新商科背景下基于頭歌平臺的Python程序設計課程的案例設計與實訓制作

陳娟　龔文勝　謝曉艷　莫鐵強

［摘 要］新商科以數字經濟為背景，迫切需要知識技能跨界、多種思維融合的復合型新商科人才。湖南大學針對商科專業開設的Python程序設計課程，在教學內容、教學模式、考核方式方面進行改革，設計的教學和實驗案例注重專業性、生活化和遞進性，并在頭歌實踐教學平臺設置實訓內容，培養學生的編程能力，訓練其計算思維。

［關鍵詞］新商科；Python 程序設計；案例教學；頭歌；計算思維

［中圖分類號］G642.0［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）01-0029-04

湖南大學是一所綜合性大學，于2020年9月開設計算與人工智能概論課程。該課程結合不同學科的要求，建立了工科、理科、商科、文科四類教學體系。其中，面向會計、國貿、統計等商科專業學生，教學內容以Python基礎知識、應用Python進行數據分析為核心，教學方式以任務驅動的案例教學為主，在頭歌實踐教學平臺上設置實訓內容。在理論和實踐課堂中，采取做中學模式，引導學生邊聽課邊完成實訓。在考核方式上，采取課堂選擇題、實訓、小測、期中期末機試、綜合實訓等多頻次、多模式、全過程考核。同時，在頭歌平臺和超星教學平臺上提供課件、實踐教程、教學視頻、習題答案等教學資源，便于教師開展線上線下混合式教學。通過以上舉措，提升了學生的學習興趣，促進了學生的自主探究，滿足了學生的個性化學習需求，取得了較好的教學效果。在完成教學考核后，課題組對部分商科專業學生進行了調查。對于課程的整體評價，22.70%的學生認為收獲很大，50.71%的學生認為有一定的收獲。

通過三年的教學實踐，湖南大學建立了包含教學案例、實驗案例、練習案例、小測和期中期末考試的案例庫，并將所有的案例設置成實訓內容，在頭歌平臺上建立了Python程序設計課程（https：//www.educoder.net/paths/yz34c6m9）。目前該課程供本校和外校共十萬多名學生學習，并榮獲中國計算機學會舉辦的第六屆“開源創新大賽”開源案例教學賽道——特色化開源案例教學賽二等獎。

一、傳統的程序設計教學存在的問題

傳統的程序設計課程多以教師為中心：教師以語法知識講授為主線；學生只是被動地聽課，很難透徹理解所學的知識，當面對編程要解決的實際問題時，學生通常感到無從下手。只有通過大量案例的學習和實踐，才能讓學生了解如何分析問題、設計算法、編寫和調試程序，培養計算思維。由于大部分學生沒有編程基礎（根據課題組對新生的調查，80.85%的學生沒有學過程序設計），如果采用以學生為中心的翻轉課堂模式，教學效果也不理想。只有建立以教師為主導、學生積極參與的做中學的教學模式，讓學生在課堂上邊聽邊練，才能讓學生在實踐中獲得知識，提高能力[1]。

二、教學實踐

在三年的教學實踐中，為了解決上述問題，課題組根據學生的反饋不斷調整教學內容，設計教學案例，在頭歌實踐教學平臺上設置了大量的教學實訓內容。

（一）教學內容

新商科是指在傳統商科的基礎上，結合信息技術、數據科學、人工智能等新興技術和新興領域的商科教育。在數字經濟時代，數據資源被視為最重要的戰略資產，數據分析能力成為商科人才的核心競爭力之一[2]。結合專業需求，除了Python的基礎知識，在Python應用部分，課題組安排了文件處理和管理、網絡爬蟲和數據分析的教學內容。通過這些內容的學習，引導學生初步掌握使用OS庫處理數據文件，使用網絡爬蟲采集數據，使用Pandas庫分析數據，使用Matplotlib庫實現數據的可視化。

（二）教學案例

1.Python基礎知識的案例

在Python基礎知識的案例中，課題組既引用了經典的計算機算法，也設計了與商科專業領域相結合的問題、生活中的常識問題。表1列舉了各知識點所使用的一些案例。

（1）專業性

在設計案例時，課題組盡量結合商科專業的知識點。例如，對會計專業設計有計算固定資產折舊、個人所得稅、等額本金和等額本息貸款等內容，對金融專業設計有信用卡號校驗、投資年限計算等內容，對國貿專業設計有幣種轉換的內容，對統計專業設計有統計函數定義及調用的內容，對管理專業設計有用戶登錄密碼檢測等內容。通過這些案例，引導學生通過編程解決問題，認識到學習程序設計的必要性。

（2）生活化

課題組設計了很多涉及學生日常生活的案例，并引入了思政元素。例如，通過BMI指數判斷、血壓統計，普及個人健康方面的常識；通過身份證號信息的提取，讓學生意識到保護個人隱私的重要性；通過階梯價格的電費、水費計算，讓學生樹立節約資源的環保意識；通過成語接龍小游戲，引導學生學習中華優秀傳統文化。通過這些案例，既可以啟發學生通過編程解決生活中的實際問題，也可以加強思政教育，促進學生形成良好的人格素養。

（3）遞進性

課題組在設計案例時，針對同一個背景知識，在各個章節設計了不同的案例，如對身份證號信息的提取（見表2）。這些案例中，有些知識點是相同的，如字符串的切片是一個非常重要的知識點。有些知識點是相似的，如通過身份證號提取的年號對12取余判斷生肖，再構造一個生肖組成的字符串，根據余數對生肖字符串切片來實現；通過構造一個由月號、日號和星座名組成的二維元組判斷星座，通過身份證號提取的月號、日號與元組的月號列、日號列的比較，來定位星座所在的元組；通過遍歷地區文件構造一個地區編碼和地區名稱形成的字典判斷地區，再通過身份證號提取地區編碼，在字典中以其為鍵查找對應的值。從字符串、元組到字典，層層遞進，由易到難，讓學生循序漸進地學習，并根據需要設計不同的數據結構來存儲、使用這些數據。

綜合這些案例，課題組指導學生制作的微課作品《身份證的奧秘》在2022年大學生計算機設計大賽中榮獲全國三等獎。該微課作品使用萬彩動畫大師、Premiere、PowerPoint等軟件制作，以動畫人物小白收到詐騙短信為情景引入，大神一步步地告訴小白如何通過編寫程序，從身份證號碼中提取出生日期，通過地區編碼和地區文本文件判斷其所屬地區。

2.Python應用部分的案例

在Python的應用部分，課題組設計的案例如表3所示。

在文件處理和文件夾管理部分，設計的案例是唐詩的分類。根據該案例，課題組指導學生制作的微課作品在2023年大學生計算機設計大賽中榮獲全國二等獎。該微課中，動畫人物小白要參加詩詞大會，需要將唐詩文本文件按詩人進行歸類，大神指導她編寫程序，根據唐詩文本文件建立多個詩人文件夾，并將每首唐詩分割為各個文件，存放在對應的詩人文件夾下。

（三）實訓內容制作

為了滿足學生動手編程的需求，課題組將所有的教學案例、實驗案例制作為頭歌實踐教學平臺的實訓內容。該平臺作為學生練習的平臺，練習成績作為考核評估的依據。

1.實訓制作

頭歌實踐教學平臺是國內高校廣泛應用的在線實踐教學服務平臺。教師通過平臺布置實訓作業。每項實訓任務由多個實驗關卡組成。在每個實訓關卡的左邊，教師可編輯任務描述、知識點講解、測試說明等，也可以鏈接課件、視頻[3]。學生無需安裝編譯程序，只要有網絡，便可使用電腦、平板或手機完成實訓。在做題時，學生可根據實訓關卡左邊的知識點有針對性地學習，通過邊學邊練，加深記憶。在調試過程中出現的語法錯誤，可通過預期輸出查看提示；運行結果錯誤可通過比對預期輸出與實際輸出知曉[4]。

教師在評測界面設置“學員任務文件”“評測執行文件”和“測試集的輸入和輸出”板塊。學員任務文件指進入實訓任務時，呈現給學生的初始文件。針對初學者，可提供較為詳細的學員任務文件代碼，學生只需要補充關鍵代碼；針對有一定經驗的學生，可提供較為簡單的學員任務文件代碼，程序主體基本由學生編寫。教師給出測試集的輸入數據和輸出結果，學生在評測代碼時無需手動輸入數據，系統會根據測試集的輸入數據運行學員任務文件，并將運行結果與測試集的輸出結果進行比較，通過比較結果是否相同來判斷程序是否正確。這樣既能夠公正客觀地給出分數，又能夠省去繁雜的評分工作。

2.實訓應用

（1）課堂教學

根據調查，62.77%的學生希望教師在課堂教學中采用邊講邊練的形式。所以，在課堂上，教師講解完主要知識點和教學案例后，給出適當的時間讓學生在實訓平臺上運用所學知識來解決問題。

對于學有余力的學生，鼓勵其在完成教學案例實訓后，獨立完成對應的實驗案例實訓。對于在課堂上無法完成實訓的學生，引導其利用課余時間學習網站的教學視頻，完成教學案例實訓。

（2）實驗教學

根據調查，對于實驗案例實訓，57%的學生認為教師應給出解題思路，并詳細講解；54%的學生認為教師應給出提示，學生自主完成；只有6%的學生認為教師應該直接給出答案。這說明大部學生希望能夠通過思考實踐得到解答，而不是直接復制答案。所以，在實驗課上，簡單的實訓可安排學生獨立完成；難度較大的實訓，教師可以給予適當提示。通常，教師設置實訓的開始時間是課堂教學完成后，截止時間是在實驗教學完成后的一周左右，學生可自主安排實訓進度。在實訓截止的前一天，教師通過騰訊會議對實驗案例做詳細的講解。在實驗實訓時間截止后，教師在教學網站公布詳細的實驗解答文件。

根據調查，14%的學生認為應該增加實訓內容。所以，課題組按章節增加了實訓內容，供學有余力的學生練習提升。

（3）考試考核

在程序設計課程教學中，學生的學習情況存在較大的差異。教師要承認這種差異，因材施教，讓不同層次的學生有不同的收獲。課程考試由小測、期中考試和期末考試組成，均采取開卷形式，學生可攜帶紙質資料，在頭歌平臺進行操作。

在2021年的期評成績中，共有三次小測成績，每次小測有三道實訓題，考試時間為一小時。小測成績占總成績的10%。據統計，小測成績與期評成績的相關系數為0.67，說明該成績能真實反映學生的學習狀況。在調查中，35.46%的學生認為小測很好，可以督促進行階段性的復習；43.26%的學生認為小測還行，難度合適。這說明小測可以讓學生了解自己的學習情況，受到學生認可。

期中和期末考試由30%的選擇題和70%的實訓題組成。期中實訓題有六道，包括表達式、for循環、字符串、分支、循環和多重循環。期中成績占期評成績的10%，與期評成績的相關系數為0.8。期末實訓題有六道，包括函數、二維列表、字典、文件處理、Pandas數據分析、數據可視化。期末成績占期評成績的40%，與期評成績的相關系數為0.895。在調查中，對于期中和期末考試，70%的學生認為難度合適。

三、教學反思

課題組將繼續完善這些實訓內容，完成視頻制作。同時，擬改革綜合實訓的考核方式。目前，綜合實訓的考核是組織學生完成頭歌實踐教學平臺上教師設置的固定內容的實訓，并未充分發揮學生的主觀能動性。在之后的教學改革中，課題組將對綜合實訓推行分級考核：對于只愿意完成固定內容的學生，給出基本分；對于愿意自行設計完成創新項目的學生，根據現場答辯成績（80%）和設計報告成績（20%）進行評分；鼓勵學生學以致用，提高其創新能力。

［ 參 考 文 獻 ］

［1] 周金鳳.基于“SPOC+Python123 平臺+QQ 課程群”的程序設計類課程混合式教學改革[J].計算機教育，2022（7）：161-165.

［2] 柳青.新商科背景下Python程序設計課程混合式教學方法與實踐[J].電腦知識與技術，2022，18（20）：133-135.

［3] 周競文，周海芳，吳荻，等.基于Python問題求解的大學計算機基礎課程實訓資源建設[J].計算機教育，2022（4）：174-177.

［4] 胡子慧，楊利華.基于EduCoder的Python程序設計課程教學實踐[J].電子技術，2022，51（5）：142-143.

［責任編輯：黃緊德］