Python語言在“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中的應(yīng)用探討

史文 孫曼曼 李春輝

摘要：隨著科技的發(fā)展，人們的生活發(fā)生了巨大變化，新時(shí)代教育也發(fā)生了巨大變化。Python語言備受公司、大學(xué)的青睞，“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，Python語言課堂教學(xué)越來越受到重視和廣泛關(guān)注，成為重要的研究課題。文章主要分析“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)存在的問題，并提出相應(yīng)的對策，論述Python語言在“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中的應(yīng)用，對后疫情時(shí)期課程教學(xué)改革進(jìn)行分析，對后續(xù)教學(xué)進(jìn)行探索。

關(guān)鍵詞：Python語言；“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程；教學(xué)改革；應(yīng)用

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-3561（2023）03-0113-04

Python語言是一種面向?qū)ο?、解釋型、?dòng)態(tài)型的編程語言，其具有簡單易學(xué)、類庫豐富、可拓展等特點(diǎn)，并且比較接近自然語言，備受公司、大學(xué)的青睞，在“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中廣泛應(yīng)用。本文論述Python語言在“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中的應(yīng)用，對后疫情時(shí)期課程教學(xué)改革進(jìn)行分析，對后續(xù)教學(xué)進(jìn)行探索。

一、Python語言的特點(diǎn)

Python語言具有以下特點(diǎn)。一是簡單易學(xué)。Python語言的強(qiáng)制縮進(jìn)使得它具有較好的閱讀性。Python語言是一種高級編程語言，這使得用Python語言編寫程序時(shí)不需要考慮底層的細(xì)節(jié)。這些性質(zhì)使編程人員能夠?qū)Ｗ⒂诮鉀Q問題，提高編程效率。二是類庫豐富。Python語言的標(biāo)準(zhǔn)庫包括文件、GUI、數(shù)據(jù)庫等多種操作。使用類庫，很多功能不需要從頭編寫，可以直接調(diào)用庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)。除此之外，Python語言還有第三方庫，通過導(dǎo)入第三方庫，同樣可以調(diào)用第三方庫的函數(shù)直接使用。三是可擴(kuò)展。Python語言可以兼容C或者C++語言程序片段，這使得Python語言具有一定程度的保密性和擴(kuò)展性。四是解釋性。當(dāng)編譯Python程序時(shí)，Python解釋器通過將源代碼轉(zhuǎn)換為字節(jié)碼，最后轉(zhuǎn)換為機(jī)器可識別的機(jī)器語言。Python解釋器不但使得Python語言更加簡單，而且使得Python程序更加容易移植。此外，Python語言還具有可移植性、可嵌入性等特點(diǎn)。

二、“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程分析

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程是面向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)、大數(shù)據(jù)等相關(guān)專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，后續(xù)課程包括“數(shù)據(jù)清洗”“文本挖掘技術(shù)與應(yīng)用”“大數(shù)據(jù)應(yīng)用開發(fā)”“人工智能應(yīng)用開發(fā)”等。

1.“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程簡介

本學(xué)院“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程以Python語言為中心，課程包括變量、數(shù)據(jù)類型、注釋、函數(shù)、文件操作、異常、面向?qū)ο缶幊痰葍?nèi)容。學(xué)生通過本課程學(xué)習(xí)可以掌握Python開發(fā)的基礎(chǔ)知識，可以獨(dú)立開發(fā)簡單的Python應(yīng)用程序。從高等教育對接勞動(dòng)力市場來看，無論是中低端產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還是高端制造業(yè)和新型服務(wù)業(yè)的業(yè)務(wù)擴(kuò)大，都需要愛崗敬業(yè)、忠于職守、精通專業(yè)知識、開拓創(chuàng)新的人才。為對接學(xué)生就業(yè)，本課程包括能力目標(biāo)、知識目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。能力目標(biāo)：能熟練搭建開發(fā)環(huán)境，能用Python語言編寫簡單的計(jì)算程序，能對文件進(jìn)行簡單的讀、寫、修改，能調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)和第三方庫函數(shù)，能進(jìn)行面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。知識目標(biāo)：了解Python語言概念，掌握Python基本數(shù)據(jù)類型，掌握運(yùn)算符的用法，理解循環(huán)語句和條件語句，熟練字符串的操作方法，掌握列表和元組的操作方法、使用方法，掌握字典和集合的基本操作方法，理解函數(shù)的定義和調(diào)用方法，掌握程序的異常處理。素質(zhì)目標(biāo)：具有團(tuán)隊(duì)合作能力、編寫技術(shù)文檔的能力，具有熱愛科學(xué)、崇拜技術(shù)的基本素質(zhì)。團(tuán)隊(duì)合作可以提高整體效率，編寫技術(shù)文檔可以提高項(xiàng)目的預(yù)見性和自覺性，熱愛科學(xué)可以提升科研能力，崇拜技術(shù)可以增強(qiáng)編程的積極性。

2.“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)存在的問題及對策

“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)還存在一些問題，如教師實(shí)踐能力較差、教材單一、教學(xué)方法單一等。為提高教師的實(shí)踐能力，學(xué)校可讓教師參加頂崗實(shí)習(xí)，到企業(yè)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，并且參與的項(xiàng)目要緊跟行業(yè)發(fā)展和社會需求，使得實(shí)踐內(nèi)容與社會發(fā)展緊密相連。同時(shí)，要鼓勵(lì)教師考取職業(yè)證書，通過“崗課賽證”綜合育人模式將更多的實(shí)踐技能傳授給學(xué)生。教師“頂崗實(shí)習(xí)”和考取相關(guān)職業(yè)證書可以增強(qiáng)實(shí)踐能力，以更好地適應(yīng)課程教學(xué)需要。為解決教材單一的問題，教師可鼓勵(lì)學(xué)生閱讀相關(guān)論文，參加各種信息技術(shù)競賽，觀看課程教學(xué)講座。這不僅可以提高學(xué)生的理論水平，還能增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，讓學(xué)生了解學(xué)科的前沿動(dòng)態(tài)，開拓學(xué)生國際視野。同時(shí)，教師可采取“理論+實(shí)踐”兩本教材幫助學(xué)生鞏固理論知識，增強(qiáng)實(shí)踐能力。為解決教學(xué)方法單一的問題，教師可增加課堂實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)潛能，如角色表演、繪畫比賽和趣味性游戲練習(xí)等。同時(shí)，教師要采用多種教學(xué)方法，如講授法、討論法、實(shí)驗(yàn)法等。增加課堂實(shí)踐活動(dòng)，采用多種教學(xué)方法，使得學(xué)生學(xué)習(xí)興趣更高，動(dòng)手能力更強(qiáng)，思維更開闊。

三、Python語言在“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的應(yīng)用

1.Python的基本語法

輸入和輸出函數(shù)。Python 3提供了Input（）函數(shù)來獲取用戶的輸入數(shù)據(jù)，Input（）函數(shù)可以讓程序暫停，等待用戶輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)獲取用戶的輸入數(shù)據(jù)后，程序把用戶數(shù)據(jù)以字符串的形式存儲在一個(gè)變量（變量名區(qū)分大小寫）中。Python 3同樣提供了Print（）函數(shù)進(jìn)行輸出，輸出字符串時(shí)，需要用單引號或雙引號括起來；輸出變量時(shí)，在括號里直接寫入變量名稱；變量與字符串同時(shí)輸出或者多個(gè)變量同時(shí)輸出時(shí)，需要用英文的“，”隔開。

分支語句。Python語言提供了簡單的If語句、 If-else語句、If-elif-else語句和嵌套的If語句，這些語句可以使得程序只執(zhí)行某些程序片段而非全都執(zhí)行。與C和Java語言不同的是if語句判斷條件無需括號，需要在判斷條件后加上英文的“：”和相應(yīng)的縮進(jìn)來區(qū)別內(nèi)部的語句塊，這同樣適用于Elif子句。不同的是Else子句后沒有判斷條件，仍然需要英文的“：”和相應(yīng)的縮進(jìn)來區(qū)別內(nèi)部的語句塊，在內(nèi)部的語句塊里可以循環(huán)嵌套If語句、If-else語句和If-elif-else語句。

循環(huán)語句。Python語言采用While和For循環(huán)語句來設(shè)計(jì)循環(huán)。While循環(huán)語句是先進(jìn)行判斷，再執(zhí)行語句塊（循環(huán)體）。也就是說，程序如果剛進(jìn)入循環(huán)時(shí)不滿足條件，那么，就不執(zhí)行內(nèi)部的循環(huán)體。為了避免死循環(huán)，需要設(shè)置循環(huán)趨向于結(jié)束的語句。For循環(huán)語句是先將序列中的值賦變量，再執(zhí)行語句塊（循環(huán)體）。與While循環(huán)語句不同的是，F(xiàn)or循環(huán)語句中序列為空或者變量已經(jīng)遍歷序列中所有元素，就不執(zhí)行內(nèi)部的循環(huán)體。這里有兩種方式結(jié)束循環(huán)，即Continue語句和Break語句。Continue語句可以跳出當(dāng)前循環(huán)，直接進(jìn)入下一次循環(huán)，Break語句可以直接結(jié)束循環(huán)。

序列。序列包括字符串、列表、元組、字典和集合。序列的第一個(gè)元素的索引是0，第二個(gè)元素的索引是1，以此類推，第n個(gè)元素的索引是n-1，序列可以通過索引來訪問序列的一個(gè)或多個(gè)元素。字符串是由數(shù)字、字母、下劃線組成的連續(xù)字符，主要用作概念說明或函數(shù)解釋。列表是包含0個(gè)或多個(gè)元素的長度可變的有序序列，主要用作存儲數(shù)據(jù)組。元組是包含0個(gè)或多個(gè)元素的長度不可變的有序序列，主要作用是存儲不可變數(shù)據(jù)組。字典是0個(gè)或多個(gè)“鍵：值”對組成的長度可變的無序序列，“鍵”是Python語言中任意不可變數(shù)據(jù)類型中的一種，“值”可以是任意數(shù)據(jù)類型，它主要用作存儲數(shù)據(jù)間映射或者對應(yīng)的數(shù)據(jù)組。集合是0個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的無序組合，主要用作存儲同一類數(shù)據(jù)，字典是特殊的集合。

函數(shù)。函數(shù)是指可以被主程序直接或者間接引用的具有特定功能的代碼段。在Python語言中，定義函數(shù)的一般形式為：def函數(shù)名（[形式參數(shù)列表]）：函數(shù)體。其中，形式參數(shù)列表是調(diào)用該函數(shù)時(shí)，傳遞給函數(shù)的一個(gè)或者多個(gè)值（也可以為空）。調(diào)用函數(shù)的一般形式為：函數(shù)名（[實(shí)際參數(shù)列表]）。實(shí)際參數(shù)列表是傳遞給函數(shù)的參數(shù)，同樣可以為空。函數(shù)可以進(jìn)行嵌套，也可以進(jìn)行遞歸（直接或間接調(diào)用函數(shù)自身）。返回值是函數(shù)向調(diào)用的代碼傳遞的數(shù)據(jù)，通過Return語句實(shí)現(xiàn)，沒有返回值時(shí)，可以用Return None標(biāo)示，返回值也可以省去。

面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)是一種計(jì)算機(jī)編程架構(gòu)，它的核心概念是類和對象。類是對一群具有相同特征和行為的事物的抽象，對象是類的實(shí)例化。定義類的基本語法格式如下：class類名：類體。其中，類名的首字母需要大寫，類體包括變量和方法的定義。創(chuàng)建對象的語法格式為：對象名=類名（），創(chuàng)建完對象后，可以通過以下方式訪問類中的變量和方法：對象名。類中的變量名和對象名。方法名（[參數(shù)]）。創(chuàng)建類的對象時(shí)，系統(tǒng)會調(diào)用構(gòu)造方法，用于實(shí)現(xiàn)類的初始化；刪除對象時(shí)，Python解釋器會調(diào)用析構(gòu)方法，用于釋放類占有的資源。Python同樣具有面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的三個(gè)基本特征：封裝、繼承和多態(tài)。

2.Python語言與C、Java語言的對比

Python和Java語言是面向?qū)ο蟮恼Z言，而C語言是面向過程的語言；Java語言需要運(yùn)行在Java虛擬機(jī)中，而Python和C語言不需要虛擬環(huán)境；C語言可以直接編譯成機(jī)器碼，而Python和Java語言都需要編譯成字節(jié)碼這一過程；C語言使用“指針”，而Python和Java語言沒有“指針”的概念；C語言可以直接操作串口，而Python語言需要導(dǎo)入第三方庫，Java語言則需要導(dǎo)入第三方j(luò)ar包。

3. Python語言的學(xué)習(xí)意義

第一，學(xué)習(xí)Python語言能使學(xué)生更好地找到工作。Python語言在大數(shù)據(jù)和人工智能領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使得公司更樂意聘用精通Python、JavaScript、Database等技術(shù)的專業(yè)人才，在如此廣闊的市場需求下（中軟國際、普華永道、中國移動(dòng)等公司的招聘需求），學(xué)生學(xué)習(xí)Python語言，能找到更好的工作。第二，Python語言在商業(yè)領(lǐng)域取得成功。Python語言是Rackspace公司的核心技術(shù)。Nick Borko（Racksp ace公司應(yīng)用開發(fā)部門的主管）這樣總結(jié)：為了使Rackspace公司引領(lǐng)托管管理行業(yè)，Rackspace公司的主管決定使用Python語言來對接企業(yè)和處理公司內(nèi)部業(yè)務(wù)（使用原有數(shù)據(jù)庫接口），這使得整個(gè)系統(tǒng)變得更加快速和高效。另外，Union Investment公司發(fā)現(xiàn)Python語言的應(yīng)用及其各種各樣的庫非常適合開發(fā)定制的機(jī)器學(xué)習(xí)工具，以有效應(yīng)對金融時(shí)間序列帶來的復(fù)雜挑戰(zhàn)。

4.后疫情時(shí)期課程教學(xué)的改革

新型冠狀病毒肺炎疫情發(fā)生以來，黨和國家高度重視，第一時(shí)間啟動(dòng)防控措施，施行一系列防控政策，帶領(lǐng)全國人民與新型冠狀病毒肺炎做斗爭。這期間，按照教育部要求，啟動(dòng)在線教育，我校使用慕課、“超星學(xué)習(xí)通”（“超星直播”和“超星課堂”）等平臺和抖音、釘釘、騰訊課堂、騰訊會議等軟件進(jìn)行在線教育，加大云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)的應(yīng)用，拓展學(xué)生立體化學(xué)習(xí)空間。定期舉辦教育教學(xué)能力提升培訓(xùn)，提升教師在線教育水平和綜合素質(zhì)。教師在線上教育過程中，應(yīng)增強(qiáng)學(xué)習(xí)任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)性，充分引導(dǎo)學(xué)生利用在線平臺完成課前、課中和課后任務(wù)，幫助學(xué)生深化所學(xué)知識和技能。在線教育應(yīng)加強(qiáng)數(shù)據(jù)共享，這可以減少重復(fù)資源，降低數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤率，同時(shí)能加強(qiáng)數(shù)據(jù)的安全防護(hù)，防止個(gè)人信息的泄露。在疫情防控期間，經(jīng)過教研組的討論和學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)，學(xué)院修改了考核方案，將期末考核為主的考核改為基于過程的考核。

在線學(xué)習(xí)平臺詳細(xì)記錄了學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，教師可以即時(shí)獲取學(xué)生學(xué)習(xí)狀況和相應(yīng)分值，并通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，獲取學(xué)生知識體系中的薄弱環(huán)節(jié)。這樣，教師可針對學(xué)生薄弱環(huán)節(jié)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，使得下一階段教學(xué)能夠適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。同時(shí)，教師要堅(jiān)持“以評促建”的原則，采用多元化評價(jià)方式，將學(xué)習(xí)過程評價(jià)與學(xué)習(xí)結(jié)果評價(jià)相結(jié)合，這樣可以更加全面、準(zhǔn)確、客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，幫助教師提高教學(xué)水平和擴(kuò)展專業(yè)發(fā)展的內(nèi)涵，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長。在課堂上，教師可進(jìn)行傳統(tǒng)文化、“紅色文化”，幫助學(xué)生樹立正確的三觀。由于部分學(xué)生家里沒有電腦或電腦配置較低，教師可采用“菜鳥工具”的Python3在線工具幫助學(xué)生在線編程，也可以使用“EduCoder在線實(shí)踐教學(xué)平臺”進(jìn)行在線實(shí)驗(yàn)。平臺里有名師的在線精品課程、校企教學(xué)資源庫和校企實(shí)踐案例庫等，教師可利用現(xiàn)有案例進(jìn)行在線教學(xué)。

5.對課程的后續(xù)探索

通過上文的分析，Python語言的特點(diǎn)、基礎(chǔ)語法、Python與C、Java語言的異同、課程目標(biāo)、課程的思政元素和課程教學(xué)改革一目了然，后續(xù)將對課程進(jìn)行以下探索。

第一，GUI（Graphical User Interface，圖形用戶界面）編程。GUI編程是指通過圖形的方式顯示的可操作的用戶界面。Python語言常用的GUI工具包括Tkinter、wxPython、PyGTK、PyQt等。通過這些工具包，我們可以創(chuàng)設(shè)更多應(yīng)用程序，例如計(jì)算器、TimPlayer、迪士尼的“卡通城在線”等。第二，數(shù)據(jù)處理及可視化。數(shù)據(jù)處理是將大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、整理、加工，可視化是將分析后統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)以圖、表的形式顯示出來。常見的圖表包括餅圖、折線圖、柱形圖、散點(diǎn)圖、雷達(dá)圖、金字塔圖、矩陣圖、帕累托圖等。常見的應(yīng)用包括視覺數(shù)據(jù)展示、電影票房收益統(tǒng)計(jì)、國民失業(yè)情況統(tǒng)計(jì)、每人每日平均消費(fèi)量統(tǒng)計(jì)等。第三，基于FAQ的智能答疑機(jī)器人?；贔AQ的問答機(jī)器人把學(xué)生經(jīng)常咨詢的問題和答案保存在后臺，對于學(xué)生輸入的問題，首先在后臺進(jìn)行查找，如果能夠找到相同或者相似的問題，就可以直接將答案告訴學(xué)生，不需要經(jīng)過問題理解、信息檢索、答案抽取等處理過程。這不僅提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，還提高了答案的準(zhǔn)確性。根據(jù)課程將學(xué)生常見問題和答案保存下來，還可以設(shè)置教師人工答疑，幫助學(xué)生快速掌握課堂知識的疑難點(diǎn)，加深師生感情。

四、結(jié)語

經(jīng)過Python語言在“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程上的探索，Python語言的特性、與C和Java語言的區(qū)別、Python語言未來的發(fā)展更加清晰，并且結(jié)合思政教育和在線教育，豐富了課程的教學(xué)形式，讓課程更有溫度。未來，將逐步探索Python語言的GUI編程、數(shù)據(jù)處理及可視化和基于FAQ的智能答疑機(jī)器人，重點(diǎn)研究快速處理數(shù)據(jù)和將數(shù)據(jù)以人性化的方式展現(xiàn)出來。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民網(wǎng).辦好人民滿意的高等教育[EB/OL].（2022-3-23）[2022-9-13] .https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1728037941011832777&w fr=spider&for=pc.

[2]中關(guān)村在線.Java和C退位！Python成為最常用編程語言[EB/ OL]. （2021-10-9）[2022-9-13]https：// baike.baidu.com/ refere nce/407313/7d24cx-OJXDy4kkUqMje-rRwI2zQtaToLgHOyaD0D-SMw lHGB9xWWMyJpbHzQ0J1fx089yshDgZeUvkw8fW M- nyBDeUA_ J6YzgNluzhXMo-B8lRcanhTEUL.

[3]NickBorko. Python is Rackspaces CORE Technology[EB/OL]. [2022-9-13]. https：//www.python.org/success-stories/python-israckspac es--core-technology/.

[4] Christian Mandery，Nikolas Gerlich. Python for Financial Machine Learning at Union Investment [EB/OL]. [2022-9-13]. https：//www.python. org/success-stories/python-for-financialmachine-learning-at-union-investment/.

Exploration of Application of Python Language in the Course of "Fundamentals of Program Design"

Shi Wen， Sun Manman， Li Chunhui

（Xuchang Computer Application Engineering Technology Research Center， Henan Province， Xuchang 461000， China； Xuchang Vocational Technical College， Henan Province， Xuchang 461000， China）

Abstract： With the development of science and technology， great changes have taken place in peoples lives and in education in the new era. Python language is favored by companies and universities. The application scope of the course"fundamentals of program design" has gradually expanded. Python language classroom teaching has received more and more attention and has become an important research topic. The article mainly analyzes the problems in the teaching of the course"fundamentals of program design"， puts forward corresponding countermeasures， discusses the application of Python language in the course "fundamentals of program design"， analyzes the teaching reform in the post epidemic period， and explores the follow-up teaching.

Key words： Python language；"fundamentalsofprogramdesign"course； education reform；application