數據科學與大數據技術專業程序設計課程教學探究

摘要：為了培養數據科學與大數據技術專業畢業生的程序設計能力，本文針對數據科學與大數據技術專業設置現狀，并以“Python程序設計”課程為教學案例，介紹了Python編程語言教學優勢，確定了“Python程序設計”教學目標，制定相應的課程教學方式，并對學生進行校內、校外項目式教學實踐。希望通過本研究，為相關人員提供借鑒和參考。

關鍵詞：數據科學；大數據技術專業；程序設計課程；教學實踐

一、引言

數據科學與大數據技術作為近年各高校開設的一門本科專業，旨在培養學生的數據科學、信息科學等基礎知識素養，確保學生能夠熟練地掌握和應用大數據采集、大數據處理、數據安全等技術，使學生具有較高的科研能力和程序設計能力，為學生勝任數據分析、數據系統開發崗位打下基礎[1[。該專業中，為了提升學生的程序設計能力，教師要以“Python程序設計”為教學案例，強化對程序設計課程教學工作的有效開展。

二、數據科學與大數據技術專業設置現狀

數據科學在推動現代化社會的快速發展方面發揮重要作用，各高校越來越重視對數據科學與大數據技術專業人才的培養。數據科學與大數據技術專業設置的課程包含大數據計算、大數據系統、離散數學、大數據平臺與應用、數據可視化等，學生通過學習和掌握這些課程，可以提升他們的編程能力和計算機思維，為培養一大批勝任大數據分析師、大數據可視化工程師的創新型、應用型人才打下基礎。

三、“Python程序設計”課程教學實踐案例分析

（一）Python語言教學優勢

Python語言是運用面向對象思想設計的一種編程語言，具有以下教學優勢：

1.易學易用，程序框架結構簡單

Python語言具有語法簡單、易理解、易書寫等特點，在某種程度上可以提高學生書寫代碼的準確率。Python語言中內置IDLE框架，具有跨平臺性，可被多種操作系統直接運行。因此，方便學生選擇熟悉的操作平臺進行Python程序編寫和運行。另外，Python語言含有字典、元組等多種獨特的數據類型，方便學生熟練運用并解決項目問題。

2.功能強大

Python語言含有多種學習拓展包和插件，學生運用這些拓展包和插件可以直接解決常見的項目問題，提高了程序開發速度，降低了學生的學習成本。

3.Python語言底層實現原理是借助C和C++語言所編寫的程序代碼，具有擴展性高、更新持續性強等特點，學生利用Python語言可以直接調用編寫好的模塊完成程序設計，提高程序編寫質量和效率。

（二）“Python程序設計”教學目標

“Python程序設計”借助Python這一編程語言進行程序編寫、設計和展示，并運用計算機思維，將Python語言應用場景分析和相關概念講解進行完美融合，旨在提高學生理論與實踐相結合能力[2]。該專業學生正式進入“Python程序設計”課程學習前，已經學習并熟練掌握C語言編程知識。所以，學生學習Python語言概念以及程序設計基礎上，還要分析思考Python語言與C語言之間的異同點以及聯系。教師根據學生的課堂實踐學習情況，了解對Python語言基本概念掌握情況，通過引導學生學習“Python程序設計”課程，可以最大限度地提升學生的計算機思維、編程能力等綜合素養，幫助學生掌握Python語言學習規律，為學生學習其他編程語言打下基礎。該課程教學目標如下：

1.認知目標

要求學生熟練掌握和應用Python語言的概念，學會根據實際問題，運用相關理論知識，設計和編寫程序，并確定最佳程序設計方案，從而打造和形成一套系統、完善的Python程序語言知識體系[3]。

2.能力目標

“Python程序設計”課程學習旨在培養學生的計算機思維和思政素質。在數據科學與大數據技術專業中，通常設置“Python程序設計”這一核心課程，目的是培養學生的程序設計能力、大數據分析能力和辦公自動化應用能力。同時，要求學生強化對數據分析、人工智能等熱點動態信息的實時關注，并收集和整理Python在相關領域中應用案例，從而培養他們的創新思維能力[4]。

3.素養目標

“Python程序設計”課程學習目的是培養學生的計算機思維、工程素養等綜合能力，同時還能幫助學生樹立家國情懷等思政素養，確保學生結合大數據分析、人工智能等行業發展需求，樹立終身學習的理念[5]。

（三）“Python程序設計”課程教學方式

在“Python程序設計”課程中，采用的混合式教學方式涉及課前，線上平臺工作；課上面對面講解教學；課后線上總結三個環節。

1.課前，線上平臺有關工作

在課前學習階段，為了提高學生的自主學習能力，教師要提前將錄制好的視頻和優質教學資源發布到在線教學平臺中，并為學生列出課堂需要討論的問題，促使學生根據這些問題，選取和下載難度適中的教學資源進行自主學習。當學生基礎知識掌握不扎實時，學生可結合自身學習節奏，學習和掌握Python基礎知識；當學生基礎知識掌握扎實時，學生可結合學習興趣，選取和下載多樣化教學資源進行學習，完全符合不同層次學生學習需求。在問題的驅動下，學生可以積極主動地觀看課程，以此培養他們的自主學習能力[6]。同時，學生借助互聯網，采用線上探討的方式，主動學習存在疑惑的知識點。當學生在日常學習中遇到抽象難懂的知識點時，學生可對視頻進行反復多次觀看和學習，直到所有知識點全部領會、吃透、掌握為止，從而起到因材施教的作用。課前學習環節中，學生可以結合他們的學習能力，借助在線教學平臺，獲取和學習知識點，避免對教師的過度依賴[7]。

2.課上面對面講解教學

學生通過運用在線教學平臺經在線學習后，自然會產生很多疑問。課堂學習中，學生帶著這些疑問可以有針對性地聽講，提高學生課堂聽課質量和效率。另外，線下課堂中，教師可以選用具有實用性的，貼近生活的案例，結合該案例，提出多個問題，讓學生在這些問題的驅動下完成小組討論[8]。此外，教師還可以引導學生利用機房的電腦進行程序編寫，提高他們的編程能力和問題解決能力。在此基礎上，還為學生提供課堂上面對面答疑和知識點講解，提高學生對新知識點的理解能力和記憶能力，方便教師對學生當前學習情況有一個全面地認識和了解。在以上教學模式應用背景下，可以縮短教師和學生之間的心靈距離，突出學生在課堂中的主體地位。

3.課后線上總結

將學生全部拉進構建好的微信群中，然后向該微信群中傳遞和共享資料，方便學生自行下載和學習課程資料，當學生遇到疑難問題時，可以直接借助微信群向教師求教，便于教師掌握每位學生當前的學習情況，進而調整教學內容，保證教學的有效性。當線上、線下教學工作結束后，教師對教學內容進行系統歸納和整理，并借助在線教學平臺，發布和更新相關專題，幫助學生復習和鞏固所學知識。階段性測試期間，學生采用在線提交作業的方式，與其他同學進行探討。此外，教師結合學生當前的互動交流情況，對不同學生進行針對性的輔導，促使教學工作向個性化、精細化方向不斷發展。該環節中，教師要鼓勵和引導學生利用所學專業知識解決Python編程相關問題，提高學生編程能力，為后期就業打下基礎。

（四）項目式教學實踐

“Python程序設計”課程實質上是培養學生運用計算機思維解決復雜、繁瑣事務的能力。僅借助課堂進行理論知識講解，忽視學生實踐操作能力培養，會造成學生無法全面地掌握和理解課程內容，不利于培養學生的動手實踐能力。現階段，大部分高校采用教學實踐方式是讓學生在固定的時間和地點，完成固定的學習實踐任務，這種教學實踐方式過于單一落后，只能培養學生將基礎理論知識與有限情況相結合的能力。因此，教師要創新和設計更加科學合理的教學實踐方式，為提高學生的解決問題能力和綜合素養奠定基礎。

1.校內項目式教學實踐

校內項目式實踐方式是指將校內實踐項目劃分為若干個小項目，采用項目規劃的方式，引導學生按照課程規定要求，完成相應的實踐任務。教學實踐設計時，首先教師要結合掌握的課程理論知識以及企業項目，采用項目驅動方式，為學生提供教學實踐活動。例如，實施“Python程序設計”課程教學實踐時，在課前，教師要根據前沿技術和時事新聞，結合學生學習情況，設置相應的實踐課程主題，如借助網絡爬蟲，搜集全球因疫情死亡人數、治愈人數，并完成對訪問界面的設計，方便用戶快速查詢感興趣的數據；運用Math庫，在不重疊原始標志基礎上，結合第三十三屆冬奧會，設計相應的會標。其次，將所有同學劃分為多個小組，并指定組長，在組長的制定和安排下，小組成員完成各自負責的任務，組合各小組成員的最終完成情況，設計和實現項目規定的功能模塊。當各小組的項目報告被全部批改完畢后，為每個小組設計項目進行打分、排名。最后，運用“身份轉換課堂”的方式，從功能是否齊全、邏輯性是否強大兩個因素，評選出優秀的小組，由優秀小組講解項目編程思維，方便其他小組成員的學習和模仿，為促使自身編程能力的進一步提升打下基礎。此外，教師要采用批判性思維，幫助學生指出并改正項目不足的地方，促使學生作品不斷優化和升級。

2.校外的項目式教學實踐

校外項目教師實踐是指學生利用教師提供的優質資源，直接進入企業中進行實習。例如，實施“Python程序設計”課程教學實踐時，教師可以與相關企業建立合作關系，如應用Python語言編寫自動駕駛等領域的企業，引導學生掌握目前的前沿技術，確保學生經定崗實習，擁有企業工作相關的綜合能力，為他們未來就業打下基礎。定崗實習期間，教師引導學生掌握企業的規章制度，如多勞多得的酬金分配方式、上下班按時打卡以及企業項目實際生產過程和內容。同時，還要明確學生在企業項目任務中的角色，為他們清晰規劃職業生涯、提高就業成功率創造條件。

四、結束語

綜上所述，在數據科學與大數據技術專業中，程序設計課程作為一門重要的基礎課程，始終貫穿計算機人才培養工作中。而Python程序設計課程屬于各高校的選用課程，在培養學生的程序設計能力和編程能力方面發揮著重要作用。因此，教師要結合Python編程語言特點，確定該課程教學目標和教學方式，并對學生實施校內、校外項目式教學實踐，提高程序設計課程的教學實踐效果。

作者單位：孫沖 吉林省經濟管理干部學院

參考文獻

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[2]吳舒展，潘保國，熊運鴻，等.課程思政理念下數據科學與大數據技術專業課程建設與實踐——以Python語言程序設計課程為例[J].中國現代教育裝備，2023（11）：113-115.

[3]閆潔.專業數字化升級視域下“Python程序設計”課程建設路徑——以長春某金融高職學校為例[J].科技資訊，2023，21（7）：123-127.

[4]徐藝.高職擴招背景下大數據技術用于專升本學生分級教學模式探索——以程序設計類教學為例[J].中國新通信，2022，24（9）：167-169.

[5]徐偉，陳凱明，馬建輝，等.計算機專業程序設計課程在線教學改革探究[J].軟件導刊，2020，19（12）：181-184.

[6]趙巖."程序設計基礎"課程教學方法研究與探索——以Python語言為例[J].教育教學論壇，2023（15）：105-108.

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[8]劉勇，田凱，周曉琳，等.以OJ系統和學科競賽為核心的程序設計實踐教學[J].高教學刊，2021（6）：28-31.