面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)Python程序設(shè)計(jì)教學(xué)改革探討

邵仲世，邵煒世*

（1.陜西師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710119；2.南京師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院/人工智能學(xué)院，江蘇 南京 210023）

0 引言

近年來，伴隨著人工智能興起及推動(dòng)，人工智能的相關(guān)技術(shù)已應(yīng)用到了衛(wèi)生、教育、能源、環(huán)境等眾多關(guān)鍵領(lǐng)域。Python作為人工智能領(lǐng)域最常用的語言，備受學(xué)術(shù)界和工業(yè)界重視。Python定位是“優(yōu)雅”，“明確”，“簡單”，具有語法簡潔、可移植性、可擴(kuò)展性、可嵌入性等特點(diǎn)。因此，Python程序設(shè)計(jì)課程已成為高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能等專業(yè)的核心課程，也成為非計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)編程語言課的首選。

當(dāng)然，非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)并不是為了培養(yǎng)信息技術(shù)人才，而是為了方便學(xué)生在其所從事的專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行實(shí)踐或科學(xué)研究。例如：地理學(xué)專業(yè)的學(xué)生通過計(jì)算機(jī)語言可以處理空間數(shù)據(jù)、幾何圖形，制作地圖等[1]；經(jīng)管專業(yè)的學(xué)生可以借助計(jì)算機(jī)語言進(jìn)行金融數(shù)據(jù)的挖掘和處理[2]；醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生可以分析醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)做醫(yī)療輔助診斷[3]。Python語言的優(yōu)勢在于具有非常強(qiáng)大的第三方庫資源，對于不同領(lǐng)域的研究具有很好的支持，在基礎(chǔ)庫上進(jìn)行開發(fā)，可大大縮短開發(fā)周期，同時(shí)Python也建立了良好的生態(tài)環(huán)境，這也是非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)Python編程的必要性。

文章結(jié)合非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí) Python語言的現(xiàn)狀，探討非計(jì)算機(jī)專業(yè)Python程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的一些改革措施。

1 “Python程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前，對于“Python程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)，無論是作為主修課程的計(jì)算機(jī)專業(yè)，還是作為輔修課程的非計(jì)算機(jī)專業(yè)，都存在一些共有的問題。特別是面對零基礎(chǔ)的非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，這些問題在很大程度上降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，造成不好的學(xué)習(xí)效果。具體反映在以下3個(gè)方面。

（1）教學(xué)大綱及定位不明確。

沿用了C、Java、C#等程序設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)案例，無法體現(xiàn)Python語言的特性。C、Java、C#等都屬于強(qiáng)類型計(jì)算機(jī)語言，在基礎(chǔ)教學(xué)中側(cè)重于對語法結(jié)構(gòu)知識學(xué)習(xí)，然而要使用這些語言去解決問題，就必須對算法設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等相關(guān)課程做進(jìn)一步學(xué)習(xí)，這已經(jīng)超出了非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)的范疇。非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)的目的就是為了盡快上手，通過若干學(xué)時(shí)的學(xué)習(xí)后能直接解決問題。

（2）教學(xué)層次不明確。

課程教學(xué)內(nèi)容沒有針對不同層次的學(xué)生做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，依舊是按照傳統(tǒng)教學(xué)思路，先講知識點(diǎn)，后練習(xí)代碼的原則，這樣思路使得非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生很難直接理解Python語言的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)目的。再者，不同專業(yè)的學(xué)生基礎(chǔ)不盡相同，比如：數(shù)學(xué)、物理、自動(dòng)化、信息管理等專業(yè)的學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)功底，對程序邏輯思想的理解較快，這時(shí)就需要加快教學(xué)進(jìn)度，盡快進(jìn)入Python語言的核心環(huán)節(jié)教學(xué)。

（3）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)重視不夠。

傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)教學(xué)都是采用先理論，再上機(jī)操作的教學(xué)模式。學(xué)生是零基礎(chǔ)，在上機(jī)操作過程中，剛開始往往不知道如何下手，無法及時(shí)理解上課時(shí)所講的知識點(diǎn)，特別是還無法理解程序思維，操作難度較大，久而久之產(chǎn)生畏難情緒，上機(jī)實(shí)驗(yàn)成為一種負(fù)擔(dān)，興趣不高。

2 “Python程序設(shè)計(jì)”教學(xué)改革措施

（1）明確非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生Python語言教學(xué)大綱。

Python程序設(shè)計(jì)大綱具有一定針對性，區(qū)分于專業(yè)計(jì)算機(jī)學(xué)生教學(xué)大綱。從教學(xué)目標(biāo)上來講，非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生通過學(xué)習(xí)基本語法知識和第三方庫的安裝方法后，可以自如地分析和管理相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)。學(xué)生既掌握了通用程序的開發(fā)技術(shù)，又能熟練運(yùn)用專業(yè)相關(guān)的Python庫。從教學(xué)內(nèi)容上來講，大部分高校的非計(jì)算機(jī)專業(yè)的Python程序設(shè)計(jì)都依托于國家計(jì)算機(jī)二級考試的大綱。上述教學(xué)內(nèi)容可以幫助學(xué)生培養(yǎng)Python的通用編程技術(shù)，但是很難直接應(yīng)用 Python去解決專業(yè)相關(guān)問題。“學(xué)以致用”一直是學(xué)生希望學(xué)習(xí)知識技能的初衷，所以針對不同專業(yè)學(xué)生可以介紹相關(guān)專業(yè)常用的第三方庫，并依托于專業(yè)相關(guān)的教學(xué)案例介紹第三方庫的使用。

（2）推廣不同專業(yè)層次化教學(xué)

在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi)，可以將Python學(xué)習(xí)內(nèi)容分為基礎(chǔ)階段和進(jìn)階階段。在基礎(chǔ)階段，學(xué)生需要掌握程序設(shè)計(jì)的基本思想、基本語法知識和應(yīng)用實(shí)例，了解集成開發(fā)環(huán)境的特點(diǎn)和使用方法，培養(yǎng)良好的編程素養(yǎng)。在進(jìn)階階段，了解Python生態(tài)，掌握常用第三方庫的使用方法，并結(jié)合專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域，學(xué)習(xí)本專業(yè)的第三方庫，培養(yǎng)解決實(shí)際問題能力。從不同專業(yè)角度來講，也需要不同層次的劃分，也就是針對不同專業(yè)應(yīng)該設(shè)置不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)，達(dá)到一類專業(yè)一本大綱，如：針對地理、化學(xué)專業(yè)，學(xué)生計(jì)算機(jī)前驅(qū)知識不如信息類專業(yè)，在基礎(chǔ)階段就需要考慮利用更多學(xué)時(shí)以幫助學(xué)生建立程序設(shè)計(jì)的思維；在進(jìn)階階段，盡可能實(shí)現(xiàn)教學(xué)案例專業(yè)化，專業(yè)相關(guān)的教學(xué)案例更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（3）融合線上資源鞏固學(xué)習(xí)成果。

豐富的線上學(xué)習(xí)資源為學(xué)好Python語言提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。受制于課時(shí)限制，Python基礎(chǔ)語法知識和第三方庫很難完全在線下課堂上進(jìn)行介紹，這就需要學(xué)生在課后通過線上資源進(jìn)行補(bǔ)充學(xué)習(xí)。任課教師可以整合線上的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，例如：中國大學(xué)MOOC平臺國家精品課程、嗶哩嗶哩平臺、菜鳥教程、伯樂在線、量化課堂、Python123等，將資源分配給學(xué)生后，學(xué)生可以有選擇的自主學(xué)習(xí)。通過這些平臺可及時(shí)跟蹤學(xué)生線上學(xué)習(xí)的效果，對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的問題及時(shí)反饋。在限定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行考核，以此來補(bǔ)充解決部分同學(xué)學(xué)習(xí)自主性不夠、渾水摸魚等問題，同時(shí)也可以對線下教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行有針對性的調(diào)整。

（4）強(qiáng)化學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)應(yīng)占到一定的比重，在教授理論知識的同時(shí)，將大量的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)分配到上機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。在上機(jī)環(huán)節(jié)中，應(yīng)采取任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，制定不同知識點(diǎn)的編程任務(wù)。對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生而言，程序設(shè)計(jì)的思維尚未形成，編程能力需要培養(yǎng)，所以制定任務(wù)不應(yīng)該太難。任務(wù)太大，學(xué)生沒有能力完成則會打擊學(xué)習(xí)積極性；任務(wù)太小，又起不到培養(yǎng)學(xué)生能力的作用。任務(wù)制定應(yīng)具有梯度性和延續(xù)性，以進(jìn)階的方式逐步引導(dǎo)學(xué)生建立知識體系，逐步培養(yǎng)Python語言的應(yīng)用能力。因此，非計(jì)算機(jī)專業(yè)應(yīng)以培養(yǎng)合格的Python語言應(yīng)用能力為導(dǎo)向，以課程知識為載體，結(jié)合學(xué)生專業(yè)領(lǐng)域，制定有針對性的訓(xùn)練任務(wù)。

（5）“課程思政”融入Python教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

任課教師在教學(xué)的過程中應(yīng)融入思政內(nèi)容，使學(xué)生在接受專業(yè)知識的同時(shí)自覺地進(jìn)行世界觀、人生觀、價(jià)值觀的塑造。例如，可以從Python語言發(fā)展的歷程中挖掘代表性人物不畏艱苦、勇攀高峰的敬業(yè)精神以及追求夢想、不懈奮斗的創(chuàng)新精神，激發(fā)學(xué)生的愛國主義情懷[4]。也可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入理想層面的精神指引，如通過綜合項(xiàng)目達(dá)到綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。Python程序設(shè)計(jì)課程蘊(yùn)含著豐富的思政內(nèi)容，在思想政治教育中發(fā)揮著重要作用，任課教師應(yīng)在教學(xué)過程中，充分挖掘思政元素，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

3 結(jié)語

非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)python語言具有重要意義，可以開拓視界，更好地培養(yǎng)計(jì)算機(jī)程序開發(fā)思維。文章從教學(xué)大綱、教學(xué)層次、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等3個(gè)方面對當(dāng)前Python程序教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并針對Python程序設(shè)計(jì)在教學(xué)大綱、層次化教學(xué)、線上教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程思政等4個(gè)方面提出了教學(xué)改革措施，以求激發(fā)學(xué)生對Python語言的學(xué)習(xí)興趣，提升Python編程技能和科研創(chuàng)新能力。