應(yīng)用型本科高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)Python課程教學(xué)準備研究

李昂

摘 要：Python語言已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)領(lǐng)域中最具活力的語言之一，因此，高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)有必要開設(shè)相關(guān)課程，并形成課程體系。文中針對當前Python課程教學(xué)準備過程中遇到的主要問題展開分析，提出了具體的解決思路和方案。緊密結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)特點，從學(xué)生興趣培養(yǎng)、教學(xué)內(nèi)容和考評方法等方面進行了具體的闡述，其中一些創(chuàng)新方法對教學(xué)有一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：Python；物聯(lián)網(wǎng)；教學(xué)準備；教學(xué)內(nèi)容和方法

中圖分類號：TP39；G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）03-0-03

0 引 言

近年來，隨著人工智能在世界范圍內(nèi)掀起新的智能化浪潮，一種全新的語言——Python，越來越被人們關(guān)注。據(jù)Stack Overflow最近的調(diào)查顯示，Python已成為發(fā)展最快的主流編程語言，且位列程序語言排行榜榜首[1，2]。

1 Python語言簡介及其與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系

Python語言簡單易懂，入門門檻較低，所以很多非計算機專業(yè)的人都在學(xué)習(xí)Python[3]。這使得它具有極其廣泛的應(yīng)用前景，主要包括以下五個方面[4-8]：

（1）Linux運營維護

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要依靠Linux實現(xiàn)，而如今對Linux的運營維護必須掌握Python語言，它可以幫助Linux工程師提高工作效率，尤其當運維工程師需要獨立開發(fā)一個完整的自動化系統(tǒng)時，Python可提供較大幫助。

（2）Python Web網(wǎng)站工程師

在智能互聯(lián)大潮中，Web一直都是不可忽視的存在，當今世界一刻也離不開Web。而利用Python框架可輕松完成網(wǎng)站制作，且前端界面十分精美。

（3）Python自動化測試

眾所周知，Python語言對于測試的作用較大。在自動化測試中，Python語言用途廣泛，Python能提供自動化的流程、方法和常用模板。目前為止，自動化測試應(yīng)用Python最多。

（4）數(shù)據(jù)分析

大數(shù)據(jù)時代來臨，使得數(shù)據(jù)可以成為說明一切問題的原因。如今，數(shù)據(jù)分析已不同于以往，Python語言已成為數(shù)據(jù)分析師的首選，工作效率得到極大提升。

（5）人工智能

2016年，阿爾法狗戰(zhàn)勝了一眾圍棋大師，讓人工智能揚名四海。目前，人工智能還處于初期階段，而Python可幫助我們在不遠的將來進入一個全新的人工智能時代，世界將發(fā)生天翻地覆的變化。

上述五個方面的應(yīng)用都與物聯(lián)網(wǎng)關(guān)系密切。物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)涉及面較寬，且開發(fā)周期長，因此必須尋找一種覆蓋面廣的編程語言和方法。Python 作為一種膠水語言，其眾多免費和開源的科學(xué)計算庫讓用戶可以在任何計算機上自由使用[9，10]，由此可在物聯(lián)網(wǎng)及嵌入式系統(tǒng)中承擔大量任務(wù)。

2 Python課程在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程體系中的位置

國內(nèi)眾多高校都建立了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，通過上述介紹可知，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)開設(shè)Python課程不僅完全可行，而且非常必要。由于Python語言的簡潔性、易讀性以及可擴展性，國外用Python做科學(xué)計算的研究機構(gòu)日益增多，一些知名大學(xué)已采用Python來教授程序設(shè)計課程[11]。例如，卡耐基梅隆大學(xué)的《編程基礎(chǔ)》、麻省理工學(xué)院的《計算機科學(xué)及編程導(dǎo)論》都使用Python語言講授[11-13]。

應(yīng)用型本科院校的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標的要求下，多數(shù)都強調(diào)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)與設(shè)計。其培養(yǎng)方案大多分為兩類：無線傳感智能互聯(lián)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)集成與工程設(shè)計。這兩個方向一般從本科三年級開始分設(shè)，此后往往缺乏交集，原因是無線傳感智能互聯(lián)方向較偏重于應(yīng)用的早期開發(fā)，一般只停留在方案論證階段；而物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)集成與工程設(shè)計方向則偏重于后期實施，更強調(diào)系統(tǒng)的建立過程和運營維護。顯而易見，實現(xiàn)方向一較為容易，方向二對院校和專業(yè)提出了較高要求，而缺乏工程實踐經(jīng)驗恰恰是高校教學(xué)的一個短板。Python恰好可以起到橋梁和紐帶作用，既能為應(yīng)用的早期開發(fā)提供較好的平臺和方案，又能通過其自身的廣泛應(yīng)用性和靈活性，為后期工程實踐提供大量接口。這一點已在試點運行中得到了證實。因此Python語言課程在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)本科教學(xué)第五學(xué)期開設(shè)較為合理。

3 Python教學(xué)中可能存在的問題分析及對策

3.1 學(xué)生對語言類課程缺乏學(xué)習(xí)興趣

興趣是最好的老師。從目前已開設(shè)的語言類課程（如C語言、Java等）可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對于此類課程普遍具有畏懼心理，從而很難提起學(xué)習(xí)興趣。因此可通過以下方式激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)Python語言的熱情：

（1）教師要正確引導(dǎo)。在課程學(xué)習(xí)中，枯燥無味、晦澀難懂的課堂教學(xué)會讓教師失掉所有學(xué)生的關(guān)注，如何讓枯燥的編程語言變得簡單、生動、妙趣橫生，這就給教師們提出了更高的要求。

（2）要讓學(xué)生感受到一定的壓力。人生來具有惰性，沒有壓力就沒有動力?？赏ㄟ^行業(yè)現(xiàn)狀介紹、案例分析，使學(xué)生對當前Python的發(fā)展有一個清晰的認識，對行業(yè)形勢有所了解，體會到這門語言可為他們今后的學(xué)習(xí)與工作帶來較大幫助，這樣自然就有了壓力和動力。

所以在學(xué)生興趣培養(yǎng)上，教師不但要履行好自身責任，而且要通過現(xiàn)實引導(dǎo)讓學(xué)生從自身提高學(xué)習(xí)源動力，只有內(nèi)外結(jié)合，才能真正培養(yǎng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2 教師自身素質(zhì)欠缺

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展至今，已不是一個新穎的概念，這方面的人才也并不缺乏。而Python則不然，人才缺口依然存在。很多高校都缺少可以講授Python課程的教師，甚至許多教師對Python一知半解，大大限制了Python課程的開設(shè)以及Python在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。如何將教師培養(yǎng)成專門的Python人才迫在眉睫。

4 Python課程教學(xué)準備方案

4.1 教學(xué)目標制定

學(xué)習(xí)一門知識，首先要對該課程的學(xué)習(xí)目標有清晰的認識，這樣才能朝著目標持續(xù)前進，少走彎路，從學(xué)習(xí)中得到不斷提升。學(xué)習(xí)計算機編程語言更是如此，不能夠因為Python時下比較熱門，就憑著一時沖動去學(xué)習(xí)，首先應(yīng)清楚地制定學(xué)習(xí)目標：因何種原因?qū)W習(xí)Python，如何學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)到何種深度。如此才能享受Python學(xué)習(xí)的過程。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的Python學(xué)習(xí)目標是學(xué)生通過學(xué)習(xí)，能夠使用Python基本開發(fā)環(huán)境，對Python編程語法較為熟悉；能夠編寫簡單的程序解決簡單的小項目；會使用Python庫，最終具備利用Python開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項目的能力。這是一個由淺入深，循序漸進的教學(xué)過程。

4.2 教學(xué)內(nèi)容與進度規(guī)劃

通過分析Python語言特點及其主要應(yīng)用方法，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的Python課程教學(xué)計劃應(yīng)包括以下內(nèi)容[14-16]：

（1）了解Python，學(xué)會下載和安裝Python學(xué)習(xí)環(huán)境——Python 3.0以上版本。

（2）學(xué)習(xí)Python基本語法，掌握Python中的關(guān)鍵字語法、函數(shù)語法、數(shù)學(xué)表達式、變量、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、語法等。知道什么是變量、算法、解釋器，牢記 Python基本數(shù)據(jù)類型，掌握列表和元組的操作方法、字符串操作方法，尤其是掌握基本的字典操作方法。

（3）通過一些小項目對上述基礎(chǔ)內(nèi)容加以鞏固。Python具備良好的交互學(xué)習(xí)模式，對于書本上的例子可通過交互平臺操練，通過練習(xí)加深印象，達到掌握的目的。

（4）經(jīng)過以上三個步驟的學(xué)習(xí)后，學(xué)生已大致掌握了Python的常用方法、關(guān)鍵字用法以及函數(shù)語法等。接下來，可以著手學(xué)習(xí)常用模塊的使用，比如OS，os.path，sys，string模塊等，可以在交互環(huán)境中先熟悉使用其中的函數(shù)。如果遇到函數(shù)使用上的問題，可以參考Python 安裝后的自帶chm幫助文件解決。

（5）為了更好地掌握Python，不能僅停留在語法學(xué)習(xí)或API階段。在此階段中，學(xué)生可以嘗試用Python解決一些簡單的實際問題。例如，用Python制作一些簡單的工具（utility），通過這些工具簡化一個復(fù)雜項目的任務(wù)，提高工作效率。

（6）Python庫是Python的精華所在，是Python開發(fā)者的利器，Python庫組成并造就了Python，所以學(xué)習(xí)Python庫顯得尤為重要。

（7）為了學(xué)以致用，能真正地將Python應(yīng)用于項目開發(fā)或產(chǎn)品開發(fā)，還必須學(xué)習(xí)企業(yè)應(yīng)用開發(fā)中的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫知識。

（8）除了掌握上述Python自帶的模塊外，還應(yīng)掌握一些業(yè)界廣泛使用的開源框架，如Twisted，Peak，Django，XML等。通過熟練使用這些開源框架，能夠進行快速開發(fā)，從而大大節(jié)省項目時間。

任何知識都是基礎(chǔ)入門比較快，而要達到精通程度則需要較長時日的積累。只有通過不斷地看別人編寫的源碼，分享自己的代碼，才能夠精通Python的方方面面。從編程初始階段，就應(yīng)不斷地動手編寫代碼，不停地實踐、修改、總結(jié)經(jīng)驗，最終達到精通程度。一個對Python程序精通的程序員面對同樣一個問題的，會多種解決問題的方法，并能從中選擇最有效率的一種。

4.3 教材的選擇

選擇一本真正適合教學(xué)的教科書是做好教學(xué)工作的第一步。在選取編程語言類課程教材時，切忌選擇通篇只講解語法和編程思路的教材，而應(yīng)選擇教材作者以第一人稱視角，站在一個初學(xué)者的角度，從技術(shù)、心理和思想上為學(xué)生做出引導(dǎo)，完美展現(xiàn)編程切入角度的教材。只有這樣的教材才是最理想的編程教材，而不只是提供了一部可供查詢的字典。

經(jīng)過細致比較，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)Python課程可以選取《Python編程：從入門到實踐》《Python基礎(chǔ)教程（第2版）》《“笨辦法”學(xué)Python》作為教材。

4.4 教學(xué)方法

學(xué)習(xí)任何編程語言最重要的一點就是多用多實踐，其他所謂的好方法只能起到輔助作用。只有通過大量的實際訓(xùn)練，才能盡快掌握開發(fā)技巧、將各主要技術(shù)要點融會貫通。同時，每次需求目標的實現(xiàn)都體現(xiàn)了編程人員的自身價值， 有利于提高他們的自信心和成就感[14]，對于學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)十分有利。

因此，除了在理論課教學(xué)中采取結(jié)合實際應(yīng)用的講授方法外，還應(yīng)加大實踐教學(xué)的比重，單獨設(shè)立基于Python開發(fā)的課程設(shè)計[17]，進一步鞏固所學(xué)的理論知識。更為實際有效的方法是引進來自企業(yè)的工程技術(shù)人員直接授課，通過他們積累的開發(fā)經(jīng)驗和切身體會，讓學(xué)生直接與行業(yè)實踐觸碰[18]，使學(xué)生的印象更為深刻。

4.5 考核方式

傳統(tǒng)的編程語言類課程多側(cè)重于語法理論和編程規(guī)則的考核，而忽視了對實戰(zhàn)能力的考查，這種導(dǎo)向也使學(xué)生只重視語法理論而忽視了編程實踐能力。因此，對于Python這類新穎、靈活且用途廣泛的語言，課程考核的重點應(yīng)當放在實踐能力上。例如，可以將理論考試比重和實踐能力考核比重各設(shè)置為50%[19]，而且實踐能力的考核形式應(yīng)當多樣，既可考查單人實戰(zhàn)能力，也可考查團隊實戰(zhàn)能力，還可考核對Python的創(chuàng)新應(yīng)用能力，并將其作為加分項[20]。總之，應(yīng)當以考核為手段，革新考核方法，突出Python的實踐特性和創(chuàng)新特性。

5 結(jié) 語

本文從應(yīng)用型本科高校教學(xué)視角出發(fā)，首先分析了Python語言與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系及其在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程體系中的位置，進而給出了對Python課程進行教學(xué)準備的方式，并針對可能出現(xiàn)的問題和面臨的困境給出了解決策略，不僅對Python課程，而且對其他新興的工科類課程都具有一定的借鑒意義和實用價值。

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