大數(shù)據(jù)專業(yè)核心課“Python程序設(shè)計(jì)”課程建設(shè)與實(shí)踐

楊玉霞　周玉新　李艷

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)；Python程序設(shè)計(jì)；課程建設(shè)

中圖法分類號(hào)：TP312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱“大數(shù)據(jù)專業(yè)”）是內(nèi)蒙古民族大學(xué)于2018級(jí)開始招生、2019級(jí)開始與北京中軟國際教育科技股份有限公司實(shí)施專業(yè)共建的校企合作專業(yè)，“Python程序設(shè)計(jì)”是本專業(yè)的核心課程。從教育角度出發(fā)，高校應(yīng)積極開展大數(shù)據(jù)專業(yè)“Python程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)工作，保障其質(zhì)量、效率。學(xué)生通過學(xué)習(xí)本課程的基礎(chǔ)理論知識(shí)，理解Python的編程模式、掌握數(shù)據(jù)分析與處理的基本用法；能夠應(yīng)用類、對(duì)象、繼承和多態(tài)等概念及方法解決大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，掌握不同領(lǐng)域的Python擴(kuò)展模塊并能夠解決文件操作等實(shí)際問題；使用Python提供的網(wǎng)絡(luò)爬蟲的標(biāo)準(zhǔn)庫和擴(kuò)展庫進(jìn)行網(wǎng)頁數(shù)據(jù)采集，從而為本專業(yè)學(xué)生能夠勝任大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、開發(fā)及數(shù)據(jù)分析等工作，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才目標(biāo)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2課程建設(shè)

通過教學(xué)大綱設(shè)置和課堂教學(xué)方案設(shè)計(jì)的進(jìn)一步優(yōu)化、課程考核情況分析等，對(duì)本課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)分類和優(yōu)化。合理有效地設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)方法與學(xué)習(xí)成果目標(biāo)、課程改革與教學(xué)方法，可以達(dá)到不斷優(yōu)化本課程的目的。從本課程的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，在課程原有的建設(shè)規(guī)律下，可以通過讓教學(xué)內(nèi)容與本專業(yè)知識(shí)更好地融合在一起，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)“Python程序設(shè)計(jì)”課程的興趣。

2.1教學(xué)大綱設(shè)置

在內(nèi)蒙古民族大學(xué)大數(shù)據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案中，“Python程序設(shè)計(jì)”和“Python程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”屬于專業(yè)核心課程，“Python課程設(shè)計(jì)”屬于專業(yè)實(shí)踐課程。本文以“Python程序設(shè)計(jì)”課程為例，從教學(xué)大綱的修訂人手并展開討論。本課程的教學(xué)大綱由課程概況、課程目標(biāo)、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的關(guān)系、總體課程教學(xué)設(shè)計(jì)、課程內(nèi)容及進(jìn)度安排、課程考核、成績(jī)?cè)u(píng)定和建議教材及主要參考書目等8個(gè)模塊組成。

根據(jù)內(nèi)蒙古民族大學(xué)大數(shù)據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案，本課程的授課對(duì)象為大學(xué)二年級(jí)下學(xué)期的學(xué)生。他們對(duì)大學(xué)生活以及本專業(yè)的學(xué)習(xí)已經(jīng)有了一定的認(rèn)知，并對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)、新內(nèi)容有著強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)渴望。同時(shí)，他們樂于探索未知的學(xué)習(xí)領(lǐng)域，對(duì)新的平臺(tái)、新的工具、新的教學(xué)方法都樂于嘗試、樂于接受。針對(duì)學(xué)生的這些特點(diǎn)，在設(shè)置教學(xué)大綱的過程中，注重促進(jìn)學(xué)生的德、智、體、美、勞全面發(fā)展的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)其設(shè)計(jì)／開發(fā)解決方案和研究能力的培養(yǎng)。

“Python程序設(shè)計(jì)”課程理論教學(xué)時(shí)長(zhǎng)為48學(xué)時(shí)，如表1所列。另外，還有24學(xué)時(shí)的“Python程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”課程和1周時(shí)的“Python課程設(shè)計(jì)”課程。

2.2教學(xué)方案設(shè)計(jì)

若要實(shí)現(xiàn)教學(xué)大綱中設(shè)置的課程目標(biāo)，則需要解決以下幾個(gè)主要問題：如何讓學(xué)生理解Python的編程模式；如何讓學(xué)生將現(xiàn)實(shí)中的問題跟類、對(duì)象等抽象概念掛鉤，并能熟練應(yīng)用類和對(duì)象去描述事物：如何使用“Python+pandas”進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理；如何通過網(wǎng)絡(luò)爬蟲程序的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集：如何培養(yǎng)學(xué)生良好的人文素養(yǎng)、職業(yè)道德和社會(huì)責(zé)任感等。針對(duì)這一系列問題，在教學(xué)方案設(shè)計(jì)中融入以下3個(gè)設(shè)計(jì)。

（1）引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的思路與方法。

課堂內(nèi)有主題討論、分組演講、翻轉(zhuǎn)教學(xué)、案例展示等多種形式。結(jié)合每節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)，展開相關(guān)話題討論。還可以用翻轉(zhuǎn)課堂的形式，提前布置相關(guān)任務(wù)，學(xué)生利用課后時(shí)間，預(yù)習(xí)課程內(nèi)容并準(zhǔn)備相關(guān)材料。整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)以專業(yè)知識(shí)點(diǎn)為導(dǎo)向，師生結(jié)合所準(zhǔn)備的材料展開當(dāng)前大數(shù)據(jù)專業(yè)前沿發(fā)展方向及信息科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域?qū)ｎ}的研究。翻轉(zhuǎn)課堂和案例展示中布置的授課內(nèi)容雖然難度不大，但需要學(xué)生提前預(yù)習(xí)和查閱相關(guān)資料，其能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

（2）采用混合式教學(xué)方法。

在教學(xué)實(shí)施過程中，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)了解課程的大綱、進(jìn)度表，可以通過平臺(tái)上的教案、課件、視頻、課前自測(cè)、預(yù)習(xí)任務(wù)等對(duì)每節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，課后還提供了自測(cè)題和作業(yè)供學(xué)生進(jìn)行課后復(fù)習(xí)，并能幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)程度。學(xué)生還可以在討論區(qū)提出問題，由教師和其他學(xué)生進(jìn)行解答。通過采用混合式教學(xué)方法，不僅可以讓學(xué)生有更充足的時(shí)間去“消化”課堂上沒來得及理解的內(nèi)容，還可以補(bǔ)足課堂學(xué)時(shí)不夠的短板。通過線上、線下相結(jié)合的方式使課程的整體學(xué)習(xí)效果不斷提升。

（3）建設(shè)“課程思政素材庫”。

結(jié)合“Python程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)目標(biāo)，有針對(duì)性地建設(shè)“課程思政素材庫”。通過查找與課程知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合的案例，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)專業(yè)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)知識(shí)，生、師分別創(chuàng)建屬于“自己”的“思政素材庫”，如圖1所示。通過不斷更新“思政素材庫”，讓更多的新事件、新思想、新風(fēng)尚及時(shí)進(jìn)講稿、進(jìn)課堂、進(jìn)頭腦。通過知古鑒今、尋根溯源、著眼當(dāng)下、放眼未來、加強(qiáng)橫向?qū)Ρ群吐?lián)系等方式，增加有關(guān)國家、國際、文化、社會(huì)等角度的思政案例，從而科學(xué)合理拓展本課程的廣度、深度和溫度，提升本課程的引領(lǐng)性、開放性和時(shí)代性。

2.3考核方法分析

課程考核的目的是督促學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)以及客觀反映學(xué)生對(duì)“Python程序設(shè)計(jì)”課程的掌握情況。課程考核不僅是指期末考核，還包含過程性考核，從整體上可以反映出學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)效率和水平等。本課程的成績(jī)構(gòu)成主要由課堂表現(xiàn)、在線測(cè)試、作業(yè)和期末考試4項(xiàng)組成。每項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為優(yōu)秀、良好、合格和不合格，并對(duì)應(yīng)不同的課程目標(biāo)給出了詳細(xì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3教學(xué)實(shí)施

3.1個(gè)性化分層

通過“個(gè)性化分層”方式，優(yōu)化了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，重建教學(xué)方法，從而鍛煉了學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力，啟發(fā)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的思考和理解，達(dá)到了理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)效果。如圖2所示，主線是整個(gè)教學(xué)中的基礎(chǔ)，既是傳統(tǒng)的線下課堂，也是知識(shí)接受的記憶層面。通過教師的講解和答疑，實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。在“主線層”教學(xué)實(shí)施過程中，通過課后作業(yè)的形式給學(xué)生布置搜集與課程內(nèi)容相關(guān)案例的任務(wù)，并在課堂上進(jìn)行分享和及時(shí)反饋。支線是整個(gè)教學(xué)的關(guān)鍵，也是教學(xué)創(chuàng)新的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、交流和實(shí)踐3個(gè)分支。每一個(gè)分支都激發(fā)著學(xué)生不同層面的潛力。

3.2思政素材庫

思政素材庫是由師生共同完成并不斷更新。課前，教師布置思政案例的任務(wù)，由學(xué)生分組，以小組的形式提交課程相關(guān)的思政案例。思政案例主要結(jié)合本領(lǐng)域相關(guān)的最新動(dòng)態(tài)、發(fā)展趨勢(shì)以及Python發(fā)展史、應(yīng)用環(huán)境等素材，潤(rùn)物細(xì)無聲地融入思政點(diǎn)，無形中培養(yǎng)學(xué)生的愛國敬業(yè)、道路自信、開拓創(chuàng)新、大國工匠等精神，實(shí)現(xiàn)育人的目的。

4教學(xué)效果

本文對(duì)內(nèi)蒙古民族大學(xué)大數(shù)據(jù)專業(yè)2019級(jí)63位學(xué)生和2020級(jí)41位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況分別做了達(dá)成度計(jì)算，并進(jìn)行了對(duì)比分析。針對(duì)這2個(gè)年級(jí)的學(xué)生采取混合式教學(xué)，并在智慧樹平臺(tái)發(fā)布視頻資源、課件、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、測(cè)試題等教學(xué)材料，進(jìn)行線下授課。這2個(gè)年級(jí)的學(xué)生在課前都要完成智慧樹平臺(tái)上的課程理論部分的測(cè)試：2020級(jí)的學(xué)生還新增了“案例庫”建設(shè)的任務(wù)，每次課前以小組為單位，并提交與本節(jié)課程內(nèi)容相關(guān)的案例。圖3和圖4分別表示2019級(jí)和2020級(jí)學(xué)生的期末成績(jī)達(dá)成度分布情況，2019級(jí)學(xué)生的平均總達(dá)成度為0.73，2020級(jí)學(xué)生的平均總達(dá)成度為0.80，學(xué)習(xí)效果在逐年上升。教學(xué)效果問卷調(diào)查表明，通過教學(xué)方法的不斷改進(jìn)，使學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)理論與方法、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，并具有數(shù)據(jù)管理和分析的能力：根據(jù)用戶的需求和實(shí)驗(yàn)方案等對(duì)算法設(shè)計(jì)、構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等方面都有一定程度的幫助。另外，2020級(jí)90%以上的學(xué)生認(rèn)為案例庫的建設(shè)不僅對(duì)鞏固本課程的知識(shí)點(diǎn)有幫助，還有助于增強(qiáng)專業(yè)自信心以及對(duì)國家、國際、文化、社會(huì)等方面都有了進(jìn)一步了解和思考。

5結(jié)束語

本文以內(nèi)蒙古民族大學(xué)大數(shù)據(jù)專業(yè)的核心課程——“Python程序設(shè)計(jì)”為例，從課程建設(shè)、教學(xué)實(shí)施和教學(xué)效果等方面進(jìn)行了探究。在優(yōu)化教學(xué)大綱的同時(shí)，通過個(gè)性化分層教學(xué)的方式，開展了教學(xué)活動(dòng)。對(duì)比了2019級(jí)和2020級(jí)學(xué)生的教學(xué)效果，發(fā)現(xiàn)有逐年提升的趨勢(shì)。當(dāng)然，由于內(nèi)蒙古民族大學(xué)大數(shù)據(jù)專業(yè)成立不久，所以僅對(duì)比了近2年的數(shù)據(jù)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，本課程的建設(shè)是一個(gè)不斷優(yōu)化的過程。在現(xiàn)有的教學(xué)經(jīng)歷中也發(fā)現(xiàn)了一些新的問題，如題庫中的資源不夠充足、更新速度不夠快等，還需要相關(guān)教學(xué)團(tuán)隊(duì)不斷完善和優(yōu)化教學(xué)資源及教學(xué)方法。

作者簡(jiǎn)介：

楊玉霞（1985—），博士，講師，研究方向：生物信號(hào)分析與處理、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析。

周玉新（1977—），碩士，副教授，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)。

李艷（1979—），本科，副教授，研究方向：數(shù)據(jù)庫技術(shù)。