新工科視角下以計算思維為導(dǎo)向的高職Python程序設(shè)計公共課程教學(xué)改革研究

肖卓宇 黃俊 徐運(yùn)標(biāo) 陳果 郭杰

摘要：針對新工科視閾下高職學(xué)生程序設(shè)計公共課程實(shí)踐能力欠缺的問題，以公共課程Python程序設(shè)計為例，通過Python基礎(chǔ)學(xué)習(xí)知識點(diǎn)與計算思維能力映射、Python numpy庫知識點(diǎn)與計算思維能力映射、Python pandas庫知識點(diǎn)與計算思維能力映射、Python matplotlib庫知識點(diǎn)與計算思維能力映射4個模塊對公共課程Python程序設(shè)計進(jìn)行教學(xué)改革。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，引入計算思維技能的教學(xué)改革有助于提升高職學(xué)生程序設(shè)計能力。

關(guān)鍵詞：新工科;計算思維;Python程序設(shè)計;映射;計算思維能力

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）21-0154-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 前言

2018年3月15日，教育部辦公廳發(fā)布《教育部辦公廳關(guān)于公布首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》[1]。新工科專業(yè)主要指針對新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，包括大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)工科專業(yè)[2]。2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計算機(jī)科學(xué)系主任周以真提出計算思維（ Computational Thinking）的概念，計算思維是運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為[3]。肖卓宇[4-6]等人基于計算思維的教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)課程及考核方式進(jìn)行了教學(xué)改革。文獻(xiàn)[7]引入計算思維對課程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就行了深入研究，取得了較好的效果。文獻(xiàn)[8]引入計算思維針對新工科大數(shù)據(jù)技術(shù)課程體系進(jìn)行了優(yōu)化，取得了一定的成效。

課題組前期工作取得了較好的科研成果[9-15]。但我院作為“工”字號全國示范性高職院校，學(xué)生入學(xué)分?jǐn)?shù)相對較低，理論基礎(chǔ)薄弱，在國家大力倡導(dǎo)新工科的背景下，引入計算思維的高職Python程序設(shè)計公共課程教學(xué)改革研究顯得尤為重要。

2 計算思維導(dǎo)向下的公共課程Python程序設(shè)計

PYthon程序設(shè)計作為學(xué)院公共課程需要學(xué)生掌握Python程序基礎(chǔ)、numpy庫、pandas庫、matplotlib庫四個主要模塊，為學(xué)習(xí)好這些模塊，需要具備相應(yīng)的計算思維能力，見圖1。

2.1計算思維能力與Python基礎(chǔ)知識為映射表1中描述了Python程序基礎(chǔ)部分需要掌握的知識點(diǎn)與計算思維能力要求的映射關(guān)系。表1中對Python程序基礎(chǔ)的運(yùn)算符、變量、模塊、類、文件、異常等知識點(diǎn)做出了要求。此外，實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目《男女電影評分差異比較》要求首先對復(fù)雜問題進(jìn)行抽象思維求解，再通過形式化符號表示，遞歸等計算思維方法進(jìn)行具體問題求解。

2.2 計算思維能力與Python numpy庫知識點(diǎn)映射

表2中描述了Python numpy數(shù)學(xué)函數(shù)庫部分需要掌握的知識點(diǎn)與計算思維能力要求的映射關(guān)系。表2中對Python numpy庫的numpy的屬性、array、numpy的運(yùn)算等知識點(diǎn)做出了要求。此外，實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目需要實(shí)現(xiàn)《圖像的手繪效果》，這對計算思維中的抽象思維、符號表示、形式化證明等方法有著較高的要求。

2.3 計算思維能力與Python pandas庫知識點(diǎn)映射

表3中描述了Python pandas庫部分需要掌握的知識點(diǎn)與計算思維能力要求的映射關(guān)系。表3中對Python pandas庫的Series、DataFrame、選擇數(shù)據(jù)等知識點(diǎn)做出了要求。此外，實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目需要實(shí)現(xiàn)《Pandas特征效果分析》，這同樣對計算思維中的抽象思維、符號表示、形式化證明等方法有著較高的要求。

2.4 計算思維能力與Python matplotlib庫知識點(diǎn)映射

表4中描述了Python matplotlib可視化庫部分需要掌握的知識點(diǎn)與計算思維能力要求的映射關(guān)系。表4中對Python mat-plotlib庫的figure圖像、設(shè)置坐標(biāo)軸、legend圖例、scatter散點(diǎn)圖等知識點(diǎn)做出了要求。此外，實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目需要實(shí)現(xiàn)《引力波繪制》，這對計算思維中的抽象思維、模型構(gòu)建、符號表示等方法有著較高的要求。

3 結(jié)論

本課題對新工科視角下以計算思維為導(dǎo)向的高職Python程序設(shè)計公共課程教學(xué)改革進(jìn)行了研究，以Python程序?yàn)槔?階段對其映射的計算思維方法進(jìn)行深入研究。事實(shí)證明，新工科視角下引入計算思維的思想有助于提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率，今后工作將進(jìn)一步厘析知識點(diǎn)要求與計算思維能力要求之間的關(guān)系，為學(xué)生程序設(shè)計能力的提升奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

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【通聯(lián)編輯：張薇】

收稿日期：2020-02-15

基金項(xiàng)目：“2019年度全國高等院校計算機(jī)基礎(chǔ)教育研究會課題：新工科視角下以計算思維為導(dǎo)向的高職Python程序設(shè)計公共課程教學(xué)改革研究（2019-AFCEC-332）”

作者簡介：肖卓宇（1979-），男，湖南長沙人，副教授，研究方向?yàn)檐浖莼⒋髷?shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)等;黃俊（1990-），男，湖南長沙人，助教，主要研究方向：智能制造等;徐運(yùn)標(biāo)（1983-），男，湖南邵陽人，碩士，講師，研究方向：軟件工程等;郭杰（1976一），女，湖南常德人，碩士，講師，研究方向：軟件工程等;陳果（1980-），女，湖南長沙人，碩士，講師，研究方向：軟件工程等。