數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)程序設(shè)計課程教學(xué)探究

摘要：為了培養(yǎng)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生的程序設(shè)計能力，本文針對數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)設(shè)置現(xiàn)狀，并以“Python程序設(shè)計”課程為教學(xué)案例，介紹了Python編程語言教學(xué)優(yōu)勢，確定了“Python程序設(shè)計”教學(xué)目標(biāo)，制定相應(yīng)的課程教學(xué)方式，并對學(xué)生進行校內(nèi)、校外項目式教學(xué)實踐。希望通過本研究，為相關(guān)人員提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)科學(xué)；大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)；程序設(shè)計課程；教學(xué)實踐

一、引言

數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)作為近年各高校開設(shè)的一門本科專業(yè)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)科學(xué)、信息科學(xué)等基礎(chǔ)知識素養(yǎng)，確保學(xué)生能夠熟練地掌握和應(yīng)用大數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)安全等技術(shù)，使學(xué)生具有較高的科研能力和程序設(shè)計能力，為學(xué)生勝任數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)系統(tǒng)開發(fā)崗位打下基礎(chǔ)[1[。該專業(yè)中，為了提升學(xué)生的程序設(shè)計能力，教師要以“Python程序設(shè)計”為教學(xué)案例，強化對程序設(shè)計課程教學(xué)工作的有效開展。

二、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)設(shè)置現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)科學(xué)在推動現(xiàn)代化社會的快速發(fā)展方面發(fā)揮重要作用，各高校越來越重視對數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)。數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)設(shè)置的課程包含大數(shù)據(jù)計算、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、離散數(shù)學(xué)、大數(shù)據(jù)平臺與應(yīng)用、數(shù)據(jù)可視化等，學(xué)生通過學(xué)習(xí)和掌握這些課程，可以提升他們的編程能力和計算機思維，為培養(yǎng)一大批勝任大數(shù)據(jù)分析師、大數(shù)據(jù)可視化工程師的創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才打下基礎(chǔ)。

三、“Python程序設(shè)計”課程教學(xué)實踐案例分析

（一）Python語言教學(xué)優(yōu)勢

Python語言是運用面向?qū)ο笏枷朐O(shè)計的一種編程語言，具有以下教學(xué)優(yōu)勢：

1.易學(xué)易用，程序框架結(jié)構(gòu)簡單

Python語言具有語法簡單、易理解、易書寫等特點，在某種程度上可以提高學(xué)生書寫代碼的準(zhǔn)確率。Python語言中內(nèi)置IDLE框架，具有跨平臺性，可被多種操作系統(tǒng)直接運行。因此，方便學(xué)生選擇熟悉的操作平臺進行Python程序編寫和運行。另外，Python語言含有字典、元組等多種獨特的數(shù)據(jù)類型，方便學(xué)生熟練運用并解決項目問題。

2.功能強大

Python語言含有多種學(xué)習(xí)拓展包和插件，學(xué)生運用這些拓展包和插件可以直接解決常見的項目問題，提高了程序開發(fā)速度，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)成本。

3.Python語言底層實現(xiàn)原理是借助C和C++語言所編寫的程序代碼，具有擴展性高、更新持續(xù)性強等特點，學(xué)生利用Python語言可以直接調(diào)用編寫好的模塊完成程序設(shè)計，提高程序編寫質(zhì)量和效率。

（二）“Python程序設(shè)計”教學(xué)目標(biāo)

“Python程序設(shè)計”借助Python這一編程語言進行程序編寫、設(shè)計和展示，并運用計算機思維，將Python語言應(yīng)用場景分析和相關(guān)概念講解進行完美融合，旨在提高學(xué)生理論與實踐相結(jié)合能力[2]。該專業(yè)學(xué)生正式進入“Python程序設(shè)計”課程學(xué)習(xí)前，已經(jīng)學(xué)習(xí)并熟練掌握C語言編程知識。所以，學(xué)生學(xué)習(xí)Python語言概念以及程序設(shè)計基礎(chǔ)上，還要分析思考Python語言與C語言之間的異同點以及聯(lián)系。教師根據(jù)學(xué)生的課堂實踐學(xué)習(xí)情況，了解對Python語言基本概念掌握情況，通過引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“Python程序設(shè)計”課程，可以最大限度地提升學(xué)生的計算機思維、編程能力等綜合素養(yǎng)，幫助學(xué)生掌握Python語言學(xué)習(xí)規(guī)律，為學(xué)生學(xué)習(xí)其他編程語言打下基礎(chǔ)。該課程教學(xué)目標(biāo)如下：

1.認知目標(biāo)

要求學(xué)生熟練掌握和應(yīng)用Python語言的概念，學(xué)會根據(jù)實際問題，運用相關(guān)理論知識，設(shè)計和編寫程序，并確定最佳程序設(shè)計方案，從而打造和形成一套系統(tǒng)、完善的Python程序語言知識體系[3]。

2.能力目標(biāo)

“Python程序設(shè)計”課程學(xué)習(xí)旨在培養(yǎng)學(xué)生的計算機思維和思政素質(zhì)。在數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)中，通常設(shè)置“Python程序設(shè)計”這一核心課程，目的是培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計能力、大數(shù)據(jù)分析能力和辦公自動化應(yīng)用能力。同時，要求學(xué)生強化對數(shù)據(jù)分析、人工智能等熱點動態(tài)信息的實時關(guān)注，并收集和整理Python在相關(guān)領(lǐng)域中應(yīng)用案例，從而培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維能力[4]。

3.素養(yǎng)目標(biāo)

“Python程序設(shè)計”課程學(xué)習(xí)目的是培養(yǎng)學(xué)生的計算機思維、工程素養(yǎng)等綜合能力，同時還能幫助學(xué)生樹立家國情懷等思政素養(yǎng)，確保學(xué)生結(jié)合大數(shù)據(jù)分析、人工智能等行業(yè)發(fā)展需求，樹立終身學(xué)習(xí)的理念[5]。

（三）“Python程序設(shè)計”課程教學(xué)方式

在“Python程序設(shè)計”課程中，采用的混合式教學(xué)方式涉及課前，線上平臺工作；課上面對面講解教學(xué)；課后線上總結(jié)三個環(huán)節(jié)。

1.課前，線上平臺有關(guān)工作

在課前學(xué)習(xí)階段，為了提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，教師要提前將錄制好的視頻和優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源發(fā)布到在線教學(xué)平臺中，并為學(xué)生列出課堂需要討論的問題，促使學(xué)生根據(jù)這些問題，選取和下載難度適中的教學(xué)資源進行自主學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握不扎實時，學(xué)生可結(jié)合自身學(xué)習(xí)節(jié)奏，學(xué)習(xí)和掌握Python基礎(chǔ)知識；當(dāng)學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握扎實時，學(xué)生可結(jié)合學(xué)習(xí)興趣，選取和下載多樣化教學(xué)資源進行學(xué)習(xí)，完全符合不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)需求。在問題的驅(qū)動下，學(xué)生可以積極主動地觀看課程，以此培養(yǎng)他們的自主學(xué)習(xí)能力[6]。同時，學(xué)生借助互聯(lián)網(wǎng)，采用線上探討的方式，主動學(xué)習(xí)存在疑惑的知識點。當(dāng)學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中遇到抽象難懂的知識點時，學(xué)生可對視頻進行反復(fù)多次觀看和學(xué)習(xí)，直到所有知識點全部領(lǐng)會、吃透、掌握為止，從而起到因材施教的作用。課前學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，學(xué)生可以結(jié)合他們的學(xué)習(xí)能力，借助在線教學(xué)平臺，獲取和學(xué)習(xí)知識點，避免對教師的過度依賴[7]。

2.課上面對面講解教學(xué)

學(xué)生通過運用在線教學(xué)平臺經(jīng)在線學(xué)習(xí)后，自然會產(chǎn)生很多疑問。課堂學(xué)習(xí)中，學(xué)生帶著這些疑問可以有針對性地聽講，提高學(xué)生課堂聽課質(zhì)量和效率。另外，線下課堂中，教師可以選用具有實用性的，貼近生活的案例，結(jié)合該案例，提出多個問題，讓學(xué)生在這些問題的驅(qū)動下完成小組討論[8]。此外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生利用機房的電腦進行程序編寫，提高他們的編程能力和問題解決能力。在此基礎(chǔ)上，還為學(xué)生提供課堂上面對面答疑和知識點講解，提高學(xué)生對新知識點的理解能力和記憶能力，方便教師對學(xué)生當(dāng)前學(xué)習(xí)情況有一個全面地認識和了解。在以上教學(xué)模式應(yīng)用背景下，可以縮短教師和學(xué)生之間的心靈距離，突出學(xué)生在課堂中的主體地位。

3.課后線上總結(jié)

將學(xué)生全部拉進構(gòu)建好的微信群中，然后向該微信群中傳遞和共享資料，方便學(xué)生自行下載和學(xué)習(xí)課程資料，當(dāng)學(xué)生遇到疑難問題時，可以直接借助微信群向教師求教，便于教師掌握每位學(xué)生當(dāng)前的學(xué)習(xí)情況，進而調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，保證教學(xué)的有效性。當(dāng)線上、線下教學(xué)工作結(jié)束后，教師對教學(xué)內(nèi)容進行系統(tǒng)歸納和整理，并借助在線教學(xué)平臺，發(fā)布和更新相關(guān)專題，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固所學(xué)知識。階段性測試期間，學(xué)生采用在線提交作業(yè)的方式，與其他同學(xué)進行探討。此外，教師結(jié)合學(xué)生當(dāng)前的互動交流情況，對不同學(xué)生進行針對性的輔導(dǎo)，促使教學(xué)工作向個性化、精細化方向不斷發(fā)展。該環(huán)節(jié)中，教師要鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)專業(yè)知識解決Python編程相關(guān)問題，提高學(xué)生編程能力，為后期就業(yè)打下基礎(chǔ)。

（四）項目式教學(xué)實踐

“Python程序設(shè)計”課程實質(zhì)上是培養(yǎng)學(xué)生運用計算機思維解決復(fù)雜、繁瑣事務(wù)的能力。僅借助課堂進行理論知識講解，忽視學(xué)生實踐操作能力培養(yǎng)，會造成學(xué)生無法全面地掌握和理解課程內(nèi)容，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力?，F(xiàn)階段，大部分高校采用教學(xué)實踐方式是讓學(xué)生在固定的時間和地點，完成固定的學(xué)習(xí)實踐任務(wù)，這種教學(xué)實踐方式過于單一落后，只能培養(yǎng)學(xué)生將基礎(chǔ)理論知識與有限情況相結(jié)合的能力。因此，教師要創(chuàng)新和設(shè)計更加科學(xué)合理的教學(xué)實踐方式，為提高學(xué)生的解決問題能力和綜合素養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

1.校內(nèi)項目式教學(xué)實踐

校內(nèi)項目式實踐方式是指將校內(nèi)實踐項目劃分為若干個小項目，采用項目規(guī)劃的方式，引導(dǎo)學(xué)生按照課程規(guī)定要求，完成相應(yīng)的實踐任務(wù)。教學(xué)實踐設(shè)計時，首先教師要結(jié)合掌握的課程理論知識以及企業(yè)項目，采用項目驅(qū)動方式，為學(xué)生提供教學(xué)實踐活動。例如，實施“Python程序設(shè)計”課程教學(xué)實踐時，在課前，教師要根據(jù)前沿技術(shù)和時事新聞，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)情況，設(shè)置相應(yīng)的實踐課程主題，如借助網(wǎng)絡(luò)爬蟲，搜集全球因疫情死亡人數(shù)、治愈人數(shù)，并完成對訪問界面的設(shè)計，方便用戶快速查詢感興趣的數(shù)據(jù)；運用Math庫，在不重疊原始標(biāo)志基礎(chǔ)上，結(jié)合第三十三屆冬奧會，設(shè)計相應(yīng)的會標(biāo)。其次，將所有同學(xué)劃分為多個小組，并指定組長，在組長的制定和安排下，小組成員完成各自負責(zé)的任務(wù)，組合各小組成員的最終完成情況，設(shè)計和實現(xiàn)項目規(guī)定的功能模塊。當(dāng)各小組的項目報告被全部批改完畢后，為每個小組設(shè)計項目進行打分、排名。最后，運用“身份轉(zhuǎn)換課堂”的方式，從功能是否齊全、邏輯性是否強大兩個因素，評選出優(yōu)秀的小組，由優(yōu)秀小組講解項目編程思維，方便其他小組成員的學(xué)習(xí)和模仿，為促使自身編程能力的進一步提升打下基礎(chǔ)。此外，教師要采用批判性思維，幫助學(xué)生指出并改正項目不足的地方，促使學(xué)生作品不斷優(yōu)化和升級。

2.校外的項目式教學(xué)實踐

校外項目教師實踐是指學(xué)生利用教師提供的優(yōu)質(zhì)資源，直接進入企業(yè)中進行實習(xí)。例如，實施“Python程序設(shè)計”課程教學(xué)實踐時，教師可以與相關(guān)企業(yè)建立合作關(guān)系，如應(yīng)用Python語言編寫自動駕駛等領(lǐng)域的企業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生掌握目前的前沿技術(shù)，確保學(xué)生經(jīng)定崗實習(xí)，擁有企業(yè)工作相關(guān)的綜合能力，為他們未來就業(yè)打下基礎(chǔ)。定崗實習(xí)期間，教師引導(dǎo)學(xué)生掌握企業(yè)的規(guī)章制度，如多勞多得的酬金分配方式、上下班按時打卡以及企業(yè)項目實際生產(chǎn)過程和內(nèi)容。同時，還要明確學(xué)生在企業(yè)項目任務(wù)中的角色，為他們清晰規(guī)劃職業(yè)生涯、提高就業(yè)成功率創(chuàng)造條件。

四、結(jié)束語

綜上所述，在數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)中，程序設(shè)計課程作為一門重要的基礎(chǔ)課程，始終貫穿計算機人才培養(yǎng)工作中。而Python程序設(shè)計課程屬于各高校的選用課程，在培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計能力和編程能力方面發(fā)揮著重要作用。因此，教師要結(jié)合Python編程語言特點，確定該課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方式，并對學(xué)生實施校內(nèi)、校外項目式教學(xué)實踐，提高程序設(shè)計課程的教學(xué)實踐效果。

作者單位：孫沖 吉林省經(jīng)濟管理干部學(xué)院

參考文獻

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