大數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)“Python程序設(shè)計(jì)”課程建設(shè)探究＊

李天格，許 鵬

(鄭州財(cái)經(jīng)學(xué)院，河南 鄭州 450000)

0 引言

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專(zhuān)業(yè)（簡(jiǎn)稱(chēng)大數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)）是教育部為落實(shí)國(guó)家《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》而批準(zhǔn)設(shè)立的新工科專(zhuān)業(yè)，最早于2016年開(kāi)設(shè)。該專(zhuān)業(yè)旨在培養(yǎng)具備分析和解決大數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、挖掘與可視化的能力，能從事大數(shù)據(jù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的全面發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。其中，該專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)核心課程之一是“Python程序設(shè)計(jì)”。

Python由研究員Guido van Rossum 于1989 年年末開(kāi)發(fā)，于1991年公開(kāi)發(fā)表。是一種簡(jiǎn)單易學(xué)、面向?qū)ο蟮慕忉屝统绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言。Python 語(yǔ)法簡(jiǎn)潔、功能強(qiáng)大、免費(fèi)且開(kāi)源、具有豐富和強(qiáng)大的類(lèi)庫(kù)。它能夠輕松地將復(fù)雜的應(yīng)用程序（尤其是C/C++）粘和在一起，又被稱(chēng)為“膠水”語(yǔ)言。

自從Python語(yǔ)言公開(kāi)發(fā)行后，Python開(kāi)發(fā)者和用戶社區(qū)逐漸增大，使用率呈線性增長(zhǎng)。IEEE Spectrum（美國(guó)電氣電子工程師學(xué)會(huì)的權(quán)威雜志）發(fā)布了2021年編程語(yǔ)言排行榜，官方的標(biāo)題是：Python 在新技術(shù)領(lǐng)域依然是主導(dǎo)地位。TIOBE(世界上最權(quán)威的編程語(yǔ)言排行榜單)排行榜將Python評(píng)為2021年年度語(yǔ)言。

隨著Python 的流行和廣泛使用，各大高校相繼開(kāi)設(shè)了“Python 程序設(shè)計(jì)”課程，大數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)也不例外。Python 在大數(shù)據(jù)方向的主要進(jìn)階應(yīng)用有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)可視化等?！癙ython 程序設(shè)計(jì)”作為一門(mén)核心基礎(chǔ)課，學(xué)生對(duì)該課程的掌握程度很大地影響了對(duì)后續(xù)進(jìn)階課程的學(xué)習(xí)效果。鑒于此，本文主要對(duì)大數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)“Python程序設(shè)計(jì)”課程的建設(shè)進(jìn)行探究，以期提升教學(xué)質(zhì)量。

1 學(xué)情分析

以筆者所在學(xué)校為例，課程的授課對(duì)象為來(lái)自大學(xué)二年級(jí)下學(xué)期的學(xué)生，他們對(duì)大學(xué)的學(xué)習(xí)和生活已經(jīng)有所適應(yīng)，對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)、新內(nèi)容有強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)渴望。同時(shí)，他們樂(lè)于探索未知的學(xué)習(xí)領(lǐng)域，對(duì)新的平臺(tái)、新的工具、新的教學(xué)方法都樂(lè)于嘗試、勇于接受。

另外，經(jīng)過(guò)三個(gè)學(xué)期的持續(xù)學(xué)習(xí)，學(xué)生們已經(jīng)打下了較為牢固成熟的計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、思想政治修養(yǎng)基礎(chǔ)。以計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)為例，在學(xué)習(xí)本門(mén)課程之前，學(xué)生們已經(jīng)學(xué)習(xí)了兩門(mén)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程，分別是“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”和“面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)”。因此他們已經(jīng)具備了一定的學(xué)習(xí)能力和一定的編程語(yǔ)言基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言的學(xué)習(xí)都是互通的，學(xué)生可以很自然地將前面所學(xué)的知識(shí)以及沉淀的思維方式遷移到本門(mén)課程的學(xué)習(xí)中來(lái)。

2 課程目標(biāo)

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠理解Python 的編程模式，熟練Python 列表、元組、字典、集合等基本數(shù)據(jù)類(lèi)型的使用，掌握Python 的結(jié)構(gòu)化編程方法，熟悉Python 面向?qū)ο缶幊棠Ｊ剑约癙ython 在數(shù)據(jù)爬蟲(chóng)、數(shù)據(jù)挖掘分析、數(shù)據(jù)可視化的簡(jiǎn)單使用。同時(shí)還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和綜合素質(zhì)。

2.1 知識(shí)目標(biāo)

理解Python 語(yǔ)言的基本語(yǔ)法、條件表達(dá)式、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)。掌握Python 常見(jiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用以及面向?qū)ο缶幊痰南嚓P(guān)知識(shí)。了解函數(shù)的基本概念以及Python的相關(guān)擴(kuò)展庫(kù)。

2.2 能力目標(biāo)

具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力和正確的分析推理能力；具有較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力以及將理論與實(shí)際相結(jié)合的問(wèn)題解決能力；能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)爬蟲(chóng)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化編程。

2.3 素質(zhì)目標(biāo)

具有對(duì)Python 編程的強(qiáng)烈興趣；具有愛(ài)國(guó)、愛(ài)黨、擁護(hù)社會(huì)主義的基本素質(zhì)；具有思想政治明確、品行良好、身心健康的堅(jiān)強(qiáng)素質(zhì)；具有團(tuán)結(jié)合作、善于溝通、勇于創(chuàng)新的精神；具有精益求精的大國(guó)工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

3 課程建設(shè)

3.1 基于翻轉(zhuǎn)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂(Flipped Classroom)是對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)和顛倒,它將以往在課堂完成的知識(shí)傳授環(huán)節(jié)放到課前進(jìn)行,而把對(duì)知識(shí)的吸收內(nèi)化環(huán)節(jié)放在課內(nèi)進(jìn)行,并將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師手上交還給了學(xué)生。如前文所述，學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)本門(mén)課程之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了兩門(mén)編程語(yǔ)言類(lèi)課程，具有一定的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言基礎(chǔ)。因此，本課程的基礎(chǔ)語(yǔ)法知識(shí)（數(shù)據(jù)類(lèi)型、運(yùn)算符及表達(dá)式、程序流程控制）對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單，這些基礎(chǔ)知識(shí)可以在課前讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，具體途徑有MOOC 公開(kāi)課，教師自行錄制數(shù)字材料至超星學(xué)習(xí)通等線上學(xué)習(xí)平臺(tái)，而在課上注重對(duì)這些知識(shí)的應(yīng)用學(xué)習(xí)。對(duì)于后續(xù)章節(jié)（映射、集合、函數(shù)、面向?qū)ο?、Python爬蟲(chóng)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化）可結(jié)合線上線下進(jìn)行混合式教學(xué)，線上依托超星學(xué)習(xí)通開(kāi)展教學(xué)，線下以多媒體教室教學(xué)和機(jī)房實(shí)踐為主。最后，學(xué)生可通過(guò)學(xué)習(xí)通、QQ、微信等媒介進(jìn)行交流。

3.2 融入課程思政

習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，“要堅(jiān)持把立德樹(shù)人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全員育人、全程育人、全方位育人”?！罢n程思政”作為高校思想政治教育的重要載體，不僅能滿足“三全育人”的要求，還有助于培養(yǎng)合格的社會(huì)主義接班人。因此，本課程建設(shè)要以課程思政為核心進(jìn)行展開(kāi)，不僅關(guān)注學(xué)生的知識(shí)掌握、能力培養(yǎng)，還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)秀的品德和高尚的素養(yǎng)。課程思政融入示例如表1所示。

表1 課程思政融入示例

3.3 基于案例驅(qū)動(dòng)

案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)是一種新的教學(xué)模式，指的是將所學(xué)內(nèi)容通過(guò)案例的形式展現(xiàn)出來(lái)。教學(xué)可分為三步，分別是案例引入、案例分析和案例實(shí)現(xiàn)。以Python 數(shù)據(jù)分析章節(jié)為例，可引入《紅樓夢(mèng)》分析案例，通過(guò)對(duì)案例的目標(biāo)（制作《紅樓夢(mèng)》高頻詞詞云以及社交關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖）介紹來(lái)吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，接著講解實(shí)現(xiàn)該案例所需要的Python 庫(kù)，通過(guò)對(duì)這些“庫(kù)”的講解來(lái)引導(dǎo)學(xué)生自主編程，從而實(shí)現(xiàn)案例的相應(yīng)功能。課后可以給學(xué)生布置類(lèi)似的作業(yè)，以讓學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)案例內(nèi)容進(jìn)行舉一反三的掌握。例如，可讓學(xué)生下載《三國(guó)演義》txt格式電子書(shū)，制作高頻詞云，并為出場(chǎng)次數(shù)最多的20個(gè)人物制作社交關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖。

3.4 聚焦專(zhuān)業(yè)特色

本課程的授課學(xué)生均來(lái)自于大數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)，截止到大二下學(xué)期，學(xué)生主要修學(xué)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。專(zhuān)業(yè)進(jìn)階課程（如Python 數(shù)據(jù)爬蟲(chóng)、大數(shù)據(jù)可視化、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)等）較多地放在了高年級(jí)修學(xué)。因此，大數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)的“Python 程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)可以結(jié)合專(zhuān)業(yè)特色，在前期給學(xué)生們鋪墊或拓展一些大數(shù)據(jù)應(yīng)用相關(guān)的知識(shí)，包括但不限于Python 的常用庫(kù)，如numpy、matplotlib、requests、BeautifulSoup等。

3.5 優(yōu)化考核方式

本課程通常采用“紙質(zhì)化”考核方式，而“Python程序設(shè)計(jì)”課程實(shí)踐性較強(qiáng)，對(duì)學(xué)生的分析能力、實(shí)際問(wèn)題解決能力、綜合運(yùn)用能力要求較高，而這些能力的檢測(cè)并不能通過(guò)一張紙質(zhì)考核試卷來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，需要重點(diǎn)優(yōu)化考核方式，如最終成績(jī)可分為平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)兩部分。其中，平時(shí)成績(jī)可以包括平時(shí)作業(yè)，平時(shí)測(cè)試，課堂表現(xiàn)（包括但不限于課堂提問(wèn)，課堂參與度等）和上機(jī)實(shí)驗(yàn)。而期末成績(jī)也可以由兩部分構(gòu)成，分別為紙質(zhì)試卷和綜合上機(jī)，前者考察基礎(chǔ)知識(shí)、基礎(chǔ)理論、基本技能的掌握程度；后者考察學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。

3.6 增加課程設(shè)計(jì)

本課程是一門(mén)實(shí)踐性、應(yīng)用性、綜合性較強(qiáng)的課程。因此，對(duì)于本課程，可增加為期一周的課程設(shè)計(jì)以期提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和知識(shí)綜合運(yùn)用能力。課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容可以分為兩大類(lèi)：系統(tǒng)類(lèi)和分析類(lèi)。前者可以做一個(gè)小型實(shí)用的系統(tǒng)，比如用戶注冊(cè)信息管理系統(tǒng)。后者可以利用已學(xué)的爬蟲(chóng)和可視化技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，比如大數(shù)據(jù)行業(yè)熱門(mén)招聘崗位分析與可視化。

3.7 充分利用各種現(xiàn)有教學(xué)資源

本課程在MOOCs 上有很多公開(kāi)課，如南開(kāi)大學(xué)的“Python編程基礎(chǔ)”、北京理工大學(xué)的“Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”、北京大學(xué)的“實(shí)用Python 程序設(shè)計(jì)”、南京大學(xué)的“用Python 玩轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)”等。學(xué)生可以根據(jù)自身情況有針對(duì)性的學(xué)習(xí)慕課課程中的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。另外，教師可以在超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)上傳學(xué)習(xí)資料，包括但不限于課前導(dǎo)入視頻、課后習(xí)題、課后拓展材料等。以供學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)?？傊?，教師和學(xué)生都應(yīng)充分利用以互聯(lián)網(wǎng)+為基礎(chǔ)的各種現(xiàn)有教學(xué)資源，以期更加便捷、高效地學(xué)習(xí)本課程。

3.8 培養(yǎng)數(shù)據(jù)素養(yǎng)

大數(shù)據(jù)時(shí)代，作為數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，數(shù)據(jù)素養(yǎng)是必備素養(yǎng)。因此，本課程應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同的角度對(duì)數(shù)據(jù)素養(yǎng)的概念進(jìn)行了表述，而目前一般認(rèn)為數(shù)據(jù)素養(yǎng)教育包含3 個(gè)模塊的內(nèi)容：培養(yǎng)數(shù)據(jù)意識(shí)、培育數(shù)據(jù)能力、樹(shù)立數(shù)據(jù)倫理。其中第二項(xiàng)數(shù)據(jù)能力即貫穿于數(shù)據(jù)生命全周期的數(shù)據(jù)采集、表示、描述、發(fā)現(xiàn)與檢索、選擇與評(píng)價(jià)、分析、利用、引用、整合、復(fù)用、保存、管理等一系列活動(dòng)所需的技能。

Python 語(yǔ)言擁有大量?jī)?yōu)秀的第三方庫(kù)，可以用于數(shù)據(jù)分析的各個(gè)環(huán)節(jié)。因此，本課程應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)，使得學(xué)生成為合格的大數(shù)據(jù)人才。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文首先概述了“Python程序設(shè)計(jì)”這門(mén)課程的學(xué)情和課程目標(biāo)，并從多個(gè)方面對(duì)該課程的建設(shè)進(jìn)行了探究，以期提升該門(mén)課的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，并為后面高年級(jí)的專(zhuān)業(yè)進(jìn)階教學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。實(shí)踐證明：這些舉措在教學(xué)中取得了較好的成效。下一步將重點(diǎn)探究課程的思政建設(shè)，爭(zhēng)取形成更加豐富、詳實(shí)的思政體系庫(kù)。