：不同专业的学生可能对Python的应用有不同的学习风格和需求，但传统教学方法往往采用统一的教学风格，缺乏个性化。
课程内容不够灵活：随着专业需求的迅速变化，传统的课程更新速度可能跟不上行业发展，导致学生学到的技能落后于市场需求。
缺少跨学科融合：现代教育越来越强调跨学科学习，特别是在编程领域。传统模式往往在本专业的范围内教授技能，忽略了与其他专业的交叉融合的机会。
综上所述，传统教育模式在灵活性、实用性以及跨学科整合方面存在明显不足。现代教育逐渐向项目导向学习、个性化教育以及实践和理论并重的方向发展，以满足不同专业领域对Python技能的复杂需求。
4 替代传统教学模式的现代方法
编程教育正经历着快速变化，多种现代方法正在替代或改进传统的讲授与考试模式。这些新方法的核心目标在于提高学生的实际编程能力，增强学习的互动性和灵活性，并提升学生解决复杂问题的能力。表3是一些富有创新性的教育方法。
这些方法都试图提供一个更具参与性的学习环境，同时强调应用知识而非单纯记忆。这些方法也面临各自的挑战，如确保所有学生都参与进来，对教学资源的需求上升，以及需要教师进行不断的进修和适应新的教学工具和技术。尽管存在这些挑战，但研究表明，那些参与PB的学生通常在技术技能和软技能方面均展现出较好的提升；翻转课堂可以改善学生成绩和参与度；MOOC和在线学习平台能提供有效的学习途径，尤其是在提供互动式任务和及时反馈方面非常有效；协作学习在编程教育中被看作是促进深度学习的重要方法，有助于提高学生的持久性和满意度； 游戏化能够提升学生的动机，并有潜力增加编程学习的成功率。研究普遍显示这些创新教育方法能够提升学生的学习体验，增强他们的编程能力，并在某些情况下，提高他们的学术成就。
5 展望
为了进一步探索不同教学方法的结合和优化，使其更好地适应学习者的多样性，我们可以对未来方向做如下展望：
1） 个性化学习途径的开发与评价。研究者可以开发新的算法和软件工具来个性化适应学习者的能力水平和学习风格。例如，为MOOC和在线学习平台引入人工智能辅助教学，根据学生的互动和学习成效，调整课程内容和难度。这样的研究将有利于提升在线学习平台的有效性，且可以为未来如何在大规模在线课程中应用个性化教学提供指导。
2） 动态评估系统的构建与试验。研究者可以设计新的评估系统来更精准地评价学生在项目导向学习中的表现。这可能涉及开发一套包含自我评估、同伴评价和项目成果评价的综合评估体系。当前的研究可以在这些动态评估方法的设计、实施和评价方面做出贡献。
3） 探索增加学生动机和自我调节方法。为了解决学生动机和自我调节问题，研究者可以开展实验性研究，测试不同的教学干预如游戏化学习、自我监控工具和激励策略。研究的成果将为如何在不同的学习环境中鼓励学生的学习提供建议。
4） 团队动力学的细化研究。研究者可以深入研究团队动力学，特别是如何监管团队中的个别成员，并确保所有学生能够平等地学习和贡献。可能的研究方案包括测试不同的小组构成和团队管理策略以及使用社会心理学原理来优化团队动力。
5） 跨文化和社会经济分析。研究者可以开展跨国研究，探索不同文化和社会经济背景下学生对教学方法的反应。这样的研究将帮助教育工作者理解如何调整教学方法以适应不同背景的学生群体。
6） 混合教学模式的效果研究。研究者可以测试和评价不同教学模式的混合，例如结合传统教学、翻转课堂、PBL的元素，并测量它们对学生学习成效的影响。
参考文献：
[1] 杨彩云，詹国华.引导性问题案例在Python数据分析基础课程的教学[J].计算机教育，2021（1）：154-157，162.
[2] 侯凤贞，潘蕾，武小川，等.药学生Python程序设计课程教学探索[J].药学教育，2021，37（5）：41-44.
[3] 张思扬.“Python程序设计” 课程教学改革与实践[J].工业和信息化教育，2019（6）：57-60.
[4] 张莉，金莹，张洁.基于MOOC的“用Python玩转数据” 翻转课堂实践与研究[J].工业和信息化教育，2017（3）：70-76.
[5] 刘欣欣，朱延钊，徐红云.Python语言程序设计在线多元混合教学[J].计算机教育，2020（10）：24-27.
[6] DONG F.Discussion on the teaching reform of python language programming course for engineering majors based on OBE[J].Journal of Big Data and Computing，2023，1（1）：54-57.
【通联编辑：王 力】