人工智能时代大学非计算机专业项目引导式教学探索与实践

摘要：针对高校非计算机专业Python程序设计教学中存在的课时少、学生基础薄弱、教学效果不佳等问题，结合人工智能时代背景下对人才培养的新要求，文章详细阐述了构建模块化的项目引导式教学课程体系的具体方法。通过以项目为核心，将学习目标和任务紧密结合，激发学生的学习兴趣和积极性，提升其实践能力和解决问题的能力，以期为非计算机专业Python程序设计教学提供有益的探索和实践。

关键词：非计算机专业；Python程序设计；模块化；项目引导式教学

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）31-0168-03

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0 引言

教育部在2018年印发《高等学校人工智能创新行动计划》，引导高等学校瞄准世界科技前沿，不断提高人工智能领域科技创新、人才培养和国际合作交流等能力，为我国新一代人工智能发展提供战略支撑[1]。在人工智能技术飞速发展的时代背景下，计算机编程已成为当代大学生不可或缺的基本素养。Python作为一种通用编程语言，以其简洁易读、功能强大的特性，在人工智能、数据分析、机器学习等领域得到了广泛应用，其教学也受到了越来越多的重视。

对于大学非计算机专业的学生而言，掌握Python 语言程序设计，不仅有助于提升个人信息素养和创新能力，还能为未来职业生涯的多元化发展奠定坚实基础。项目引导式教学，作为一种以项目为驱动、教师为引导的教学方法，近年来在教育领域备受关注[2-3]。此方法通过精心设计的教学项目，帮助学生系统地构建知识体系，逐步深入掌握Python语言的核心概念和编程技巧，能有效激发学生的学习兴趣和积极性，同时也锻炼他们的实践能力与解决问题的能力[4]。

然而，当前大学非计算机专业的计算机教学仍面临诸多挑战。首先，Python程序设计作为非计算机专业的必修课程，通常课时较少，大多为48学时，基本上都是在大一上学期开设。由于大部分学生在此之前并没有太多的计算机基础，Python作为他们接触的第一门计算机语言，其语法知识点较多，学生在理解和记忆上存在一定难度，容易感到内容枯燥并缺乏学习动力。传统的“课堂理论知识讲解+机房实验”教学方式，缺乏实践环节的有效融合、师生互动不足、学生缺乏独立思考和解决问题的机会。同时，教学内容更新不及时，学生学习兴趣不高，难以将所学知识用于解决实际问题中。因此，在人工智能背景下，如何有效地开展Python语言教学成为一个亟待研究的课题。

基于此，本文以高校非计算机专业Python语言程序设计课程为例，从构建模块化的项目引导式教学课程体系、教学内容项目化、项目引导式教学实践等方面，探讨项目引导式教学的实践效果。希望通过本研究，为非计算机专业的Python程序设计教学改革提供一些有益的参考和借鉴，为人工智能时代大学非计算机专业的教学改革探索出一条有效的途径。

1 课程概况

1.1 课程目标

本课程主要讲授Python编程的基础知识、核心理论以及基本的程序设计方法。通过本课程的系统学习，学生应能够熟练掌握Python语言程序设计的关键技术和逻辑思维，并能够运用Python语言解决实际应用问题。为其今后在相关领域开展工作奠定坚实的基础，初步培养其结合专业知识进行软件开发的能力，以适应信息化社会的需求。

1.2 课程资源

本课程采用的教材是由学院自编、电子科技大学出版社出版的Python程序设计基础教程[5]，该教材内容丰富，习题详尽，操作实例贴近实际，易于理解。为了增强学生的实践能力，还特别编写了同步配套教材。课程作业和实验均通过万维考试系统完成，该系统提供了丰富的编程练习题，包括程序设计、程序改错、程序填空等多种题型，使学生能够全面检验和巩固所学知识。

除了传统的教材资源，还利用超星网络教学平台为学生提供了多样化的教学资源。平台上包括了详细的教学视频、精美的课件、典型的案例代码、融入思政元素的思政园地、课后题解以及拓展提高等内容。这些资源的整合，为学生提供了多方面的学习支持，可以促进学生自主学习和实践能力的提升，有效提高了课程的教学质量和学习效果。

2 项目引导式教学框架

2.1 构建模块化的项目引导式教学课程体系

鉴于当前大学非计算机专业Python程序设计课程的教学现状，本文提出了构建模块化的项目引导式教学课程体系。该模式以项目作为整个学习过程的核心，通过选定一些实用性强、趣味性广的项目，将学生的学习目标和任务紧密地联系在一起。

在构建项目引导式教学课程体系时，需要充分考虑教学目标、课程内容、教学方式、学情、实际应用等多个方面。其中，课程内容的模块化设计是体系构建的关键。首先对课程内容进行梳理，然后将知识点划分为相对独立但又相互关联的模块。每个模块可围绕一个或多个项目来展开，确保学生在掌握Python基础知识后，能够通过项目实践加深对知识点的理解和应用。

在项目引导式教学中，项目的选择非常重要。所选项目涉及的知识点应该贯穿相应的章节，这样学生在完成项目的过程中，可以逐步构建起完整的知识体系，从而对Python程序设计形成全面的理解。让学生能够将所学理论知识应用于解决实际问题之中。同时，教学内容需要与时俱进，及时更新，除了锻炼学生的实践能力外，还要收集学生对学习过程的评价和反馈，以优化教学模式，提升教学效果。

根据非计算机专业学生的基础、教学目标以及Python程序设计语言的特点，将课程内容划分为8个模块，包括Python基础知识、数据类型与运算、流程控制、函数与模块、面向对象编程、文件操作、数据处理与分析以及综合应用项目。每个模块都聚焦于Py⁃thon编程的某个特定领域，重在帮助学生分阶段地学习和掌握相关知识。同时，各模块之间相互衔接，共同构成了一个完整、系统的课程内容体系。

模块化设计有助于实现课程学习的灵活性和可扩展性。在教学中，可以根据实际需要对模块内容进行调整，以适应新的教学需求。不同专业、不同学习能力的学生还可以根据自己的专业和兴趣，选择相应的模块进行学习，实现个性化学习。整个课程体系分为4个阶段，如图1所示。

2.2 课程模块内容的项目化

通过围绕项目展开模块内容，学生可以在完成项目的过程中逐步掌握相关的知识点和技能。这种学习方式不仅有助于学生形成对知识的整体理解，还能够提高他们的实践能力。同时，项目式学习还能够激发学生的学习兴趣，使他们更加积极主动地参与课程学习中来。

为了保证课程模块之间知识的衔接和内容体系的完整性，在设计模块和项目时，需要确保每个模块和项目对课程目标的支撑关系；在模块设计上采取“渐进式”的难度，以便学生能够在前一个模块的基础上顺利进入下一个模块的学习；在设计项目时，需要穿插使用之前模块学过的知识点，以此来串联各个模块；在课程的最后阶段，可设计一个涵盖多个模块知识点的综合项目，让学生综合运用所学知识来完成项目，从而加深对各个模块知识及模块之间联系的理解。总之，通过课程内容的项目化设计，力求使课程内容更加符合学生的学习规律，从而提升教学质量和教学效果。

围绕每个模块，研究设计了相应的项目任务，便于学生分阶段学习和实践，如表1所示。

2.3 项目引导式教学的实践应用

教学团队设计的项目，贴近学生生活、有趣实用。下面以“制作电子通讯录”项目为例，讲解在实际教学中的实施步骤：

1） 项目引入：首先向学生介绍“电子通讯录”在日常生活和工作中的重要性和实用性，激发学生的学习兴趣和动机，明确项目的学习目标即掌握Python中列表和字典的使用，达到提升数据处理的能力。

2） 讲解基础知识：针对项目所涉及的知识点进行详细讲解和示范。确保学生对列表、字典等数据类型及其运算操作等有深入理解。

3） 需求分析和功能设计：和学生一起讨论“电子通讯录”需要实现的功能，包括录入、查询和修改联系人的信息，如姓名、电话、邮箱等。根据讨论结果，设计程序的基本框架和逻辑。

4） 学生实践：学生根据教师的指导，自行编写代码实现项目功能。在完成代码编写后，组织学生进行代码测试；在基本功能实现的基础上，还可以引导学生思考如何对程序进行优化与扩展。在此过程中，教师可以提供必要的帮助和指导。

5） 项目展示与总结：在项目完成后，组织学生进行项目展示，并对项目进行总结和评价。通过向其他同学展示自己的成果，可以增强学生的学习成就感，还可以培养学生之间的合作能力。

通过以上教学实践，实现了课程内容的模块化设计，帮助学生分阶段地学习和实践Python编程技能。同时，注重模块之间的衔接和课程内容体系的完整性，为学生提供更加系统、全面的学习体验。

2.4 项目引导式教学的考核和评价

课程考核作为衡量教学质量与学生学习成效的核心环节，对于非计算机专业学生而言，尤其需要强调对基础知识的深入教学与考核。在基础教学阶段，积极引导学生主动预习，并利用超星网络教学平台进行自主学习，以便深入理解并熟练应用Python语言。在此过程中，学生的平时成绩以完成万维考试系统中的6个作业、出勤情况以及在超星系统中对知识点的掌握程度作为考核的主要依据。

进入提高阶段后，学生的考核目标则聚焦于完成万维考试系统中的6个实验。只有当学生成功通过基础阶段的考核后，方可进入下一阶段的考核，以确保其学习进程的连贯性与扎实性。

在高级阶段，采用模块化的项目引导式教学模式，为学生提供了从基础到高级应用的系统学习路径。通过对学生在课堂参与度、项目完成度、代码质量及创新性等方面的全面分析，发现此种教学模式能够显著激发学生的学习热情。同时，为促进学生的互动与学习，还鼓励他们进行自我评价和相互评价。学生普遍反映，这种教学方式有助于他们更好地理解和应用Python编程语言，能够运用所学知识解决实际问题，进而提升编程技能、学习兴趣和实践能力。此外，与往届学生成绩的对比进一步证明，实施项目引导式教学模式后，学生的平均成绩有了明显提升。这一成果不仅验证了该教学模式的有效性，也为未来进一步优化教学方法提供了有力的数据支持。

3 结论

在人工智能背景下，非计算机专业的Python语言程序设计课程为适应新的教学要求，引入了项目引导式教学模式。目前，该模式已应用于日常教学，取得了一定成效。同时，通过与学生日常生活和专业应用的结合，课程内容更加实用有趣，有效促进了学生学习的主动性和积极性。

后续将注重学生自主学习和协作学习能力的培养，引导他们逐步掌握相关知识和技能，使学习更加具有针对性和实用性，切实提高学生利用Python语言解决实际问题的能力。

另外，针对不同专业的项目引导式教学还存在许多需要深入研究和探讨的内容，需要不断实践逐步完善课程教学体系，以期提高教学质量，培养更多高素质的技术人才[6]。

参考文献：

[1] 教育部关于印发《高等学校人工智能创新行动计划》的通知- 中华人民共和国教育部政府门户网站[EB/OL].[2023-10-20].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s7062/201804/t20180410_332722.html.

[2] 詹明君.面向新文科的Python程序设计课程项目引导式教学[J].佛山科学技术学院学报（自然科学版），2023，41（6）：70-75.

[3] 程化，卢周广，王海鸥，等.材料学综合实验课程项目引导式教学的探索与实践[J].中国现代教育装备，2023（15）：129-131，144.

[4] 曹锦梅.非计算机专业Python程序设计教学模式改革实践探究[J].电脑知识与技术，2023，19（13）：127-129.

[5] 叶安胜，范文杰，赵丽琴，等.Python程序设计基础教程[M].成都：电子科技大学出版社，2023.

[6] 卢景.Python语言课程的项目式教学模式分析[J].集成电路应用，2023，40（4）：277-279.

【通联编辑：王力】

基金项目：成都大学计算机学院2024 年微课题工程项目（SmartIT_K046） ；2023 年微课题工程项目（SmartIT_K041、SmartIT_K042）