技能、知識、興趣：基于斯坦福2025計劃之軸翻轉(zhuǎn)的Python程序設(shè)計課程教學(xué)改革實踐

彭鵬

摘要：Python語言是目前較流行且易于上手的程序設(shè)計語言，Python程序設(shè)計是軟件技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課程。文章結(jié)合斯坦福大學(xué)2025計劃的核心舉措之一“軸翻轉(zhuǎn)”進(jìn)行教學(xué)改革嘗試，將教學(xué)環(huán)節(jié)改為四部分：1）速講Python基礎(chǔ)語法知識;2）項目技能模塊化分解;3）反補(bǔ)知識夯實技能;4）重新應(yīng)用項目技能。以此方式提升學(xué)生的編程開發(fā)興趣，推動教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)改革。

關(guān)鍵詞：Python程序設(shè)計;斯坦福大學(xué)2025計劃;軸翻轉(zhuǎn);教學(xué)改革

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）16-0116-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 背景

2020年年底，在TIOBE于12月發(fā)布的最新排行榜中，Python漲幅占優(yōu)，預(yù)計有望連續(xù)四年成為“年度編程語言”，在這一年中Python的漲幅最大，其次是C++、R語言等。Python語言逐步成為全世界最受歡迎的程序開發(fā)語言之一，而且生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)運維、圖形圖像處理、Web服務(wù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)爬蟲、數(shù)據(jù)分析、辦公應(yīng)用、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等業(yè)務(wù)領(lǐng)域。隨著人工智能時代的到來，Python強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和科學(xué)計算能力體現(xiàn)出[1]。

1.1 Python程序設(shè)計語言的特色

Python程序設(shè)計語言是一種高層次的結(jié)合了解釋性、編譯性、互動性和基于面向?qū)ο蟮哪_本語言，其語言的易讀性相對強(qiáng)大，相比于其他程序設(shè)計語言（C、C++、JAVA等）嘗試用的關(guān)鍵字以及一些標(biāo)點符號，而且Python比其他語言更有相對特色的語法結(jié)構(gòu)。

Python是一種解釋型語言，表示在開發(fā)的過程中無需編譯，可以直接運行，相當(dāng)于PHP和Perl語言。Python是交互式語言，表示使用者可以在命令行提示符后直接執(zhí)行代碼。Python還是一種基于面向?qū)ο蟮恼Z言，表示Python支持繼承、封裝、多態(tài)的面向?qū)ο箫L(fēng)格編程技術(shù)。最后Python支持廣泛的應(yīng)用開發(fā)，對初級程序員相對友好[2]。

Python的特點：

1）易上手學(xué)習(xí)：語法關(guān)鍵字相對較少，結(jié)構(gòu)相對簡單，而且Python具備明確定位的語法;

2）易閱讀理解：代碼清晰，結(jié)構(gòu)要求嚴(yán)格，更易于理解;

3）易維護(hù)代碼：其源代碼相對于其他語言便于維護(hù);

4）廣泛的標(biāo)準(zhǔn)庫：Python具備相當(dāng)廣泛的庫資源，全球的開發(fā)者共同維護(hù)更新，支持各種功能，而且跨平臺，支持UNIX、Linux、Mac和Windows系統(tǒng)等;

5）支持互動模式：開發(fā)者可以在終端輸入代碼并直接運行獲取結(jié)果，支持測試和調(diào)試代碼;

6）可移植性：由于Python的開放特性，可以被移植到多個平臺;

7）可擴(kuò)展兼容：Python支持在其代碼中添加并運行其他程序設(shè)計語言（如：C、C++）;

8）數(shù)據(jù)庫支持：Python支持所有主要的商業(yè)數(shù)據(jù)庫接口方法;

9）GUI圖形化編程：Python支持圖形編程;

10）可嵌入式編程：開發(fā)者可以把python代碼嵌入到C/C++程序中，使程序獲得腳本化功能。

2 軸翻轉(zhuǎn)特色

目前我校軟件技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心課程有6門，包括C#程序設(shè)計、Java程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用與維護(hù)、軟件測試技術(shù)、JavaEE企業(yè)級開發(fā)、UML建模與設(shè)計模式;專業(yè)課共有4門，包括大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用、Linux程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、Python程序設(shè)計;專業(yè)基礎(chǔ)課共有6門，包括信息技術(shù)基礎(chǔ)、圖形圖像處理、計算機(jī)專業(yè)英語、軟件工程、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)頁設(shè)計與制作。隨著IT技術(shù)的迭代發(fā)展，Python作為程序設(shè)計語言愈發(fā)體驗出其重要性，所以Python程序設(shè)計也首次加入專業(yè)課當(dāng)中。

為了更好地支持軟件技術(shù)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)，結(jié)合斯坦福大學(xué)2025計劃，針對軟件專業(yè)學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計改革，斯坦福大學(xué)2025計劃包含四項核心部分：開環(huán)大學(xué)[4]、軸翻轉(zhuǎn)[5]、自定節(jié)奏學(xué)習(xí)[6]、有目的的學(xué)習(xí)[7]。其中軸翻轉(zhuǎn)是此次進(jìn)行的教學(xué)改革。

軸翻轉(zhuǎn)（Axis Flip）是指由以往的強(qiáng)調(diào)知識轉(zhuǎn)換到注重能力培養(yǎng)。現(xiàn)在教育模式普遍采用課程知識的教學(xué)，課程教學(xué)的重點是學(xué)科知識，對學(xué)生的考核往往是以每章節(jié)的知識點掌握程度為標(biāo)準(zhǔn)，反而相對忽視了學(xué)生對該門學(xué)科的技能掌握，尤其忽略了該門技術(shù)在目前行業(yè)中的流行程度以及行業(yè)中目前流行的標(biāo)準(zhǔn)。斯坦福大學(xué)2025計劃提出的軸翻轉(zhuǎn)強(qiáng)調(diào)該門學(xué)科的知識與技能的相互替換，強(qiáng)調(diào)該門學(xué)科對應(yīng)技術(shù)的技能掌握。

據(jù)了解，我校軟件專業(yè)學(xué)生經(jīng)歷了兩年的學(xué)科學(xué)習(xí)和一年的頂崗實習(xí)后進(jìn)入社會，依然無法滿足軟件企業(yè)崗位的要求，還需要在進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)，畢業(yè)生學(xué)到的知識與行業(yè)的要求差距較大，且動手能力較差。針對此現(xiàn)象嘗試進(jìn)行教學(xué)改革的嘗試。

3 Python程序設(shè)計的教學(xué)實踐

通過之前對Python語言及斯坦福大學(xué)2025計劃中軸翻轉(zhuǎn)部分的分析，可以把教學(xué)設(shè)計重新改革，把整個教學(xué)過程分割成四部分：1）Python基礎(chǔ)語法知識;2）結(jié)合簡單項目分模塊化進(jìn)行技能分解;3）根據(jù)項目技能涉及點反補(bǔ)知識;4）將知識點重新應(yīng)用到項目的模塊當(dāng)中完成任務(wù)。

3.1 速講Python基礎(chǔ)語法知識

工欲善其事必先利其器，任何程序設(shè)計語言都需要先學(xué)習(xí)語法基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)語法基礎(chǔ)之前就需要搭建好開發(fā)環(huán)境，用較少課時的時間讓學(xué)生在自己的機(jī)器上搭建好開發(fā)環(huán)境，教學(xué)使用基于Windows操作系統(tǒng)的Python3.8版本開發(fā)環(huán)境，開發(fā)工具使用PyCharm社區(qū)版，這兩種工具方便安裝，學(xué)生容易上手。

接下來用相對較快的時間把Python語言的基礎(chǔ)語法知識講授完畢，先讓學(xué)生對語法有一定程度的理解，如：標(biāo)識符、關(guān)鍵字和數(shù)據(jù)類型，常量與變量，運算符與表達(dá)式，源程序的書寫風(fēng)格，賦值語句，基礎(chǔ)輸入輸出，字符串操作，Python內(nèi)置函數(shù)，程序控制結(jié)構(gòu)，列表、元組、字典和集合，Python函數(shù)和模塊等。

在語法基礎(chǔ)學(xué)習(xí)完畢后即可開展下一步項目。

3.2 項目技能模塊化分解

興趣是最好的老師，為了能讓學(xué)生對Python程序設(shè)計持續(xù)產(chǎn)生濃厚的興趣，需要結(jié)合目前互聯(lián)網(wǎng)中實際應(yīng)用到的代碼量相對較少的Python項目程序。我校軟件專業(yè)學(xué)生在開設(shè)Python程序設(shè)計課程之前已經(jīng)學(xué)習(xí)過網(wǎng)頁程序設(shè)計，學(xué)生已經(jīng)對HTML/CSS有一定程度知識儲備，并能熟練運用瀏覽器開發(fā)者模式進(jìn)行元素查找，接下來將以相對簡單Python項目（爬蟲抓取網(wǎng)頁內(nèi)容）為例。

第一步：布置任務(wù)，要求學(xué)生獲取豆瓣電影Top250頁面的電影排行榜前四頁的內(nèi)容，將排行榜內(nèi)容存儲于文本文件（如：douban100.txt），內(nèi)容包含名次、電影名稱、導(dǎo)演、主演、時間、國家、類型、評分、評價人數(shù)等，并且將電影封面照片存儲于硬盤的top100的文件夾中，圖片名稱對應(yīng)名次，效果如圖1、圖2。

第二步：帶領(lǐng)學(xué)生使用瀏覽器收集，逐頁打開網(wǎng)頁，手動復(fù)制文字存儲于top100.txt，封面圖片存于文件夾，通過人工步驟讓學(xué)生體會當(dāng)工作量大的時候人工方式的弊端，并逐步引入程序化方式。

第三步：帶領(lǐng)學(xué)生使用谷歌瀏覽器的開發(fā)者工具功能，通過檢查排名第一的電影的網(wǎng)頁代碼，讓學(xué)生自己閱讀網(wǎng)頁代碼，通過閱讀發(fā)現(xiàn)之間的HTML元素的內(nèi)容結(jié)構(gòu)，效果如圖3。

通過閱讀代碼發(fā)現(xiàn)每一部電影的網(wǎng)頁代碼均存在于ol列表下的li標(biāo)簽頁中，其中封面在class為pic的div標(biāo)簽中，文字描述存在于class為info的div標(biāo)簽中，之后引導(dǎo)學(xué)生自行打開對應(yīng)div標(biāo)簽進(jìn)行更深一步的探索，如：封面圖片的鏈接地址、電影名稱、導(dǎo)演等。

第四步：引入XPath概念，快速講解XPath概念，告訴學(xué)生XPath可用來在XML文檔中對元素和屬性進(jìn)行遍歷，并以電影排行榜的網(wǎng)頁教授使用XPath的使用方式，如：

電影封面的語法為//ol[@class="grid_view"]/li;

電影名稱的語法為div/div[2]/div[@class="hd"]/a/span[1]/text（）;

以此為例讓學(xué)生自行對剩下的內(nèi)容，如：排行、評論數(shù)、評分等模塊進(jìn)行編寫。

第五步：引入Python第三方模塊

此時介紹Python強(qiáng)大的第三方模塊庫，urllib庫、request庫和lxml的etree庫，先講解安裝模塊方式，然后演示程序?qū)懛ǎ詈髱ьI(lǐng)同學(xué)完成豆瓣排行榜第一頁的內(nèi)容抓取。

第六步：通過程序完成剩下三頁的內(nèi)容

通過分析電影排行榜的URL地址，引導(dǎo)學(xué)生需要對重復(fù)步驟代碼進(jìn)行合并，使用之前學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識循環(huán)進(jìn)行操作，并對學(xué)生進(jìn)行技術(shù)支持。

3.3 反補(bǔ)知識夯實技能

通過上一步的任務(wù)分解操作，總結(jié)其中的知識技能點，如：前三步涉及的HTML網(wǎng)頁設(shè)計技能，第四步涉及的XPath技能，第五步涉及的HTTP請求和第三方模塊使用方法等，對這些技能進(jìn)行再次講解，加深學(xué)生對這些知識點的理解。

3.4 重新應(yīng)用項目技能

鼓勵學(xué)生再次對代碼進(jìn)行優(yōu)化，并鼓勵學(xué)生進(jìn)行其他網(wǎng)站頁面的網(wǎng)頁內(nèi)容抓取，留下懸念如何避免某些網(wǎng)站的反爬蟲機(jī)制。

4 結(jié)束語

結(jié)合斯坦福大學(xué)2025計劃的軸翻轉(zhuǎn)特色，對Python程序設(shè)計進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)改革，并不按照教科書上固定的章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行講授，而是在基礎(chǔ)語法知識講授后直接進(jìn)行項目操作，通過項目設(shè)計的技能點反補(bǔ)教科書上對應(yīng)的知識點，注重培養(yǎng)學(xué)生掌握的技能，并進(jìn)一步提升學(xué)生對Python程序設(shè)計的興趣。教學(xué)改革要適應(yīng)IT時代的發(fā)展，尤其是技術(shù)的迭代更新，Python程序設(shè)計課程的教學(xué)目的最終是以學(xué)生熟練掌握Python語言后能自己動手進(jìn)行項目開發(fā)，并培養(yǎng)出自學(xué)能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 張莉，金瑩，張潔.多樣化可擴(kuò)展的Python教學(xué)體系探索與實踐[J].計算機(jī)教育，2017（8）：18-22.

[3] 嵩天，禮欣，黃天羽.Python語言程序設(shè)計基礎(chǔ)[M].2版.北京：高等教育出版社，2017.

[4] Stanford University 2025. Open Loop University[EB/OL].[2020-12-12].

http：//www.stanford2025.com/open-loop-university

[5] Stanford University 2025. Axis Flip[EB/OL].[2020-12-12].http：//www.stanford2025.com/axis-flip.

[6] Stanford University 2025. Paced Education[EB/OL].[2020-12-12].http：//www.stanford2025.com/paced-education.

[7] Stanford University 2025. Purpose Learning[EB/OL].[2020-12-12].http：//www.stanford2025.com/purpose-learning.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】