新工科視角下以計算思維為導向的高職Python程序設計公共課程教學改革研究

肖卓宇 黃俊 徐運標 陳果 郭杰

摘要：針對新工科視閾下高職學生程序設計公共課程實踐能力欠缺的問題，以公共課程Python程序設計為例，通過Python基礎學習知識點與計算思維能力映射、Python numpy庫知識點與計算思維能力映射、Python pandas庫知識點與計算思維能力映射、Python matplotlib庫知識點與計算思維能力映射4個模塊對公共課程Python程序設計進行教學改革。實驗結果證明，引入計算思維技能的教學改革有助于提升高職學生程序設計能力。

關鍵詞：新工科;計算思維;Python程序設計;映射;計算思維能力

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）21-0154-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 前言

2018年3月15日，教育部辦公廳發布《教育部辦公廳關于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知》[1]。新工科專業主要指針對新興產業的專業，以互聯網和工業智能為核心，包括大數據、云計算、人工智能、區塊鏈、虛擬現實、智能科學與技術等相關工科專業[2]。2006年3月，美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真提出計算思維（ Computational Thinking）的概念，計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為[3]。肖卓宇[4-6]等人基于計算思維的教學方式、教學內容、教學課程及考核方式進行了教學改革。文獻[7]引入計算思維對課程數據結構就行了深入研究，取得了較好的效果。文獻[8]引入計算思維針對新工科大數據技術課程體系進行了優化，取得了一定的成效。

課題組前期工作取得了較好的科研成果[9-15]。但我院作為“工”字號全國示范性高職院校，學生入學分數相對較低，理論基礎薄弱，在國家大力倡導新工科的背景下，引入計算思維的高職Python程序設計公共課程教學改革研究顯得尤為重要。

2 計算思維導向下的公共課程Python程序設計

PYthon程序設計作為學院公共課程需要學生掌握Python程序基礎、numpy庫、pandas庫、matplotlib庫四個主要模塊，為學習好這些模塊，需要具備相應的計算思維能力，見圖1。

2.1計算思維能力與Python基礎知識為映射表1中描述了Python程序基礎部分需要掌握的知識點與計算思維能力要求的映射關系。表1中對Python程序基礎的運算符、變量、模塊、類、文件、異常等知識點做出了要求。此外，實戰項目《男女電影評分差異比較》要求首先對復雜問題進行抽象思維求解，再通過形式化符號表示，遞歸等計算思維方法進行具體問題求解。

2.2 計算思維能力與Python numpy庫知識點映射

表2中描述了Python numpy數學函數庫部分需要掌握的知識點與計算思維能力要求的映射關系。表2中對Python numpy庫的numpy的屬性、array、numpy的運算等知識點做出了要求。此外，實戰項目需要實現《圖像的手繪效果》，這對計算思維中的抽象思維、符號表示、形式化證明等方法有著較高的要求。

2.3 計算思維能力與Python pandas庫知識點映射

表3中描述了Python pandas庫部分需要掌握的知識點與計算思維能力要求的映射關系。表3中對Python pandas庫的Series、DataFrame、選擇數據等知識點做出了要求。此外，實戰項目需要實現《Pandas特征效果分析》，這同樣對計算思維中的抽象思維、符號表示、形式化證明等方法有著較高的要求。

2.4 計算思維能力與Python matplotlib庫知識點映射

表4中描述了Python matplotlib可視化庫部分需要掌握的知識點與計算思維能力要求的映射關系。表4中對Python mat-plotlib庫的figure圖像、設置坐標軸、legend圖例、scatter散點圖等知識點做出了要求。此外，實戰項目需要實現《引力波繪制》，這對計算思維中的抽象思維、模型構建、符號表示等方法有著較高的要求。

3 結論

本課題對新工科視角下以計算思維為導向的高職Python程序設計公共課程教學改革進行了研究，以Python程序為例，分4階段對其映射的計算思維方法進行深入研究。事實證明，新工科視角下引入計算思維的思想有助于提升學生學習效率，今后工作將進一步厘析知識點要求與計算思維能力要求之間的關系，為學生程序設計能力的提升奠定堅實的基礎。

參考文獻：

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【通聯編輯：張薇】

收稿日期：2020-02-15

基金項目：“2019年度全國高等院校計算機基礎教育研究會課題：新工科視角下以計算思維為導向的高職Python程序設計公共課程教學改革研究（2019-AFCEC-332）”

作者簡介：肖卓宇（1979-），男，湖南長沙人，副教授，研究方向為軟件演化、大數據分析、機器學習等;黃俊（1990-），男，湖南長沙人，助教，主要研究方向：智能制造等;徐運標（1983-），男，湖南邵陽人，碩士，講師，研究方向：軟件工程等;郭杰（1976一），女，湖南常德人，碩士，講師，研究方向：軟件工程等;陳果（1980-），女，湖南長沙人，碩士，講師，研究方向：軟件工程等。