非計(jì)算機(jī)類Python編程教學(xué)設(shè)計(jì)研究
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摘要：針對非計(jì)算機(jī)專業(yè)編程語言公選課教學(xué)問題，文章分析了python語言作為其優(yōu)先選擇的原因，并針對非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)結(jié)合Python語言特點(diǎn)重點(diǎn)從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)與探討，提出了“分方向的理論與實(shí)踐指導(dǎo)”的教學(xué)設(shè)計(jì)，有助于全面提升教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生有機(jī)會(huì)掌握一門終身受用的程序設(shè)計(jì)語言。
關(guān)鍵詞：Python編程；教學(xué)設(shè)計(jì)；非計(jì)算機(jī)專業(yè)；編程語言
Python是一門免費(fèi)、開源的跨平臺(tái)高級動(dòng)態(tài)編程語言，可以處理系統(tǒng)運(yùn)維、圖形處理、數(shù)據(jù)庫編程、多媒體編程、軟件分析、Web編程、科學(xué)計(jì)算與可視化、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等，擁有眾多狂熱的支持者，使得各個(gè)領(lǐng)域的人員能快速實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證自己的思路與創(chuàng)意。Python早就廣泛應(yīng)用到企業(yè)之中，早在2004年，Google便已決心在快速開發(fā)方面使用Python。近日，IEEESpectrum了第四屆頂級編程語言交互排行榜。因?yàn)橛懈鞣N不同語言的排行，所以IEEESpectrum依據(jù)不同的變量對流行度進(jìn)行了排行。Python擊敗Java，C，C++等語言，躍居編程語言交互排行榜第一名。非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)編程的目的并非為了培養(yǎng)專業(yè)的編程開發(fā)人員，而是一方面為了鍛煉學(xué)生邏輯思維、扎實(shí)的問題分析能力；另一方面為了方便學(xué)生在各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行研究實(shí)踐。Python語言的優(yōu)勢在于資源豐富，擁有堅(jiān)實(shí)的數(shù)值算法、圖標(biāo)和數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)設(shè)施，建立了非常良好的生態(tài)環(huán)境，吸引了大批科學(xué)家以及各領(lǐng)域的專家使用。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。
1編程語言的學(xué)習(xí)對非計(jì)算機(jī)專業(yè)的重要性
1.1程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)在非計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)情況
我國大學(xué)針對非計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程，使用C語言作為基礎(chǔ)語言的較多。C語言作為程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)語言，能夠讓學(xué)生明白程序運(yùn)行原理，計(jì)算機(jī)各個(gè)部件如何交互，程序在內(nèi)存中是怎樣的狀態(tài)以及操作系統(tǒng)與程序有怎樣的關(guān)系。但是對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生來說，C語言語法復(fù)雜，調(diào)試程序困難，學(xué)生缺少對計(jì)算機(jī)體系的整體認(rèn)識，也無需了解計(jì)算機(jī)底層知識，后續(xù)工作很難使用C語言來解決問題，所以并不適合教授給沒有任何計(jì)算機(jī)認(rèn)知背景的非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生。Java語言也是部分高校面向全校開設(shè)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)編程公選課，是一門面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，具有簡單性、分布式、健壯性、可移植性、平臺(tái)獨(dú)立、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)。Java語言廣泛應(yīng)用在Android應(yīng)用、金融業(yè)應(yīng)用的服務(wù)器程序、網(wǎng)站、嵌入式領(lǐng)域、大數(shù)據(jù)技術(shù)和科學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)域。但是對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生而言，Java語言學(xué)習(xí)成本比較高，工作后的應(yīng)用場景較少，語言本身重點(diǎn)關(guān)注代碼復(fù)用性和可移植性，這些特點(diǎn)說明Java并不適用于非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生[1]。
1.2非計(jì)算機(jī)專業(yè)選擇Python的原因
Python語言由荷蘭人GuidovanRossum于1989年發(fā)明，第一個(gè)公開發(fā)行版發(fā)行于1991年，已經(jīng)有28年的歷史。Python在設(shè)計(jì)上堅(jiān)持了清晰劃一的風(fēng)格，這使得其成為一門易讀、易維護(hù)，并且被大量用戶所歡迎的、用途廣泛的語言。Python的設(shè)計(jì)哲學(xué)是“優(yōu)雅”“明確”“簡單”，具有豐富和強(qiáng)大的庫[2]。Python語言是最接近自然語言的編程語言，代碼簡潔高效，對于沒有編程經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來說較易上手，學(xué)生無需糾結(jié)語法和程序編寫方式，而是更快的抽象問題并提出解決方案，這樣更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。非計(jì)算機(jī)專業(yè)涉及范圍較廣，Python所能完成的工作也非常廣泛，除了Web編程、圖形處理、計(jì)算機(jī)視覺、軟件分析、物聯(lián)網(wǎng)管理、科學(xué)計(jì)算與可視化等領(lǐng)域，一些意想不到的領(lǐng)域Python也能涉及。例如Python也能夠用于電影視覺特效的制作，其中就包括了《星球大戰(zhàn)》某些電影特效的制作，從集體渲染到批量處理再到影片合成，Python將所有步驟都緊密黏合在了一起。2017年，“人工智能”首次被列入政府工作報(bào)告，Python也借助人工智能（ArtificialIntelligence，AI）和數(shù)據(jù)科學(xué)，攀爬到了編程語言生態(tài)鏈的頂級位置。隨著AI應(yīng)用的發(fā)展，數(shù)百萬之眾的教師、公司職員、工程師、翻譯、編輯、醫(yī)生、銷售、管理者和公務(wù)員將裹挾著各自領(lǐng)域中的行業(yè)知識和數(shù)據(jù)資源，涌入Python和AI大潮之中，深刻地改變整個(gè)IT，或者說數(shù)據(jù)科技（DataTechnology，DT）產(chǎn)業(yè)的整體格局和面貌。
2非計(jì)算機(jī)專業(yè)Python編程教學(xué)設(shè)計(jì)
對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，學(xué)習(xí)編程語言是很有挑戰(zhàn)性的，學(xué)生專業(yè)不同，思維方式也不相同。為了引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到較好的教學(xué)效果，教師要轉(zhuǎn)變課堂上的角色，讓學(xué)生成為課堂的主角[3]。針對該課程和學(xué)生特點(diǎn)，提出“分方向的理論與實(shí)踐指導(dǎo)”，學(xué)生可以有重點(diǎn)、有目標(biāo)地進(jìn)行學(xué)習(xí)。
2.1教學(xué)目標(biāo)
計(jì)算機(jī)編程延伸到非計(jì)算機(jī)專業(yè)，對學(xué)生的掌握計(jì)算機(jī)理論知識和實(shí)踐技能要求較高。“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”作為入門課程，除了教授學(xué)生一門編程語言的概念、語法及使用，還要教會(huì)學(xué)生編程思想、分析問題和解決問題的能力。
2.2教學(xué)內(nèi)容
非計(jì)算機(jī)專業(yè)Python編程教學(xué)涵蓋的基本內(nèi)容包括：基礎(chǔ)知識、Python序列、流程控制語句、函數(shù)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)等。后續(xù)應(yīng)當(dāng)著重針對學(xué)生的學(xué)習(xí)方向或者興趣點(diǎn)，有針對性地講解Python的標(biāo)準(zhǔn)庫和擴(kuò)展庫，并以案例或者項(xiàng)目的形式展現(xiàn)Python在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。通常，不同學(xué)校的公選課的學(xué)時(shí)不同，32學(xué)時(shí)或者48學(xué)時(shí)。無論多少，學(xué)生都無法只利用上課時(shí)間達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)效果，所以課下的自主學(xué)習(xí)尤為重要。在學(xué)習(xí)每個(gè)知識點(diǎn)后，教師安排部分課下自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容，以幫助學(xué)生更充分地掌握所學(xué)內(nèi)容，并安排大量與實(shí)際工作學(xué)習(xí)相關(guān)案例。
2.3教學(xué)方法
除了講授法、案例法等傳統(tǒng)教學(xué)方法，教師應(yīng)當(dāng)充分分析學(xué)生特點(diǎn)，并時(shí)刻觀察學(xué)生的反應(yīng)。教師在引入新概念、新理論時(shí)要以學(xué)生學(xué)習(xí)或者生活中熟悉的內(nèi)容為切入點(diǎn)，自然并具有邏輯性，能夠解決問題，引發(fā)學(xué)習(xí)積極思考問題。實(shí)踐是編程語言學(xué)習(xí)必不可少的過程，通過實(shí)踐夯實(shí)理論知識，并親自動(dòng)手操作解決實(shí)際問題。教師應(yīng)當(dāng)分專業(yè)引導(dǎo)學(xué)生參與課題或項(xiàng)目中的部分模塊，給學(xué)生創(chuàng)造更多機(jī)會(huì)去實(shí)踐，學(xué)生完成課題或項(xiàng)目后，充分體驗(yàn)到編程的樂趣，從而更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。
2.4拓展學(xué)生視野
由于學(xué)生專業(yè)不同，教師應(yīng)當(dāng)充分備課，了解Python在各個(gè)領(lǐng)域中的突出應(yīng)用，并學(xué)習(xí)相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用背景與相關(guān)知識。如果能將所學(xué)知識帶入實(shí)際情境中，學(xué)生用于解決工作和學(xué)習(xí)中遇到的各類非通用計(jì)算問題，理解并實(shí)踐計(jì)算思維[3]。在拓展學(xué)生視野的過程中同時(shí)增進(jìn)了教與學(xué)的相互促進(jìn)，教師與學(xué)生都積極參與到教與學(xué)的互動(dòng)中，提升了教學(xué)效果。隨著互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)深度融合以及人工智能的火熱，前沿性、基礎(chǔ)性、交叉性的學(xué)科研究越來越多，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和開拓精神。
3結(jié)語
身為教育工作者，從教與學(xué)的理論上思考編程語言公選課的教學(xué)問題。筆者認(rèn)為，“分方向的理論與實(shí)踐指導(dǎo)”能夠培養(yǎng)學(xué)生基于自身學(xué)習(xí)、研究方向，學(xué)好用活書本知識，更重要的是與實(shí)踐應(yīng)用相聯(lián)系，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、探究精神和創(chuàng)新思維能力。本文提出了面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生開設(shè)Python編程教學(xué)入門的必要性，并針對該編程語言特點(diǎn)闡述了“分方向的理論與實(shí)踐指導(dǎo)”的教學(xué)設(shè)計(jì)，這是編程公選課教學(xué)適應(yīng)高素質(zhì)人才培養(yǎng)要求的一種嘗試。只有在教學(xué)過程中，聯(lián)系本校學(xué)生實(shí)際情況，不斷創(chuàng)新、改革，才能使教學(xué)設(shè)計(jì)達(dá)到更好的效果，為社會(huì)培養(yǎng)真正有用的人才。
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[3]狄博，王曉丹.基于Python語言的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程教學(xué)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2014（36）：122-125.
作者:仲曉芳 龐勝楠 尹百慧 單位:山東女子學(xué)院
