非計算機類Python編程教學設計研究
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摘要：針對非計算機專業編程語言公選課教學問題，文章分析了python語言作為其優先選擇的原因，并針對非計算機專業學生特點結合Python語言特點重點從教學內容、教學方法方面進行了設計與探討，提出了“分方向的理論與實踐指導”的教學設計，有助于全面提升教學質量，使學生有機會掌握一門終身受用的程序設計語言。
Python是一門免費、開源的跨平臺高級動態編程語言，可以處理系統運維、圖形處理、數據庫編程、多媒體編程、軟件分析、Web編程、科學計算與可視化、機器學習、人工智能等，擁有眾多狂熱的支持者，使得各個領域的人員能快速實現和驗證自己的思路與創意。Python早就廣泛應用到企業之中，早在2004年，Google便已決心在快速開發方面使用Python。近日，IEEESpectrum了第四屆頂級編程語言交互排行榜。因為有各種不同語言的排行，所以IEEESpectrum依據不同的變量對流行度進行了排行。Python擊敗Java，C，C++等語言，躍居編程語言交互排行榜第一名。非計算機專業學習編程的目的并非為了培養專業的編程開發人員，而是一方面為了鍛煉學生邏輯思維、扎實的問題分析能力；另一方面為了方便學生在各個領域進行研究實踐。Python語言的優勢在于資源豐富，擁有堅實的數值算法、圖標和數據處理基礎設施，建立了非常良好的生態環境，吸引了大批科學家以及各領域的專家使用。這也是非計算機專業學生學習Python編程的必要性。
1編程語言的學習對非計算機專業的重要性
1.1程序設計基礎在非計算機專業開設情況
我國大學針對非計算機專業開設的程序設計基礎課程，使用C語言作為基礎語言的較多。C語言作為程序設計基礎語言，能夠讓學生明白程序運行原理，計算機各個部件如何交互，程序在內存中是怎樣的狀態以及操作系統與程序有怎樣的關系。但是對于非計算機專業學生來說，C語言語法復雜，調試程序困難，學生缺少對計算機體系的整體認識，也無需了解計算機底層知識，后續工作很難使用C語言來解決問題，所以并不適合教授給沒有任何計算機認知背景的非計算機專業學生。Java語言也是部分高校面向全校開設的程序設計基礎編程公選課，是一門面向對象的編程語言，具有簡單性、分布式、健壯性、可移植性、平臺獨立、動態性等特點。Java語言廣泛應用在Android應用、金融業應用的服務器程序、網站、嵌入式領域、大數據技術和科學應用等領域。但是對于非計算機專業學生而言，Java語言學習成本比較高，工作后的應用場景較少，語言本身重點關注代碼復用性和可移植性，這些特點說明Java并不適用于非計算機專業學生[1]。
1.2非計算機專業選擇Python的原因
Python語言由荷蘭人GuidovanRossum于1989年發明，第一個公開發行版發行于1991年，已經有28年的歷史。Python在設計上堅持了清晰劃一的風格，這使得其成為一門易讀、易維護，并且被大量用戶所歡迎的、用途廣泛的語言。Python的設計哲學是“優雅”“明確”“簡單”，具有豐富和強大的庫[2]。Python語言是最接近自然語言的編程語言，代碼簡潔高效，對于沒有編程經驗的學生來說較易上手，學生無需糾結語法和程序編寫方式，而是更快的抽象問題并提出解決方案，這樣更容易激發學生的學習熱情。非計算機專業涉及范圍較廣，Python所能完成的工作也非常廣泛，除了Web編程、圖形處理、計算機視覺、軟件分析、物聯網管理、科學計算與可視化等領域，一些意想不到的領域Python也能涉及。例如Python也能夠用于電影視覺特效的制作，其中就包括了《星球大戰》某些電影特效的制作，從集體渲染到批量處理再到影片合成，Python將所有步驟都緊密黏合在了一起。2017年，“人工智能”首次被列入政府工作報告，Python也借助人工智能（ArtificialIntelligence，AI）和數據科學，攀爬到了編程語言生態鏈的頂級位置。隨著AI應用的發展，數百萬之眾的教師、公司職員、工程師、翻譯、編輯、醫生、銷售、管理者和公務員將裹挾著各自領域中的行業知識和數據資源，涌入Python和AI大潮之中，深刻地改變整個IT，或者說數據科技（DataTechnology，DT）產業的整體格局和面貌。
2非計算機專業Python編程教學設計
對于非計算機專業學生，學習編程語言是很有挑戰性的，學生專業不同，思維方式也不相同。為了引發學生學習興趣，達到較好的教學效果，教師要轉變課堂上的角色，讓學生成為課堂的主角[3]。針對該課程和學生特點，提出“分方向的理論與實踐指導”，學生可以有重點、有目標地進行學習。
2.1教學目標
計算機編程延伸到非計算機專業，對學生的掌握計算機理論知識和實踐技能要求較高。“程序設計基礎”作為入門課程，除了教授學生一門編程語言的概念、語法及使用，還要教會學生編程思想、分析問題和解決問題的能力。
2.2教學內容
非計算機專業Python編程教學涵蓋的基本內容包括：基礎知識、Python序列、流程控制語句、函數、面向對象程序設計等。后續應當著重針對學生的學習方向或者興趣點，有針對性地講解Python的標準庫和擴展庫，并以案例或者項目的形式展現Python在各個領域中的應用。通常，不同學校的公選課的學時不同，32學時或者48學時。無論多少，學生都無法只利用上課時間達到最佳的學習效果，所以課下的自主學習尤為重要。在學習每個知識點后，教師安排部分課下自主學習的內容，以幫助學生更充分地掌握所學內容，并安排大量與實際工作學習相關案例。
2.3教學方法
除了講授法、案例法等傳統教學方法，教師應當充分分析學生特點，并時刻觀察學生的反應。教師在引入新概念、新理論時要以學生學習或者生活中熟悉的內容為切入點，自然并具有邏輯性，能夠解決問題，引發學習積極思考問題。實踐是編程語言學習必不可少的過程，通過實踐夯實理論知識，并親自動手操作解決實際問題。教師應當分專業引導學生參與課題或項目中的部分模塊，給學生創造更多機會去實踐，學生完成課題或項目后，充分體驗到編程的樂趣，從而更好地激發學生學習興趣。
2.4拓展學生視野
由于學生專業不同，教師應當充分備課，了解Python在各個領域中的突出應用，并學習相關領域中的應用背景與相關知識。如果能將所學知識帶入實際情境中，學生用于解決工作和學習中遇到的各類非通用計算問題，理解并實踐計算思維[3]。在拓展學生視野的過程中同時增進了教與學的相互促進，教師與學生都積極參與到教與學的互動中，提升了教學效果。隨著互聯網與傳統行業深度融合以及人工智能的火熱，前沿性、基礎性、交叉性的學科研究越來越多，有利于培養學生的創新意識和開拓精神。
3結語
身為教育工作者，從教與學的理論上思考編程語言公選課的教學問題。筆者認為，“分方向的理論與實踐指導”能夠培養學生基于自身學習、研究方向，學好用活書本知識，更重要的是與實踐應用相聯系，有利于培養學生的創新能力、探究精神和創新思維能力。本文提出了面向非計算機專業學生開設Python編程教學入門的必要性，并針對該編程語言特點闡述了“分方向的理論與實踐指導”的教學設計，這是編程公選課教學適應高素質人才培養要求的一種嘗試。只有在教學過程中，聯系本校學生實際情況，不斷創新、改革，才能使教學設計達到更好的效果，為社會培養真正有用的人才。
[參考文獻]
[1]王立翔.基于計算思維的python語言課程教學改革芻議[J].教育現代化，2017（15）：12-13.
[2]嵩天，黃天羽，禮欣.Python語言：程序設計課程教學改革的理想選擇[J].中國大學教學，2016（2）：42-47.
[3]狄博，王曉丹.基于Python語言的面向對象程序設計課程教學[J].計算機工程與科學，2014（36）：122-125.
作者:仲曉芳 龐勝楠 尹百慧 單位:山東女子學院
