基于新文科的Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的建設(shè)與研究

馮桂爾

摘要：在5G、人工智能、虛擬社會等信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，對文科專業(yè)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維的培養(yǎng)也顯得越來越重要。作為這些年的新起之秀Python，被普遍作為非計(jì)算機(jī)專業(yè)首選編程語言。文章以本校為文科專業(yè)開設(shè)的Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程為依據(jù)，從教學(xué)大綱設(shè)置、教學(xué)方案設(shè)計(jì)和考核方面分析進(jìn)行闡述，旨在探索如何更好地進(jìn)行跨學(xué)科融合，提升學(xué)生學(xué)習(xí)編程語言的興趣，培養(yǎng)信息技術(shù)解決問題的能力，讓學(xué)生學(xué)有所用。

關(guān)鍵詞：Python語言;新文科;課程建設(shè);計(jì)算思維;解決問題

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）30-0199-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Construction and Research of Basic Courses of Python Programming Based on New Liberal Arts

FENG Gui-er

（School of Journalism and Communication， Shanghai International Study University， Shanghai 200082， China）

Abstract： With the rapid development of information technology such as 5G， artificial intelligence， and virtual society， the cultivation of computational thinking for liberal arts students is also becoming more and more important. As a rising star in recent years， Python is widely regarded as the programming language of choice for non-computer majors. Based on the basic course of Python programming provided by our school for liberal arts majors， the article analyzes and elaborates on the setting of syllabus， teaching plan design and assessment， and aims to explore how to better integrate interdisciplinary， enhance students' interest in learning programming languages， and cultivate the ability of information technology to solve problems.

Keywords：Python; new liberal arts; curricula construction; computational thinking; solve the problem

1引言

2019年4月29日，“六卓越一拔尖”計(jì)劃2.0啟動，要求大力發(fā)展新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科，建設(shè)高水平本科教育。其中新文科被認(rèn)為是發(fā)展社會主義先進(jìn)文化的重要載體。新文科運(yùn)用的是跨界思維，使用“文文互鑒”“文理交叉”“文工融合”的思維方法解決問題[1]。所以新文化的推動不能閉門自造孤立化，需要與其他學(xué)科交叉容融合才會有突破。浙江大學(xué)人文學(xué)院教授徐永明表示，要重視跨學(xué)科人才的培養(yǎng)，文科生要學(xué)習(xí)編程（如Python）、新媒體技術(shù)等課程，這些應(yīng)該作為文科生的必備技能和素養(yǎng)。美國超過100所知名大學(xué)，例如斯坦福大學(xué)、卡耐基梅隆大學(xué)、普林斯頓大學(xué)等都將Python作為面向非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的教學(xué)語言。目前國內(nèi)外普遍認(rèn)為Python是一種比較適合非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)計(jì)算思維入門學(xué)習(xí)的編程語言。

Python語法簡潔而清晰，具有豐富類庫和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。除了標(biāo)準(zhǔn)庫之外，Python官網(wǎng)列出了超過12萬個第三方庫的基本信息，這些庫覆蓋信息領(lǐng)域技術(shù)所有技術(shù)方向。近年來逐漸受到高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)的認(rèn)可。在這種背景下，越來越多文科專業(yè)在培養(yǎng)方案中開始增設(shè)Python程序設(shè)計(jì)課程。經(jīng)過全面調(diào)研，上海外國語大學(xué)在2020-2021學(xué)年第二學(xué)期也對所有文科類專業(yè)開設(shè)了Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)這門課。以期在建設(shè)實(shí)施過程中，不斷探究出適合文科類專業(yè)學(xué)習(xí)的Python語言課程。

2 教學(xué)大綱設(shè)置

Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的教學(xué)大綱設(shè)置為基礎(chǔ)和進(jìn)階兩部分[2]?；A(chǔ)部分包括Python運(yùn)行環(huán)境、基本語法、內(nèi)置函數(shù)、基本數(shù)據(jù)類型（數(shù)字、字符串、列表、元組、字典、集合等）、基本流程控制語句（分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)）等內(nèi)容，進(jìn)階部分主要是對基礎(chǔ)部分的拓展以及實(shí)際案例應(yīng)用，包括函數(shù)設(shè)計(jì)、類的設(shè)計(jì)、文本文件讀寫、詞頻分析、matplotlib圖形繪制、網(wǎng)絡(luò)爬蟲應(yīng)用等內(nèi)容。

針對文科類專業(yè)學(xué)生，學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的目的并不是去做開發(fā)、跟計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生比拼編程能力，而是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等一系列思維活動[3]。所以在實(shí)施上述教學(xué)大綱的過程中，除了理論授課之外，還會配備大量實(shí)踐應(yīng)用性強(qiáng)的案例，且案例會多注重思維分析、問題求解和強(qiáng)化學(xué)生訓(xùn)練。

整個課程的總教學(xué)時長為64課時，每周一次，每次總課時為4課時，包括理論和實(shí)驗(yàn)，如表1所示。理論和實(shí)驗(yàn)的課時配比根據(jù)具體上課內(nèi)容和學(xué)生學(xué)習(xí)效果分配。

3課堂教學(xué)方案設(shè)計(jì)

為了增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、更好的理解教學(xué)內(nèi)容，就需要引入接地氣的教學(xué)案例。在社會科學(xué)研究中，常常需要通過文章中高頻出現(xiàn)的詞匯來把握文章的語義與思想。下面以“2021年3月5日李克強(qiáng)總理代表國務(wù)院在十三屆全國人大四次會議上作《政府工作報(bào)告》”內(nèi)容為素材，介紹如何利用Python對當(dāng)下熱門新聞內(nèi)容進(jìn)行詞頻詞云的分析，來得到關(guān)鍵詞以及可視化效果。此案例也是對教學(xué)大綱基礎(chǔ)部分知識的綜合實(shí)踐運(yùn)用。教學(xué)中采用需求引入、循序漸進(jìn)方式講解知識點(diǎn)，教學(xué)過程總體分為3步。

1）理論知識做鋪墊，介紹jieba庫和wordcloud庫的特點(diǎn)和使用方法

中文文本需要通過分詞獲得單個的詞語，jieba庫是優(yōu)秀的中文分詞第三方庫。jieba庫的分詞原理：利用一個中文詞庫，確定漢字之間的關(guān)聯(lián)概率，漢字間概率大的組成詞組，形成列表的分詞結(jié)果。jieba庫分詞有3種模式：精確模式lcut（s）、全模式lcut（s， cut_all=True）和搜索引擎模式cut_for_search（s）[4]。此案例中重點(diǎn)搞清楚精確模式lcut（s）的使用方法。

Wordcloud也是Python的第三方庫，根據(jù)文本中詞語的出現(xiàn)頻率等參數(shù)，將枯燥呆板的詞語渲染成大小、顏色不一的可視化詞云藝術(shù)效果。創(chuàng)建詞云主要通過三步驟完成：首先實(shí)例化詞云對象WordCloud（），并設(shè)定基本參數(shù)信息;接著根據(jù)jieba分詞并將處理后的詞頻生成詞云generate_from_frequencies（）;最后將詞云保存為圖片to_file（）。

2）繪制流程圖，分析教學(xué)思路

流程圖是對解決問題的方法、思路或算法的一種描述。所以在讓學(xué)生編程前，先為案例繪制開發(fā)流程圖，有助于為學(xué)生理清案例思路。如圖1所示。

3）書寫注釋和編寫代碼

為了鼓勵學(xué)生主動思考，要求學(xué)生先根據(jù)流程圖思路在代碼行中用中文注釋功能，然后根據(jù)注釋寫代碼，從而降低長篇代碼的編寫難度。下面是完整的注釋和代碼。

# 導(dǎo)入第三方庫

import jieba

import wordcloud

# 讀取“3月5日李克強(qiáng)總理代表國務(wù)院在十三屆全國人大四次會議上作《政府工作報(bào)告》.txt文件”內(nèi)容，得到的結(jié)果為文本字符串。

with open（'government_report.txt'， 'r'） as f1：

s = f1.read（）

# 用jieba庫的lcut函數(shù)對字符串中文詞匯分割，精確返回詞匯列表，列表中的元素為切分好的中文詞匯。

lst = jieba.lcut（s）

#此時需要對列表中的各個元素即詞匯進(jìn)行個數(shù)統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)列表中元素個數(shù)的方法有多種，可以嘗試一一編寫，分析利弊。這里用字典推導(dǎo)式統(tǒng)計(jì)詞匯個數(shù)。

dic = {i： lst.count（i） for i in lst}

#對字典中的鍵值對進(jìn)行降序排序并打印結(jié)果，此時可以發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)次數(shù)最多的是標(biāo)點(diǎn)符號、代詞等，故接下來需要從字典中去除干擾詞匯。

dic_new = dict（sorted（dic.items（）， key=lambda x：x[1]， reverse=True））

print（dic_new）

#將干擾詞匯作為列表的元素放置在列表中存儲到一個記事本中，命名為stopword.txt。接著讀取該記事本內(nèi)容，通過遍歷，從字典中移除干擾詞匯。最后打印字典，可以看到政府工作報(bào)告的詞頻情況，得到熱門詞匯。此處代碼實(shí)現(xiàn)的方法也有很多種，仍然可以一一嘗試，作為對以前所學(xué)知識回顧和復(fù)習(xí)。

with open（'stopwords.txt'， 'r'） as f2：

stop_wds = eval（f2.read（））

for kword in list（dic_new.keys（））：

if kword in stop_wds：

dic_new.pop（kword）

print（dic_new）

# 利用wordcloud庫繪制詞云，生成可視化效果。

w = wordcloud.WordCloud（background_color='white'， width=300， height=250， max_font_size=60， font_path='C：/Windows/Fonts/simhei.ttf'）

w.generate_from_frequencies（dic_new）

w.to_file（'D：/政府工作報(bào)告.png'）

4）知識拓展、深入學(xué)習(xí)

在學(xué)生理解吃透上述內(nèi)容且在充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的前提下，對知識點(diǎn)進(jìn)行加深拓展，并發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。教師提供有效的資源供學(xué)生查閱，學(xué)生根據(jù)資料自主探究如何制作個性化的詞云展示。

4課程考核情況分析

課程考核的目的是督促學(xué)生的平時學(xué)習(xí)以及客觀反映學(xué)生對Python程序這門課的掌握情況。既能考察大部分一般學(xué)生的實(shí)際水平，又能考察少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生的水平，同時也能反映少數(shù)較差學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。本輪共有1241名語言類專業(yè)學(xué)生（來自英語、日語、法語、德語、翻譯、俄語、西班牙語、政治學(xué)與行政學(xué)、外交學(xué)、新聞學(xué)等專業(yè)）必修Python程序設(shè)計(jì)這門課。課程考核從平時成績（過程性評價(jià)）和期末考試（終結(jié)性評價(jià)）兩方面進(jìn)行。

1）平時成績

平時成績占總成績的40%，由出勤率（10%）、每次課后作業(yè)（15%）、課堂表現(xiàn)（5%）組成。以百分制計(jì)算平時成績，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，Python程序設(shè)計(jì)課程平時成績平均分為91.7分。相較于2020-2021學(xué)年第一學(xué)期的計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程的平均分90.88分，還要高出0.82分。通過對平時成績各項(xiàng)的細(xì)分統(tǒng)計(jì)和對學(xué)生的問卷調(diào)查，究其原因，主要有以下兩點(diǎn)：

①極大部分學(xué)生從來沒有接觸過程序設(shè)計(jì)語言，對它心存“敬畏”，不敢請假甚至?xí)缯n，因?yàn)槁湎乱淮握n，就意味著知識的斷層，影響后續(xù)學(xué)習(xí)。因此出勤率和課后作業(yè)提交率要高于第一學(xué)期的計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程。

②課程內(nèi)容的設(shè)置更接地氣

通過理論指導(dǎo)實(shí)踐案例、案例加深理論理解和專業(yè)知識融合，切實(shí)提高了學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語言的熱情，課堂學(xué)習(xí)氛圍、學(xué)生表現(xiàn)欲跟第一學(xué)期相比，明顯高漲。很多學(xué)生在學(xué)期末尾向?qū)W校了申請了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，運(yùn)用信息技術(shù)來解決本專業(yè)領(lǐng)域問題。

2）期末成績

期末考試占總成績的60%，考查學(xué)生對Python程序設(shè)計(jì)這門課的整體掌握情況。期末考試試卷由20題選擇題、10題填空題、10題判斷題和3題編程題組成（編程題難度分別為易、中、高），學(xué)生在Python考試系統(tǒng)中隨機(jī)抽一套完成期末考試（每套試題難度相當(dāng)）。正常的高校課程考試，一般要求基礎(chǔ)課平均分落在參考值70-80范圍之內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)差在參考值5-12范圍之內(nèi)。對此次考試進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)百分制下平均分為77.45，在參考正常值范圍內(nèi);標(biāo)準(zhǔn)差為17.66，大于參考值?？梢苑从吵鲈嚲砥骄诌_(dá)到要求，但是學(xué)生間的學(xué)習(xí)差異較大。造成這種情況的原因一個可能是學(xué)生間確實(shí)存在著較大的差異，還有一個可能是試卷相對偏難。但共有340名學(xué)生期末成績是在90～100之間，占比達(dá)到總?cè)藬?shù)的27.4%，726名在60～90之間，占比達(dá)到總?cè)藬?shù)的58.5%，低于60分的占比為14，1%，基本符合成績的正態(tài)分布，故試卷難度應(yīng)屬于正常。

對于Python語言的學(xué)習(xí)學(xué)生間存在差異的問題，也是后續(xù)課程建設(shè)中研究的重點(diǎn)：如探究存在哪些差異，什么原因造成的差異，如何讓教學(xué)內(nèi)容跟專業(yè)知識更好的融合在一起、激發(fā)文科生學(xué)習(xí)Python課程的更高興趣等。另外，隨著后期對Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程建設(shè)的不斷深入和完善，過程性評價(jià)和終結(jié)性評價(jià)的考核方案還會不斷摸索改進(jìn)，來更好、更全面的反映學(xué)生掌握Python語言的情況。這些問題都值得在后續(xù)Python課程開設(shè)過程中長期研究實(shí)踐，為新文科培養(yǎng)出更多優(yōu)質(zhì)復(fù)合型人才做努力。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：王力】