魯月林 汪爽 史晨陽 劉永明 趙轉(zhuǎn)哲 劉志博

摘??要：Python語言程序設(shè)計(jì)是智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的編程基礎(chǔ)課程，對(duì)該專業(yè)后續(xù)實(shí)踐課程的實(shí)施具有重要作用。為了提升Python課程的質(zhì)量，從專業(yè)對(duì)人才素質(zhì)的需求角度出發(fā)，對(duì)Python課程教學(xué)提出了改進(jìn)措施，包括提升教師編程技能與課程理解、建立層次分明的課堂教學(xué)體系、構(gòu)建以學(xué)生為中心的實(shí)踐教學(xué)體系以及建立Python課程與學(xué)科競(jìng)賽的鏈接。通過課程的不斷改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)質(zhì)量的提升。

關(guān)鍵詞：Python?語言;智能科學(xué)與技術(shù);教學(xué)方案;實(shí)踐能力

1概述

智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是契合人工智能時(shí)代人才能力需求的專業(yè)，該專業(yè)融合了人工智能、計(jì)算機(jī)、控制、傳感、通訊等眾多學(xué)科領(lǐng)域[1-2]，學(xué)生就業(yè)主要面向信息技術(shù)、先進(jìn)制造類企事業(yè)單位。安徽工程大學(xué)人工智能學(xué)院為了應(yīng)對(duì)社會(huì)與企業(yè)對(duì)信息化、智能化人才的需求，積極培養(yǎng)學(xué)生通過編程解決實(shí)際問題的能力。由于Python語言具有簡(jiǎn)單易懂、易于學(xué)習(xí)，以及包含豐富的第三方庫(kù)和工具[1]特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如Web開發(fā)、數(shù)據(jù)科學(xué)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等[3-4]。智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在低年級(jí)開設(shè)《Python語言程序設(shè)計(jì)》課程，該課程的先修課有《C語言程序設(shè)計(jì)》、《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)》等，其教學(xué)內(nèi)容主要包括基礎(chǔ)語法、庫(kù)的使用、面向?qū)ο蠡A(chǔ)知識(shí)等。學(xué)生在Python課程中所掌握的編程技能是該專業(yè)后續(xù)課程如《機(jī)器學(xué)習(xí)》、《自然語言處理》、《ROS機(jī)器人開發(fā)》等課程的基礎(chǔ)，也是學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)工作的重要技能。通過Python語言的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，可以有效提升智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的計(jì)算思維、算法思維和以及解決工程問題的能力[5-6]。

本課程除了要求學(xué)生熟練使用Python以外，還要求學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)有一定理解，為以后更深入的學(xué)習(xí)和實(shí)踐打下基礎(chǔ)，支撐專業(yè)學(xué)習(xí)成果中相應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成。預(yù)期達(dá)到的課程目標(biāo)包括如下3個(gè)方面。（1）知識(shí)目標(biāo)：掌握python語言的基本語法，模塊化設(shè)計(jì)方法；（2）?能力目標(biāo)：熟練使用python進(jìn)行編程；（3）育人目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知負(fù)責(zé)、踏實(shí)敬業(yè)的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、一絲不茍的工作作風(fēng)，以及嚴(yán)格遵守各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的習(xí)慣和良好的行為習(xí)慣。安徽工程大學(xué)人工智能學(xué)院在開設(shè)Python語言程序設(shè)計(jì)課程過程中，發(fā)現(xiàn)了存在一些亟需克服的問題。

2?Python課程存在的問題

1.教師實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏

大多數(shù)Python課程的教師僅有C語言或Matlab的教學(xué)與開發(fā)經(jīng)歷。C語言教學(xué)重點(diǎn)在于教會(huì)學(xué)生基本語法以及基本的程序設(shè)計(jì)邏輯結(jié)構(gòu)。而Python語言作為一種高級(jí)解釋性語言，其教學(xué)中更需側(cè)重Python語言的應(yīng)用。由于兩種語言存在差異，如果教師不系統(tǒng)性地學(xué)習(xí)與實(shí)踐Python語言的具體應(yīng)用，難以應(yīng)對(duì)教學(xué)要求以及學(xué)生對(duì)深入學(xué)習(xí)Python課程的需求。

2.學(xué)生計(jì)算機(jī)與編程基礎(chǔ)薄弱

一些學(xué)生對(duì)C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等相關(guān)的基礎(chǔ)支撐課程掌握不牢固，且自身編程思維的構(gòu)建不夠完善。在學(xué)習(xí)Python編程時(shí)，容易將多種語言混淆，面對(duì)編程項(xiàng)目無法入手。一部分學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)和操作掌握不足，甚至存在學(xué)生無法正確安裝Python語言解釋器及相關(guān)集成開發(fā)環(huán)境的情況。

3.實(shí)踐環(huán)節(jié)綜合性有待加強(qiáng)

目前安徽工程大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的Python語言程序設(shè)計(jì)課程總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，其中理論課時(shí)32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)16學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程穿插在理論學(xué)時(shí)之中，每次實(shí)驗(yàn)為結(jié)束一個(gè)章節(jié)后，對(duì)本章知識(shí)點(diǎn)的實(shí)踐訓(xùn)練?？梢钥闯觯壳霸撜n程的實(shí)踐教學(xué)一直僅是理論知識(shí)的鞏固與延伸，無法綜合性地培養(yǎng)學(xué)生的編程能力與編程思維，也無法實(shí)施更接近真實(shí)案例的編程訓(xùn)練，在能力培養(yǎng)上與社會(huì)與企業(yè)的實(shí)際需求之間存在一定的差距。

3?Python課程教學(xué)改進(jìn)措施

1.提升教師編程技能與課程理解

鼓勵(lì)教師參加行業(yè)研討會(huì)和培訓(xùn)課程，以保持與最新技術(shù)趨勢(shì)的接軌。要求Python課程教師進(jìn)入各行業(yè)調(diào)研Python應(yīng)用實(shí)際需求，關(guān)注最新的技術(shù)和趨勢(shì)，不斷更新和優(yōu)化實(shí)踐項(xiàng)目?jī)?nèi)容，以滿足社會(huì)對(duì)學(xué)生的技能需求。同時(shí)，邀請(qǐng)計(jì)算機(jī)行業(yè)從業(yè)專家進(jìn)入校園，進(jìn)入課堂給教師的課程做指導(dǎo)，也為學(xué)生講解工程應(yīng)用的編程思路。

2.建立層次分明的課堂教學(xué)體系

《Python語言程序設(shè)計(jì)》課程不是一門純理論課程，該課程需要學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用到編程實(shí)踐中，并且能夠融合其他課程所學(xué)專業(yè)知識(shí)，構(gòu)建實(shí)際工程項(xiàng)目。因此該課程的教學(xué)知識(shí)體系應(yīng)該具有層次性、引導(dǎo)性和實(shí)踐性，由Python的基礎(chǔ)語法入手，培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，使學(xué)生建立編程自信心。再通過一些案例逐漸引導(dǎo)出高階語法，最后教授學(xué)生使用常用的第三方庫(kù)以及進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)踐。因此整個(gè)課程體系為：1.Python編程基礎(chǔ)語法，包括Python語言基礎(chǔ)、控制流程、函數(shù)等基礎(chǔ)概念和語法。2.?Python編程高階語法，包括列表、字典、面向?qū)ο缶幊痰葍?nèi)容。3.常用Python第三方庫(kù)包括NumPy、Pandas、Matplotlib等數(shù)據(jù)科學(xué)和數(shù)據(jù)可視化庫(kù)的使用。

3.構(gòu)建以學(xué)生為中心的實(shí)踐教學(xué)體系

Python語言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置應(yīng)該充分考慮學(xué)生的編程能力，設(shè)計(jì)一些生動(dòng)有趣、具有實(shí)操性的編程項(xiàng)目，將理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生通過實(shí)際編程和項(xiàng)目開發(fā)來提高他們的編程水平和解決問題的能力。在Python實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，要真正貫徹以學(xué)生為中心的理念。教師給予學(xué)生所需的基礎(chǔ)資料、文檔和指南，項(xiàng)目的具體實(shí)施由學(xué)生用用所學(xué)知識(shí)，自行完成。學(xué)生在遇到問題的過程中，教師給予指示性幫助，堅(jiān)決杜絕類似于直接給答案或者是由教師上手，學(xué)生旁觀的情況發(fā)生。

除了布置單獨(dú)完成的項(xiàng)目以外，實(shí)踐課程后期還布置一些工程量大、需要多認(rèn)合作的項(xiàng)目，讓學(xué)生一起合作完成，以便他們了解團(tuán)隊(duì)合作的重要性。學(xué)生在多人協(xié)同編程過程中，可以熟悉程序的版本控制、任務(wù)分配、代碼審查等實(shí)際工程項(xiàng)目所需要的流程。教師在這過程中需要實(shí)時(shí)了解他們的進(jìn)展、成功和需要改進(jìn)的地方。表1為Python項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)中的一些案例，圖1為猜數(shù)字游戲編程中，學(xué)生使用Python語言及PyQT庫(kù)所完成的可視化界面。

總之，Python課程教學(xué)應(yīng)該注重理論和實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生掌握Python編程的基礎(chǔ)知識(shí)和技能，并能夠應(yīng)用到各種領(lǐng)域和場(chǎng)景中去。需要注重學(xué)生的參與度和自主性，使學(xué)生能夠在實(shí)踐中學(xué)習(xí)并取得進(jìn)展，同時(shí)也需要教師提供指導(dǎo)和反饋，幫助學(xué)生理解和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生看問題的全局性、面對(duì)問題時(shí)的創(chuàng)新性等。

4.建立Python課程與學(xué)科競(jìng)賽的鏈接

大學(xué)階段的學(xué)科競(jìng)賽是培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型、研究型人才的重要路徑，學(xué)生可以在學(xué)科競(jìng)賽中開闊自己的視野，增加對(duì)學(xué)科的認(rèn)識(shí)，提升實(shí)踐能力，有助于在找工作、考研復(fù)試中脫穎而出。大多數(shù)學(xué)科競(jìng)賽需要學(xué)生綜合多學(xué)科知識(shí)，分析問題，通過實(shí)際動(dòng)手完成競(jìng)賽任務(wù)。Python在數(shù)據(jù)科學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用，許多涉及到數(shù)據(jù)分析或機(jī)器學(xué)習(xí)任務(wù)的競(jìng)賽必須要使用Python才能完成任務(wù)。智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生可以參加的競(jìng)賽，如“中國(guó)機(jī)器人與人工智能競(jìng)賽”“全國(guó)高校計(jì)算機(jī)能力挑戰(zhàn)賽”等均需要學(xué)生進(jìn)行Python編程。

教師在Python課程中，應(yīng)該有意地向?qū)W生介紹這些與課程相關(guān)的比賽，鼓勵(lì)學(xué)有余力、對(duì)比賽有興趣的同學(xué)積極參與學(xué)科競(jìng)賽。在Python課程中引入數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)建模、深度學(xué)習(xí)建模等競(jìng)賽中常用的知識(shí)點(diǎn)，分享與競(jìng)賽相關(guān)的在線資源、書籍和工具，幫助學(xué)生深入學(xué)習(xí)和準(zhǔn)備。

結(jié)語

經(jīng)過為期一年的Python課程改進(jìn)，該課程的教學(xué)效果有了明顯提升。首先，學(xué)生積極性得到了增強(qiáng)，表現(xiàn)為課堂出勤率、在線討論參與率提升。通過對(duì)比前后幾個(gè)學(xué)期的期末成績(jī)與計(jì)算機(jī)二級(jí)的Python科目通過率，發(fā)現(xiàn)成績(jī)和通過率均有所提升。同時(shí)學(xué)生將課程所學(xué)知識(shí)積極應(yīng)用于學(xué)科競(jìng)賽與實(shí)習(xí)工作中。該專業(yè)學(xué)生在“中國(guó)機(jī)器人與人工智能大賽”、“安徽省大數(shù)據(jù)與人工智能競(jìng)賽”、“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽”“藍(lán)橋杯程序設(shè)計(jì)大賽”等競(jìng)賽中榮獲佳績(jī)，?累計(jì)獲得一等獎(jiǎng)?3次，?二等獎(jiǎng)?7?次，?三等獎(jiǎng)?9?次。在學(xué)生實(shí)習(xí)過程中，用人單位對(duì)這些參加了競(jìng)賽的學(xué)生也給予了更高的評(píng)價(jià)，認(rèn)為他們能夠更加適應(yīng)企業(yè)的工作。可見，通過教師在Python課程教學(xué)中的不斷改進(jìn)該，課程對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)結(jié)果實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和育人目標(biāo)。

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作者簡(jiǎn)介：魯月林（1992—?），男，漢族，安徽銅陵人，博士研究生，講師，研究方向：光電信息處理、計(jì)算機(jī)視覺、智能傳感。