“Python 金融數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)中存在的問題及對(duì)策研究

劉偉榮，劉安庚，蔡凌飛

（1.上海商學(xué)院工商管理學(xué)院；2.上海商學(xué)院教務(wù)處；3.上海商學(xué)院商務(wù)信息學(xué)院，上海 200235）

近年來，Python在金融數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普及，如何從數(shù)據(jù)里面發(fā)現(xiàn)并挖掘有價(jià)值的信息成為一個(gè)熱門的研究課題[1]。在應(yīng)用型人才培養(yǎng)理念下，以Python為分析工具，金融數(shù)據(jù)分析為載體，用實(shí)驗(yàn)的形式讓學(xué)生掌握金融數(shù)據(jù)分析的方法，既能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，鞏固相關(guān)金融理論知識(shí)，又能形成一定的金融實(shí)踐能力與探索能力。

Python作為一種簡(jiǎn)單易學(xué)，功能強(qiáng)大的編程語言，在金融數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域越來越受到追捧。Python具有許多優(yōu)秀特性，一是豐富的擴(kuò)展庫，Python擁有如NumPy、Pandas、Scikit-learn等豐富的擴(kuò)展庫，這些庫可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。例如，使用NumPy可以高效地進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；使用Pandas可以輕松地處理數(shù)據(jù)；使用Scikit-learn可以進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)。二是強(qiáng)大的可視化能力，Python擁有良好的可視化能力，可以通過Matplotlib、Seaborn等庫生成各種圖表，使得數(shù)據(jù)分析結(jié)果更加直觀和易懂。三是可擴(kuò)展性，Python可以與其他編程語言相結(jié)合，如R、Java等，擴(kuò)展其功能。例如，可以使用RPy2將Python和R結(jié)合使用，使用JPype將Python和Java結(jié)合使用。四是開源性，Python的開源性質(zhì)使其得到了廣泛的社區(qū)支持和貢獻(xiàn)，為用戶提供了豐富的資源和工具。用戶可以自由地獲取、使用、修改和分享Python代碼，促進(jìn)了Python社區(qū)的發(fā)展和進(jìn)步。五是基于Python的金融數(shù)據(jù)分析社區(qū)愈發(fā)完善，例如，優(yōu)礦、聚寬、Tushare等開源平臺(tái)提供了豐富的數(shù)據(jù)資源與學(xué)習(xí)資源。正是這些優(yōu)良特性，使Python語言在金融數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的作用越來越重要，使金融數(shù)據(jù)分析與研究發(fā)生了巨大的變革[1]。

“Python金融數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)”課程是一門具有一定挑戰(zhàn)性的課程，它能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，提高數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析能力。在今天這個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)分析技能尤其受到廣泛的關(guān)注，而Python作為一種強(qiáng)大的編程語言，已經(jīng)成為了數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的最佳工具之一，學(xué)習(xí)本課程將對(duì)學(xué)生未來的職業(yè)發(fā)展產(chǎn)生很大的幫助。此外，課程以金融數(shù)據(jù)分析應(yīng)用場(chǎng)景為目標(biāo)，能夠讓學(xué)生了解科技在金融行業(yè)的應(yīng)用，提高其對(duì)于當(dāng)前宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的研判能力。掌握Python在金融等數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的實(shí)戰(zhàn)技能，能夠?yàn)樯鐣?huì)輸送具有數(shù)據(jù)素養(yǎng)和分析能力的金融復(fù)合型人才[2]。因此，這門課程對(duì)金融領(lǐng)域的專業(yè)人才培養(yǎng)非常重要。

雖然Python作為工具能有效實(shí)現(xiàn)金融數(shù)據(jù)的處理和分析，有較強(qiáng)的實(shí)用性，然而作為一門課程，在教學(xué)實(shí)施過程中，仍然存在諸多問題。對(duì)學(xué)生來說，Python這門課程需要的基礎(chǔ)知識(shí)比較廣泛，如果學(xué)生基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，他們可能會(huì)感到難以理解和應(yīng)用這門課程的知識(shí)。此外，Python代碼的抽象性也可能會(huì)讓學(xué)生感到困惑，特別是那些沒有編程經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，他們可能會(huì)覺得案例代碼的邏輯難以理解，從而導(dǎo)致他們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)困難和挫折。為了解決課程在教學(xué)實(shí)施中存在的問題，本文通過在教學(xué)中的嘗試與探索，提出針對(duì)性的建議和對(duì)策，對(duì)有效改進(jìn)此類課程的建設(shè)與開展提供思路與參考。

一、“Python 金融數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)中存在的問題

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用使得大規(guī)模數(shù)據(jù)的收集,以及數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析提供了可能，容量龐大的金融數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)分析工具的效率和準(zhǔn)確性提出了較高要求[3]。Python作為數(shù)據(jù)分析工具，在金融數(shù)據(jù)分析中起到重要作用，能對(duì)大批量金融數(shù)據(jù)有效分析，幫助投資者更好地理解市場(chǎng)趨勢(shì)和投資機(jī)會(huì)。同時(shí)還能夠提高分析的準(zhǔn)確性和速度，使得金融決策更加明智和精確，并且能快速呈現(xiàn)可視化結(jié)果，是金融數(shù)據(jù)分析的一大利器。在教學(xué)中，Python的使用也能使學(xué)生更好地理解相關(guān)理論知識(shí)，也能使學(xué)生進(jìn)一步明確理論在現(xiàn)實(shí)中的作用。但作為一門Python與金融數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的課程，教學(xué)內(nèi)容存在交叉性，課程內(nèi)容知識(shí)量較大，加上學(xué)生基礎(chǔ)各不相同，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)諸多問題亟待解決。

（一）編程基礎(chǔ)不同，難以統(tǒng)一課程進(jìn)度

由于“Python金融數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)”課程內(nèi)容涉及學(xué)科交叉，面向?qū)I(yè)較廣，而且未設(shè)置前置課程，導(dǎo)致面對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)差異大，難以將課程進(jìn)度統(tǒng)一。這是一個(gè)普遍存在的問題，尤其是在涉及編程的課程中。對(duì)于沒有編程基礎(chǔ)的學(xué)生，課程會(huì)更具挑戰(zhàn)性，需要用更多時(shí)間來掌握基礎(chǔ)知識(shí)。因此，在編程基礎(chǔ)的教學(xué)中，需要盡可能細(xì)致地講解，并讓學(xué)生嘗試編寫程序。這既可以通過一步步程序拆解與實(shí)現(xiàn)來幫助學(xué)生克服畏難情緒，也可以讓無編程基礎(chǔ)的學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)練習(xí)，以便在課程中跟上進(jìn)度。另一方面，對(duì)于那些已經(jīng)有一定編程基礎(chǔ)的學(xué)生來說，基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)可能會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。在課堂教學(xué)中，這部分學(xué)生會(huì)認(rèn)為課程內(nèi)容缺乏挑戰(zhàn)性。這也是一個(gè)需要重視的問題，如果課程內(nèi)容過于簡(jiǎn)單，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生失去興趣和動(dòng)力，影響其學(xué)習(xí)效果。

針對(duì)上述問題，對(duì)編程基礎(chǔ)不同的情況，需要采取多種措施來解決。只有兼顧兩類學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，才能提高課程教學(xué)質(zhì)量，這對(duì)提升課程教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。

（二）編程基礎(chǔ)部分教學(xué)較枯燥

Python語言基礎(chǔ)知識(shí)是整個(gè)課程的基石，掌握好基礎(chǔ)知識(shí)是后期能快速上手Numpy、Pandas等模塊的先決條件。本課程的編程基礎(chǔ)主要涉及數(shù)據(jù)類型、常見數(shù)據(jù)容器、循環(huán)控制等內(nèi)容，在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)該部分內(nèi)容講解以“What”為主，很難將金融案例結(jié)合到Python編程基礎(chǔ)教學(xué)中，導(dǎo)致部分學(xué)生會(huì)誤認(rèn)為該課程是一門以編程為主的課程，在未接觸到金融編程案例時(shí)便失去興趣。針對(duì)上述問題，如何通過課程結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容調(diào)整，改變枯燥的編程基礎(chǔ)內(nèi)容，將對(duì)課程的順利開展起到重要作用。

（三）Python 代碼抽象，演示效果差

Python對(duì)金融數(shù)據(jù)的處理能力強(qiáng)大，它可以處理大量的金融數(shù)據(jù)，包括交易數(shù)據(jù)、股票數(shù)據(jù)、匯率數(shù)據(jù)以及其他市場(chǎng)數(shù)據(jù)。這種功能對(duì)于金融機(jī)構(gòu)和投資者來說是非常有用的，因?yàn)樗梢詭椭麄冏鞒龈玫臎Q策。由于諸多數(shù)據(jù)分析與處理需要調(diào)用第三方庫，在教學(xué)演示過程中，雖能體現(xiàn)Python強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力，但金融數(shù)據(jù)處理過程顯“黑箱”化，導(dǎo)致學(xué)生不理解金融數(shù)據(jù)處理的邏輯，而無法在實(shí)踐中靈活運(yùn)用。例如，每日收益率=（當(dāng)日收盤價(jià)/前日收盤價(jià)）-1（即：t=pt/pt-1-1）， Python中實(shí)現(xiàn)只需用.pct_change()函數(shù)就能計(jì)算結(jié)果，如圖1所示。

圖1 用.pct_change()函數(shù)計(jì)算每日收益率

“黑箱化”的特點(diǎn)，在教學(xué)中不利于展示與詳細(xì)講解，同時(shí)“黑箱化”在教學(xué)中不利于學(xué)生理解金融知識(shí)，從而導(dǎo)致學(xué)生知其然不知所以然。解決這一問題，能使學(xué)生在教學(xué)中理清金融數(shù)據(jù)處理的邏輯，幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固金融知識(shí)。

CNN具有2種特性：局部連接和參數(shù)共享。CNN中相鄰2層的連接方式為局部連接，當(dāng)前層每個(gè)神經(jīng)元的值是對(duì)上一層進(jìn)行卷積操作得到的，且每次卷積的參數(shù)相同。如圖1所示。相同顏色的線表示相同的參數(shù)，li+1層神經(jīng)元的值依賴于上一層神經(jīng)元的值， li+1 層每個(gè)神經(jīng)元共享參數(shù)。

二、教改舉措

針對(duì)上述在教學(xué)中遇到的問題，通過不斷調(diào)整與試錯(cuò)從中摸索出一些能有效解決上述問題的方法，現(xiàn)總結(jié)如下：

（一）線上線下相結(jié)合

針對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)差異較大的問題，通過線上線下相結(jié)合的方式可在一定程度上改善。Python編程基礎(chǔ)知識(shí)的講解較為枯燥且知識(shí)點(diǎn)單一，在線上線下相結(jié)合的形式下，可以通過不同措施來調(diào)動(dòng)基礎(chǔ)不同學(xué)生的注意力，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性與積極性。首先，為學(xué)生提供線上視頻課程，詳細(xì)講解基礎(chǔ)知識(shí)，而在課堂教學(xué)中，增加趣味性較強(qiáng)的案例分析和課堂討論?；A(chǔ)不夠扎實(shí)的學(xué)生可通過線上資源進(jìn)一步提高和鞏固，通過線上視頻回顧相關(guān)內(nèi)容，幫助基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這些措施可以幫助學(xué)生更好地消化和鞏固課程知識(shí)，為金融數(shù)據(jù)分析和處理打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。其次，可以設(shè)置大量線上練習(xí)，供學(xué)生在課后選擇性學(xué)習(xí)。此外增加一些線上小測(cè)驗(yàn)，檢測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，可進(jìn)一步提升教學(xué)效果。通過這些測(cè)驗(yàn)，我們可以及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度，保證學(xué)生能夠跟上課程進(jìn)度，增加學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性。通過線上線下相結(jié)合的方式，可以使學(xué)生更好地掌握編程基礎(chǔ)知識(shí)，提高他們的學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率。

（二）金融案例與編程知識(shí)相結(jié)合

針對(duì)課程基礎(chǔ)知識(shí)部分相對(duì)枯燥的問題，通過線上線下相結(jié)合的方式可在一定程度上得到解決，但還需要調(diào)整課程結(jié)構(gòu)，使教學(xué)效果更佳。通過壓縮課堂基礎(chǔ)知識(shí)課時(shí)，并融入更多金融知識(shí)，可進(jìn)一步提升教學(xué)效果。一方面，編程基礎(chǔ)知識(shí)課時(shí)壓縮并不意味著知識(shí)量減少，學(xué)生需根據(jù)自身基礎(chǔ)，通過線上課程補(bǔ)充。另一方面，部分基礎(chǔ)知識(shí)可融入后期的實(shí)驗(yàn)案例中進(jìn)行講解。這樣既可以快速完成較為枯燥的基礎(chǔ)知識(shí)講解，快速進(jìn)入課程主題，也能增加金融數(shù)據(jù)分析內(nèi)容的教學(xué)。如在金融知識(shí)“最大回撤”概念的講解中，以圖形化的方式先使學(xué)生理解“最大回撤”的概念，介紹最大回撤的意義，并通過代碼講解實(shí)現(xiàn)“最大回撤”的計(jì)算與作圖，使學(xué)生學(xué)習(xí)金融知識(shí)的同時(shí)，了解其原理，并能使用Python實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。這樣既能提升授課效率，同時(shí)也能使課程內(nèi)容進(jìn)一步豐富，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

圖2 最大回撤案例講解

（三）Python 與Excel 相結(jié)合

Excel在金融數(shù)據(jù)處理和分析中較常見，豐富的函數(shù)庫、高級(jí)分析工具、VBA程序等功能，足以完成大部分金融計(jì)算，Excel在金融數(shù)據(jù)分析中特點(diǎn)鮮明，可以將操作步驟清晰展示出來，理清各組數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系，并能對(duì)公式進(jìn)行解釋說明，如圖3所示，在教學(xué)中學(xué)生更容易接受與理解。但同時(shí)，Excel在金融數(shù)據(jù)分析中也存在較大缺點(diǎn)，如難以處理大批量數(shù)據(jù)，作圖不方便等。金融數(shù)據(jù)的分析與建模往往需要用到大批量數(shù)據(jù)，Excel在實(shí)際處理上能力往往略顯不足。而使用Python教學(xué)，則常常需要面對(duì)Python數(shù)據(jù)處理時(shí)的“黑箱問題”，在教學(xué)中不易將過程描述清楚，而對(duì)課程產(chǎn)生畏難情緒。

圖3 用Excel 演示最大回撤

（四）組織討論與分享

討論與分享是提升Python編程能力的重要手段，為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，可組織討論與分享。首先，向?qū)W生提出金融數(shù)據(jù)分析的案例；其次，分組討論該問題的分析思路；再次，小組嘗試用Excel和Python進(jìn)行計(jì)算；最后，分享分析過程與結(jié)果。

對(duì)編程技能和數(shù)據(jù)分析相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，討論與交流是重要環(huán)節(jié)。對(duì)同一金融數(shù)據(jù)分析問題，不同學(xué)生有不同的編程思路，通過討論，可促進(jìn)學(xué)生之間相互交流，并從中獲得新的思路和洞見。通過組織小組討論或者課堂分享，學(xué)生可以相互交流和學(xué)習(xí)，特別是對(duì)存在的問題能有更清晰的認(rèn)識(shí)，通過共同探討難點(diǎn)和疑問。一方面可以加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的梳理和理解；另一方面可以增強(qiáng)學(xué)生的合作意識(shí)和自主學(xué)習(xí)能力。同時(shí)，老師也能在交流過程中進(jìn)一步了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，以便對(duì)教學(xué)內(nèi)容作出調(diào)整。

（五）定期調(diào)查學(xué)生反饋

為了及時(shí)了解學(xué)生對(duì)課程的反饋，可采用投票或問卷的方式，定期開展學(xué)生對(duì)課程掌握情況、授課方式接受程度進(jìn)行調(diào)查。學(xué)生的反饋在一定程度上體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)課程的整體滿意度、課程內(nèi)容的難易程度、教學(xué)方法的實(shí)用性等方面的情況，同時(shí)能了解每一位學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的接受程度。

通過投票或問卷的分析，一是可以了解學(xué)生對(duì)課程的建議和意見，根據(jù)反饋及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方法，提高課程的教學(xué)質(zhì)量。二是可針對(duì)部分認(rèn)為課程難度大的學(xué)生，結(jié)合線上資源，提出定制化的學(xué)習(xí)方案，保障學(xué)習(xí)效果與教學(xué)進(jìn)度。

四、結(jié)束語

Python編程語言因其優(yōu)良特性，在金融數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普及，《Python金融數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)》課程具有較強(qiáng)的實(shí)用性，因課程存在一定學(xué)科交叉性，且學(xué)生基礎(chǔ)存在較大差異，在教學(xué)實(shí)施中仍存在諸多問題。為提高課程質(zhì)量，提升課程教學(xué)水平，本文針對(duì)《Python金融數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)》課程在教學(xué)中存在的問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、學(xué)生反饋等方面提出了一些對(duì)策和建議。通過教學(xué)實(shí)踐的不斷探索與嘗試，這些對(duì)策和建議可以有效提高課程的教學(xué)質(zhì)量，幫助不同基礎(chǔ)的學(xué)生更好地掌握金融數(shù)據(jù)分析的方法，提高其在金融領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。

隨著ChatGPT等自然語言處理工具的普及，像《Python金融數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)》這類涉及編程的課程教學(xué)理念、教學(xué)方式、學(xué)習(xí)方式都將發(fā)生重大改變，在未來的教學(xué)中，應(yīng)結(jié)合先進(jìn)教學(xué)理念與教學(xué)工具，不斷在教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)并嘗試改進(jìn)，為推進(jìn)此類課程的建設(shè)做出貢獻(xiàn)。