Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法
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摘要:當(dāng)下人工智能領(lǐng)域的發(fā)展突飛猛進(jìn)，python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程在高校開(kāi)設(shè)已成為普遍現(xiàn)象，針對(duì)目前Python語(yǔ)言程序理論和實(shí)驗(yàn)課教育教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生動(dòng)手能力不強(qiáng)，學(xué)習(xí)動(dòng)力弱、解決問(wèn)題能力不足等問(wèn)題，提出了一種有效的教育教學(xué)方法，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，更加得心應(yīng)手，學(xué)習(xí)效果更加顯著。
關(guān)鍵詞:python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì);人工智能;教學(xué)方法
1緒論
隨著時(shí)代的迅速發(fā)展、科技的不斷進(jìn)步，人工智能領(lǐng)域逐漸步入人們的日常生活中。隨之進(jìn)入人們視野中的一個(gè)詞“Python”也在流行。Python語(yǔ)言由荷蘭數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)研究學(xué)會(huì)的GuidovanRossum于1990年初設(shè)計(jì)的，它是一種解釋型腳本語(yǔ)言，應(yīng)用極為廣泛［1］。2016年，教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)了《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》，首次將Python語(yǔ)言作為程序設(shè)計(jì)入門(mén)課程的教學(xué)語(yǔ)言［2］。2018年3月起，教育部將Python語(yǔ)言列入全計(jì)算機(jī)等級(jí)考試科目中，在計(jì)算機(jī)二級(jí)考試中也加入了“Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”［3］。同時(shí)，從2021年2月份的TIOBE語(yǔ)言排榜中可以看出，Python語(yǔ)言僅次于C語(yǔ)言和Java語(yǔ)言排在第三的位置，表示Python語(yǔ)言最近這幾年的發(fā)展也是非?？捎^的。近幾年，在本科教育教學(xué)過(guò)程中，大多數(shù)中職及高等院校將Python程序設(shè)計(jì)這門(mén)課程納入計(jì)算機(jī)專業(yè)的必修課程中。也有一些院校將Python程序程序設(shè)計(jì)這門(mén)課程作為公共基礎(chǔ)課，在校內(nèi)開(kāi)展教學(xué)。Python語(yǔ)言有如此大的發(fā)展，離不開(kāi)Python語(yǔ)言本身的優(yōu)勢(shì)，以及它優(yōu)越的性能。Python程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是一種面向?qū)ο?、有很?qiáng)擴(kuò)展性的解釋型語(yǔ)言［4］，Python語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，同時(shí)它是免費(fèi)開(kāi)源的，它的每一個(gè)模塊和庫(kù)都是開(kāi)源的，并且代碼都可以在網(wǎng)上找到［5］。它有很強(qiáng)的可移植性，Python程序編寫(xiě)完成后，無(wú)須修改就可以在Windows、Linux等操作系統(tǒng)中執(zhí)行，另外，它也有非常豐富的第三方庫(kù)，如用于數(shù)據(jù)分析的NumPy、pandas和matplotlib庫(kù)等。除了Python語(yǔ)言本身特點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)外，它還有眾多的應(yīng)用領(lǐng)域。比如用于圖形圖像處理、自然語(yǔ)言處理、web程序開(kāi)發(fā)、科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)分析等。
2Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問(wèn)題
2．1理論課教學(xué)中存在的問(wèn)題
傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)課程大多在理論課教室上課，實(shí)驗(yàn)課在機(jī)房上課，這種上課模式在學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，相對(duì)來(lái)說(shuō)較為枯燥。因?yàn)樵诰幊陶Z(yǔ)言類課堂上，學(xué)生只在聽(tīng)而得不到實(shí)踐，偶爾老師會(huì)在講臺(tái)上對(duì)程序進(jìn)行演示、分析。以本校為例，學(xué)生也只是在看著老師在講臺(tái)上進(jìn)行演示，加之上課之前所有的程序都在課前準(zhǔn)備好的，一般都不會(huì)造成運(yùn)行錯(cuò)誤等問(wèn)題。即使哪一部分代碼出錯(cuò)，造成運(yùn)行失敗，老師一般會(huì)做出更改，以讓學(xué)生看到正確的程序。對(duì)學(xué)生而言，學(xué)生看到的只是Python語(yǔ)言程序和程序的運(yùn)行結(jié)果，對(duì)部分基礎(chǔ)較好的同學(xué)而言，這種學(xué)習(xí)方式是可以肯定的，但對(duì)于基礎(chǔ)較弱的同學(xué)而言，這種授課方式可能一時(shí)間接受度還比較低。加之計(jì)算機(jī)語(yǔ)言類的課程有些同學(xué)入門(mén)比較困難。在此之前做過(guò)一次調(diào)查問(wèn)卷，共發(fā)下問(wèn)卷108份，收回問(wèn)卷94份。當(dāng)問(wèn)及關(guān)于學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力弱的原因時(shí)，有62.77%的同學(xué)認(rèn)為思路少，無(wú)從下手;22．34%的同學(xué)認(rèn)為難度較大，同時(shí)另外分別有7．45%的同學(xué)不感興趣和屢試屢錯(cuò)，沒(méi)有成就感，如圖1所示。在課程教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生大多數(shù)都依賴于上課所用教材，對(duì)于課后理論內(nèi)容的學(xué)習(xí)素材，經(jīng)過(guò)問(wèn)卷調(diào)查顯示，有54．26%的同學(xué)選擇網(wǎng)絡(luò)資源，課后還用理論教材學(xué)習(xí)的同學(xué)占40．43%，另外分別有2%的同學(xué)沒(méi)有課后學(xué)習(xí)素材或購(gòu)買(mǎi)、借用輔導(dǎo)資料，此外還有1．06%的同學(xué)選擇其他，如圖2所示，通過(guò)這個(gè)選項(xiàng)，可以看出，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，將近有一半的同學(xué)課后還是依賴于課本內(nèi)容的學(xué)習(xí)，缺乏課外自主探究學(xué)習(xí)。此外，調(diào)查問(wèn)卷還顯示，當(dāng)問(wèn)及學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度屬于哪一種時(shí)，有47．87%的同學(xué)態(tài)度屬于一般，分別有14．89%和6．38%的同學(xué)屬于不太積極和無(wú)學(xué)習(xí)意愿，另外有25．53%的同學(xué)比較積極，僅有5．32%的同學(xué)選擇十分積極，如圖3所示。相比較而言，學(xué)習(xí)對(duì)于課程內(nèi)容學(xué)習(xí)態(tài)度也是影響學(xué)習(xí)效果的一個(gè)方面因素。
2．2實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中存在的問(wèn)題
專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)大多是在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室完成，教學(xué)模式多為以學(xué)生練習(xí)為主，指導(dǎo)教師講解為輔的方式，可以概括成“思考—操作—(老師)講解”這種方式，以本校為例，普遍的現(xiàn)象是實(shí)驗(yàn)課在上課之前把每節(jié)實(shí)驗(yàn)課所講的部分，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)發(fā)給大家，學(xué)生在看到實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)后，對(duì)本節(jié)實(shí)驗(yàn)課要操作的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行思考，以找解決的方式方法，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，然后實(shí)驗(yàn)課指導(dǎo)教師把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容做一個(gè)完整的講解，同學(xué)們?cè)诼?tīng)完指導(dǎo)老師講解之后完成本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。然而，這種做法也有一定的局限性，對(duì)于基礎(chǔ)較好的同學(xué)而言，無(wú)疑是一種好的教學(xué)模式，但對(duì)于基礎(chǔ)較弱的同學(xué)而言，和正常課堂教學(xué)模式幾乎沒(méi)有差別，還會(huì)有些問(wèn)題模糊，不清楚如何做，還會(huì)像往常一樣，跟著老師的步驟操作，有些甚至直接把老師講過(guò)的代碼直接復(fù)制粘貼到實(shí)驗(yàn)報(bào)告當(dāng)中，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)課教學(xué)應(yīng)有的教學(xué)效果。和2．1中提到的調(diào)查問(wèn)卷相同，當(dāng)問(wèn)及學(xué)生在上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)(多選)，希望上機(jī)指導(dǎo)教師應(yīng)用做些什么時(shí)，有61．7%的學(xué)生希望老師對(duì)每道題詳細(xì)講解，帶領(lǐng)大家一步一步完成項(xiàng)目，有47．87%選擇只講每道題的思路和難點(diǎn)，主要讓學(xué)生自己自我實(shí)踐，有48．94%選擇把題目思路形成文字發(fā)給大家，學(xué)生查閱資料獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，老師解惑答疑;有35．11%的同學(xué)選擇對(duì)題目分小組進(jìn)行討論，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最好是老師講解點(diǎn)評(píng)。如圖4所示。從調(diào)查結(jié)果看，大部分同學(xué)希望老師能對(duì)每道題做詳細(xì)講解。
3解決方案
3．1理論課教學(xué)解決方案
針對(duì)以上存在的問(wèn)題，理論課教學(xué)遇到的問(wèn)題可以通過(guò)以下方法進(jìn)行解決。(1)課前。首先課前把要講授的內(nèi)容大綱在課前給同學(xué)們整理好發(fā)下去，讓大家自主看一下上課所要講授的內(nèi)容，在內(nèi)容上有個(gè)整體的概念。這樣在學(xué)習(xí)起來(lái)會(huì)更加有側(cè)重點(diǎn)，同時(shí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)之前也可以把不清楚的問(wèn)題先記下來(lái)，等到上課的時(shí)候把大家提交上來(lái)的問(wèn)題起探討學(xué)習(xí)，同時(shí)布置相關(guān)的練習(xí)來(lái)滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。(2)課中。課中講解的時(shí)候，采用內(nèi)容類似比較的方式進(jìn)行講解，如在講解Python中關(guān)于序列數(shù)據(jù)類型中的元組和列表部分內(nèi)容時(shí)，首先在介紹完元組的定義及特點(diǎn)之后可以再列舉列表的定義及特點(diǎn)，并分別舉例子進(jìn)行說(shuō)明比較。然后再介紹元組和列表的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。例如，以江紅等編著的教材《Python程序設(shè)計(jì)與算法基礎(chǔ)教程》第二版［6］第五章序列數(shù)據(jù)類型為基礎(chǔ)，講解元組和列表。首先，把本節(jié)課要講的章節(jié)大綱提前發(fā)給大家，讓同學(xué)們有足夠的時(shí)間來(lái)預(yù)習(xí)本節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容，在上課時(shí)，首先，給出兩個(gè)例子，(1，2，3)和［1，2，3］，讓同學(xué)們回答一下兩者的區(qū)別，分別從表面和具體的內(nèi)容上做出解釋。然后給出書(shū)面上元組的定義，它是一組有序序列，包含零個(gè)或多個(gè)對(duì)象引用［6］。它是不可變的對(duì)象，它的基本形式為x1，［x2，…，xn］或者(x1，［x2，…，xn］)，其中x1，x2，…，xn為任意對(duì)象。接著，介紹列表的定義，它是一組有序序列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)列表是可變的，可以刪除、修改、添加、查看列表中的元素，它的基本形式為［x1，［，x2，…，xn］］。對(duì)比上面兩個(gè)例子可知，其中(1，2，3)所表示的是元組，而［1，2，3］表示的是列表。由于它們分別是不可變對(duì)象和可變對(duì)象，因此對(duì)它們分別進(jìn)行添加修改或刪除操作，來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。再探討元組和列表的共性，都可以進(jìn)行索引訪問(wèn)、切片等操作，并用實(shí)例進(jìn)行演示。然后對(duì)列表的特性作細(xì)致的講解，如列表解析表達(dá)式及列表包含的方法，列表解析表達(dá)式需將基礎(chǔ)的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，實(shí)踐操作做講解，再舉例說(shuō)明列表解析表達(dá)式的用法，最后給同學(xué)們出一個(gè)練習(xí)題以鞏固加強(qiáng)所學(xué)內(nèi)容即可。列表包含的方法如append()方法、extend()方法、clear()方法、remove()方法、pop()方法、insert()方法等，再分別對(duì)append()和extend()及pop()、remove()做比較而得出各方法的用法，如pop()方法和remove()方法都是列表中用于移除元素的方法，pop()中如果含有索引下標(biāo)數(shù)字，它的作用是用于刪除并返回該元素所處在位置的下標(biāo)，如果pop()中省略索引下標(biāo)，默認(rèn)是刪除最后一個(gè)對(duì)象，而remove(x)方法則是移除列表中第一次出現(xiàn)的x，若對(duì)象不存在，則會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)ValueError。同時(shí)，以append()和extend()方法做對(duì)比舉例，如表1所示。最后再對(duì)元組列表的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。如表2所示:(3)課后。課后除布置相關(guān)的課后作業(yè)外，分小組讓同學(xué)們完成相應(yīng)的程序小游戲，如數(shù)字猜猜猜游戲、計(jì)算器小游戲、五子棋、人物拼圖等游戲讓同學(xué)們練習(xí)以增強(qiáng)同學(xué)們的實(shí)戰(zhàn)操作能力。把教材中出現(xiàn)的常見(jiàn)錯(cuò)誤示例報(bào)錯(cuò)整理成結(jié)構(gòu)合理的文檔發(fā)給同學(xué)們，以便同學(xué)們學(xué)習(xí)。給同學(xué)們找一些好的學(xué)習(xí)資源讓同學(xué)們自主探究學(xué)習(xí)，如中國(guó)大學(xué)MOOC學(xué)習(xí)平臺(tái)、超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)、慕課平臺(tái)等，網(wǎng)上免費(fèi)的學(xué)習(xí)資源還是相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較充足的，基本上都能找到與所學(xué)內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。此外，筆者也在超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)上傳了Python程序設(shè)計(jì)課程的視頻資源和學(xué)習(xí)資料，以供同學(xué)們學(xué)習(xí)。(4)課外。課外在學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，要通過(guò)一定的實(shí)際操作演練才能把學(xué)到的知識(shí)加以運(yùn)用，以體現(xiàn)學(xué)習(xí)知識(shí)的價(jià)值。另外，經(jīng)常組織同學(xué)們參加比賽，如“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、中國(guó)大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)大學(xué)生統(tǒng)計(jì)建模大賽、全國(guó)大學(xué)生電子商務(wù)三創(chuàng)挑戰(zhàn)賽、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽等一系列競(jìng)賽以提高學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用及專業(yè)技能。
3．2實(shí)驗(yàn)課教學(xué)解決方案
實(shí)驗(yàn)課上機(jī)也是教育教學(xué)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它是理論課上教師對(duì)教材知識(shí)點(diǎn)的講解的實(shí)踐，有個(gè)理論指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)才能順利進(jìn)行，因此，實(shí)驗(yàn)課在教學(xué)中不僅僅是教同學(xué)們解題的思路和讓同學(xué)們上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)，更重要的是讓同學(xué)們掌握良好的學(xué)習(xí)方法。針對(duì)實(shí)驗(yàn)課中存在的問(wèn)題，提出“預(yù)(復(fù))習(xí)—思考—操作—(教師)講解思路—再思考—再聽(tīng)講—反思”的解決方法，得到了較好的教學(xué)效果。預(yù)(復(fù))習(xí)就是在實(shí)驗(yàn)課前把要講的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)提前發(fā)給同學(xué)們讓他們知道本節(jié)實(shí)驗(yàn)課要做哪些內(nèi)容，以及做到對(duì)某些知識(shí)的鞏固;思考也就是說(shuō)在知道做某一部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之后思考一下，這部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和書(shū)上的哪些知識(shí)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，以及如何運(yùn)用教材上的知識(shí)解決實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;下一步操作是經(jīng)過(guò)思考之后把想法轉(zhuǎn)變成實(shí)際的一種做法，當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有個(gè)想法之后，便會(huì)實(shí)際操作來(lái)解決問(wèn)題，在進(jìn)行代碼編寫(xiě)、查看教材中的內(nèi)容沒(méi)有得不到解時(shí)，換一種思路，試試能否行得通;然后是教師講解解題思路，針對(duì)每節(jié)課的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)思路做講解，此時(shí)不編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)代碼，只提供解題思路。如果在上一步有疑惑的同學(xué)就會(huì)按照新的思路來(lái)解決問(wèn)題，進(jìn)一步鞏固了知識(shí)點(diǎn)，開(kāi)闊了同學(xué)們的視野，當(dāng)聽(tīng)過(guò)老師講解的解題思路后，學(xué)生再做進(jìn)一步的思考;然后學(xué)生再思考、考慮老師的解題思路和自己做的時(shí)候解題思路的差異，對(duì)比差異，了解不足，以完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;接著是再聽(tīng)講，在這一步，老師對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容做細(xì)致的講解，對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都做精講，同時(shí)把實(shí)驗(yàn)代碼的實(shí)現(xiàn)思路也給同學(xué)們講解清楚，當(dāng)同學(xué)們有疑問(wèn)時(shí)，可以隨時(shí)進(jìn)行提問(wèn)，并給同學(xué)們認(rèn)真解答所遇到的疑惑;最后就是反思，也就是同學(xué)們對(duì)未做出來(lái)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、老師講解后做出來(lái)的以及老師未講就做出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的反思，問(wèn)題已經(jīng)解決的同學(xué)可以反思一下有沒(méi)有其他解決問(wèn)題的方法，其他同學(xué)考慮為什么當(dāng)時(shí)沒(méi)有這么想，或者按照老師的思路去想未做出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的原因，之后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。筆者使用這種實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)模式經(jīng)試用也取得了一定成效。
4結(jié)語(yǔ)
Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)方法的最終目的就是讓同學(xué)們?cè)趯W(xué)校能夠?qū)W得知識(shí)的同時(shí)，感受到程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的魅力，并在以后的應(yīng)用過(guò)程中，能夠靈活運(yùn)用。因此，本文所探究的Python程序設(shè)計(jì)教學(xué)方法在理論課教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過(guò)程中都有涉及，在一定程度上為Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)起到了積極的作用，使學(xué)生的學(xué)習(xí)效果更加顯著。
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作者：段亞西 徐成振 魏凌華 高艷玲 單位：淮北師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院