大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)“Python”課程教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)與形式實踐

摘要：針對專科層次大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)“Python”課程教學(xué)內(nèi)容缺乏跨語言整合、與專業(yè)核心課程及崗位要求脫節(jié)、知識體系可持續(xù)引導(dǎo)不足等問題，文章重構(gòu)了包含Python基本語法、跨語言編程以及綜合實踐3個模塊的課程體系，增加了拓展學(xué)習(xí)板塊以強(qiáng)化知識體系的可持續(xù)引導(dǎo)。文章提出了“讀-析-測-拓”的教學(xué)形式。通過實踐，課程獲得了較滿意的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：專科層次；大數(shù)據(jù)專業(yè)；Python語言教學(xué)；教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)；教學(xué)形式實踐

中圖分類號：G420 "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

大數(shù)據(jù)作為一種新興技術(shù)，在推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展、優(yōu)化社會治理、提升國家治理能力等方面發(fā)揮重要作用，正成為國家基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源。《數(shù)字中國建設(shè)整體布局規(guī)劃》等文件，明確提出要加強(qiáng)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的人才培養(yǎng)，推動大數(shù)據(jù)技術(shù)與教育的深度融合。教育部發(fā)布《職業(yè)教育專業(yè)目錄（2021年）》，將大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)正式列入目錄［1］。各高職院校根據(jù)其要求，結(jié)合區(qū)域產(chǎn)業(yè)、院校特色制定并實施大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案。在知識與技能方面，主要聚焦于包括數(shù)據(jù)采集、存儲、清洗、分析、挖掘、可視化等基本理論和專業(yè)知識，掌握大數(shù)據(jù)平臺架構(gòu)、分析能力及解決典型問題的能力［2］。在職業(yè)面向上，旨在培養(yǎng)能夠從事大數(shù)據(jù)平臺運維、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)可視化、系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)實施等工作的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才［3］。在此過程中，對編程語言的熟練掌握被視為大數(shù)據(jù)領(lǐng)域就業(yè)市場的一項硬性標(biāo)準(zhǔn)［4］。Python語言憑借其語法結(jié)構(gòu)的優(yōu)雅簡潔與第三方庫的強(qiáng)大支持，加之學(xué)習(xí)周期短、開發(fā)程序復(fù)雜度低的優(yōu)勢，成為眾多高校高級語言程序設(shè)計課程的首選語言［5］。

然而，在教學(xué)實踐中，筆者發(fā)現(xiàn)“Python”課程的教學(xué)效果與既定的培養(yǎng)目標(biāo)之間仍存在一定差距。譬如：眾多高校在大數(shù)據(jù)專業(yè)設(shè)置中開設(shè)了“Java”“Python”等高級編程語言課程，但這些課程內(nèi)容大多聚焦于程序設(shè)計的基礎(chǔ)知識，側(cè)重于語法教學(xué)，鮮少將語言與解決實際問題緊密結(jié)合，導(dǎo)致這些語言在專業(yè)核心課的銜接上顯得相對薄弱，學(xué)生缺乏將所學(xué)知識應(yīng)用于實踐場景的機(jī)會。反觀數(shù)據(jù)分析與挖掘、數(shù)據(jù)可視化、Spark技術(shù)與應(yīng)用等專業(yè)核心課程，它們往往又陷入了重復(fù)講解編程語言語法的循環(huán)之中，這種教學(xué)模式不僅難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也未能有效提升學(xué)習(xí)效果。因此，本文將聚焦高職院校大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的“Python”課程教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)與教學(xué)形式的探索，旨在構(gòu)建滿足教學(xué)需求的課程內(nèi)容和教學(xué)形式，從而提高教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)既具備扎實理論基礎(chǔ)，又擁有較強(qiáng)實踐能力和創(chuàng)新思維的高素質(zhì)復(fù)合型人才打下堅實基礎(chǔ)［6］。

1 大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)“Python”課程現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)內(nèi)容缺乏跨語言整合

本次調(diào)研對象為本區(qū)域29所高職院校，分析大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案發(fā)現(xiàn)，在其課程體系中，有86%的高校開設(shè)“Python程序設(shè)計語言”課程。但從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，有41%的高校存在多門程序語言課程并存的情況，同時開設(shè)“Python程序設(shè)計語言基礎(chǔ)”和“Java程序設(shè)計語言基礎(chǔ)”。

筆者在參考不同編程語言的專業(yè)核心課程的標(biāo)準(zhǔn)后發(fā)現(xiàn)，其課程內(nèi)容包含該編程語言的基礎(chǔ)板塊，如“Spark技術(shù)與應(yīng)用”中包含Scala語言基礎(chǔ)。由此，在慕課平臺、學(xué)堂在線平臺和智慧樹在線教育平臺等國家在線教育平臺中檢索相關(guān)專業(yè)核心課，通過課程大綱發(fā)現(xiàn)，依然存在專業(yè)核心課程內(nèi)容包含編程語言的基礎(chǔ)板塊的現(xiàn)象，如陜西工商職業(yè)學(xué)院開設(shè)的“Python數(shù)據(jù)分析”第一章為Python編程基礎(chǔ)。同時，在檢索的國家“十四五”規(guī)劃教材中多本專業(yè)核心課程也有該現(xiàn)象。

不同編程語言的基礎(chǔ)板塊具有相通性。Python課程教學(xué)內(nèi)容缺乏跨語言整合，導(dǎo)致存在高校開設(shè)多門程序語言課程的情況。這造成了教學(xué)資源的浪費。專業(yè)核心課程教授編程語言基礎(chǔ)是一種重復(fù)教學(xué)現(xiàn)象。這在一定程度上浪費了教學(xué)資源，降低了教學(xué)效率。

1.2 教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)核心課程及崗位需求脫節(jié)

近3年本校共畢業(yè)555人，其中升學(xué)155人，簽就業(yè)協(xié)議就業(yè)299人，服義務(wù)兵或其他101人。具體就業(yè)情況如表1所示。

從就業(yè)的行業(yè)及從事崗位來看，大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)直接對口性不強(qiáng)，盡管信息技術(shù)行業(yè)作為高科技領(lǐng)域的代表，對大數(shù)據(jù)技術(shù)的需求理應(yīng)最為迫切，然而2023屆畢業(yè)生中僅有40人進(jìn)入該行業(yè)就業(yè)，占比僅為33.3%。通過問卷調(diào)查、定向問談，分析其原因包括人才培養(yǎng)過程中專業(yè)技能與崗位需求脫節(jié)，學(xué)生雖然掌握了語言的基本語法和常用功能，但在實際崗位使用中卻難以將所學(xué)知識融會貫通，無法有效地將理論知識轉(zhuǎn)化為實踐能力。

映射在課程體系中，專業(yè)核心課和綜合實訓(xùn)課應(yīng)緊跟崗位需求，確保學(xué)生所學(xué)即所用，縮短從校園到職場的適應(yīng)期。作為專業(yè)基礎(chǔ)課，“Python程序設(shè)計語言基礎(chǔ)”的教學(xué)內(nèi)容和形式也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化，既要為學(xué)生打下堅實的編程基礎(chǔ)，又要為后續(xù)的專業(yè)核心課和綜合實訓(xùn)課做好鋪墊和銜接，形成連貫的知識體系。然而，在專業(yè)核心課的教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍缺乏對一些相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理庫的認(rèn)識和使用能力。這導(dǎo)致在實踐項目開展時，教師須要花費額外的時間來講解這些基礎(chǔ)庫的作用、安裝部署以及使用方法，從而影響了實踐項目的進(jìn)度和效率。

1.3 知識體系的可持續(xù)引導(dǎo)不足

專科教育作為高等教育體系中的重要組成部分，承載著為社會培養(yǎng)高技能人才的重任。在這一教育階段，不僅要聚焦于學(xué)生當(dāng)前技能的培養(yǎng)，確保學(xué)生畢業(yè)后能夠迅速融入職場，勝任具體崗位的工作，還要高瞻遠(yuǎn)矚，深刻關(guān)注學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展能力，為其鋪設(shè)一條長遠(yuǎn)而穩(wěn)健的職業(yè)發(fā)展道路。

針對重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院407位在校學(xué)生的問卷調(diào)查結(jié)果顯示，高達(dá)48%的學(xué)生將職業(yè)規(guī)劃鎖定在專升本這一目標(biāo)上，這充分說明了學(xué)生對于提升自身學(xué)歷層次、拓寬知識視野的強(qiáng)烈渴望。然而，在對近3年升學(xué)學(xué)生的深入調(diào)研中，筆者發(fā)現(xiàn)了一個不容忽視的問題：在當(dāng)前的大數(shù)據(jù)專業(yè)教育中，知識體系的可持續(xù)引導(dǎo)顯得尤為不足。盡管學(xué)生在校期間能夠掌握一定的技術(shù)技能，但對于深入研究其底層邏輯、算法原理等理論時，往往缺乏必要的學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)能力。這種“短視”的教育模式，不僅限制了學(xué)生個人的長遠(yuǎn)發(fā)展，也在一定程度上影響了整個行業(yè)的人才培養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

2 教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

2.1 基礎(chǔ)語法

基礎(chǔ)語法板塊包含2部分內(nèi)容，分別是Python基礎(chǔ)語法和跨語言編程。

Python基礎(chǔ)語法根據(jù)大數(shù)據(jù)專業(yè)的縱向培養(yǎng)過程梳理而成，包括：Python語言概述與基礎(chǔ)語法規(guī)則、程序流程控制的精髓、序列數(shù)據(jù)類型的靈活運用、函數(shù)的定義與調(diào)用、文件的讀寫操作、面向?qū)ο缶幊獭＿@一部分重點培養(yǎng)學(xué)生的編程思維和良好的編程習(xí)慣，讓學(xué)生掌握Python程序設(shè)計的基礎(chǔ)語法規(guī)則。如面向?qū)ο缶幊陶鹿?jié)，掌握語法規(guī)則強(qiáng)調(diào)的是類的定義規(guī)則與使用方法，而非寫出一個良好設(shè)計的模板類，因此基本語法板塊在課程內(nèi)容上是由適合職業(yè)院校大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的技能框架構(gòu)成。

Java以其強(qiáng)大的企業(yè)級應(yīng)用能力和跨平臺特性，在大數(shù)據(jù)處理框架如Hadoop中占據(jù)核心地位；而Scala則以其簡潔的語法和強(qiáng)大的函數(shù)式編程支持，在大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域發(fā)揮作用。因此，跨語言編程著重教授大數(shù)據(jù)領(lǐng)域常用的編程語言即Java語言和Scala語言開發(fā)環(huán)境的搭建以及與Python語言的差異。旨在通過對比學(xué)習(xí)，掌握不同語言開發(fā)環(huán)境的搭建，了解不同集成開發(fā)環(huán)境的區(qū)別，學(xué)會在特定場景下選擇最合適的工具。通過基礎(chǔ)語法的對比學(xué)習(xí)，明確不同語言語法規(guī)則的緣由，能夠舉一反三地自主學(xué)習(xí)R語言的使用。幫助學(xué)生建立跨語言編程的廣闊視野，提高編程能力和適應(yīng)性。

以變量的定義為例，不同語言的定義格式分別如下。

Python語法格式為：變量名=初始值

Java語法格式為：數(shù)據(jù)類型 變量名=初始值

Scala語法格式為：變量關(guān)鍵字 變量名：數(shù)據(jù)類型=初始值

其變量名均需要符合標(biāo)識符的命名規(guī)則，而初始值均由該變量的數(shù)據(jù)類型決定。區(qū)別在于Python屬于弱類型語言，定義時不須要指明數(shù)據(jù)類型。而Java、Scala屬于強(qiáng)類型語言，在定義時須要指明數(shù)據(jù)類型。

2.2 綜合實踐

綜合實踐板塊，通過專業(yè)核心課程、企業(yè)實踐項目、技能競賽內(nèi)容等多方面橫向解構(gòu)，剖析出與專業(yè)知識關(guān)系不大，但在實踐操作中必不可少的實踐項目，重構(gòu)為綜合實踐。使課程緊密貼合大數(shù)據(jù)專業(yè)需求，直接面向未來就業(yè)崗位，全方位提升學(xué)生的專業(yè)技能與實踐能力。編排順序為：數(shù)學(xué)算式的表達(dá)，原數(shù)據(jù)的清洗、轉(zhuǎn)換與聚合，簡單模型的訓(xùn)練與預(yù)測，數(shù)據(jù)特征的展示，靜態(tài)網(wǎng)頁數(shù)據(jù)的獲取與解析，大數(shù)據(jù)的操作與分析。綜合實踐板塊部分案例如表2所示。

這一部分強(qiáng)調(diào)項目實現(xiàn)的環(huán)境配置、邏輯過程。如大數(shù)據(jù)的操作與分析板塊中的詞頻統(tǒng)計實踐案例，學(xué)生需要學(xué)會使用教師提供的大數(shù)據(jù)平臺完成項目的構(gòu)建，PySpark包的安裝，PySpark應(yīng)用程序的創(chuàng)建，Main.py的編輯。詞頻統(tǒng)計是先對文段中每個單詞進(jìn)行切分，再將單詞轉(zhuǎn)換為鍵值對形式，最后對相同鍵的值進(jìn)行累加的邏輯流程以及代碼的調(diào)試運行。而將如何搭建大數(shù)據(jù)平臺交由大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)應(yīng)用課程講授，將Spark對象在集群中的運行架構(gòu)等原理性知識交由Spark技術(shù)與應(yīng)用課程講授。

2.3 拓展學(xué)習(xí)

將本科階段注重培養(yǎng)學(xué)生扎實的數(shù)理基礎(chǔ)、編程能力以及研究生階段注重培養(yǎng)高水平人才、增強(qiáng)學(xué)生跨學(xué)科知識的融合能力及綜合實踐能力［7］ 內(nèi)容通過拓展學(xué)習(xí)板塊融入每個任務(wù)末尾，作為知識體系的可持續(xù)性拓展。基本語法板塊中的拓展學(xué)習(xí)，包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如列表、棧、隊列）在Python中的實現(xiàn)，提升程序健壯性、速度等的編程技巧，展開Python源碼分析，進(jìn)行異常調(diào)試等。綜合實踐板塊中的拓展學(xué)習(xí)，包括數(shù)據(jù)采集原理、數(shù)據(jù)分析算法基本概念、小型算法的編程實現(xiàn)等，使用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作。

以提高程序代碼的健壯性拓展學(xué)習(xí)為例。在文件的讀寫操作中設(shè)置異常，引入一個健壯的程序能夠更好地應(yīng)對各種異常情況。方式有以下3個。

（1）用戶輸入是程序中一個潛在的錯誤來源。通過驗證和清理用戶輸入，可以防止因為惡意輸入或者錯誤格式的輸入導(dǎo)致的問題。

（2）異常處理是保障程序健壯性的基石。合理地使用try和except語句，可以處理可能出現(xiàn)的異常情況，防止程序因為錯誤而崩潰。主要代碼如下。

try：

data=open（\"hamlet.txt\"， \"r\"）.read（）

except IOError as err：

print（\"File error：\"+str（err））

finally：

if 'data' in locals（）：

data.close（）

（3）合適的日志記錄可以幫助理解發(fā)現(xiàn)程序運行過程中的問題。Python內(nèi)置的logging模塊提供了靈活的日志功能。

3 教學(xué)形式的實踐

“讀-析-測-拓”主要用于綜合實踐板塊教學(xué)，由于“Python程序設(shè)計”課程屬于專業(yè)基礎(chǔ)課，在授課階段學(xué)生還未學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與挖掘、Spark技術(shù)與應(yīng)用等專業(yè)核心課，對其原理缺乏理解，于是該教學(xué)形式從結(jié)果端出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生閱讀Python項目，忽略項目實現(xiàn)的算法原理，從語法、功能層面理解程序目的，從而銜接大數(shù)據(jù)實施過程中對Python的使用。通過這一形式，學(xué)生可以在課堂上閱讀并調(diào)試完成多段程序，深化對Python語言在不同專業(yè)核心課程中使用的理解，而在專業(yè)核心課程中即可將授課重心放在原理教學(xué)，即算法原理。以綜合實踐模塊中sklearn庫創(chuàng)建決策樹為例，主要代碼如下。

df1=pd.read_csv（'txt.csv'）

tree=DecisionTreeClassifier（random_state=4）

tree.fit（X_train， Y_train）

data=t.export_graphviz（tree， out_file=None）

graph=graphviz.Source（data）

graph.render（'result'）

“讀”的階段，學(xué)生須要像閱讀英文文章一樣閱讀Python項目代碼。根據(jù)變量名命名特點，運用以往知識框架粗略地理解程序的功能和實現(xiàn)方式，記錄問題。

“析”的階段，是明確程序功能。學(xué)生要逐行分析代碼，理解代碼的功能以及代碼之間的邏輯關(guān)系，明確程序的功能，對于未見過的方法要像查字典一樣查閱對應(yīng)庫的API。在理解程序功能以后，學(xué)生還可以對與實現(xiàn)該功能的代碼有異議的地方做相應(yīng)的修改并記錄。如本段程序是使用read_csv函數(shù)讀取名為“txt.csv”的文件，創(chuàng)建一個決策樹分類器的實例，設(shè)置隨機(jī)狀態(tài)為4以確保結(jié)果的可重復(fù)性，使用X_train和Y_train來訓(xùn)練決策樹模型，使用export_graphviz函數(shù)將訓(xùn)練好的決策樹模型導(dǎo)出為DOT格式的字符串，使用graphviz的Source類創(chuàng)建一個圖形對象，該對象包含了決策樹的DOT格式數(shù)據(jù)，將圖形對象渲染為一個文件，文件名為“result”。

“測”的階段，則是將程序調(diào)試運行，測試其功能。在這一階段，學(xué)生須要安裝sklearn包、graphviz包，創(chuàng)建并編輯.py文件，運行調(diào)試程序獲取計算結(jié)果，確保程序的正確性。

最后是“拓”的階段，教師從需求端開始到功能實現(xiàn)總結(jié)該項目，發(fā)布拓展訓(xùn)練反復(fù)讀-析-測過程。

“讀-析-測-拓”教學(xué)形式的優(yōu)勢還在于，帶著問題理解代碼，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生的主體地位。學(xué)生不僅可以鞏固拓展Python編程的基本知識和技能，還可以提高在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域解決問題的能力。這有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中保持高度的專注和熱情。同時，學(xué)生可以根據(jù)興趣和需求選擇板塊閱讀，從而更加高效地掌握知識和技能。

4 教學(xué)實踐效果

“Python程序設(shè)計語言基礎(chǔ)”的教學(xué)實踐涉及2個班級，共82名學(xué)生，在為期一學(xué)期內(nèi)安排了64課時。綜合來看，本次教學(xué)實踐展現(xiàn)出多方面的優(yōu)化與進(jìn)步：教學(xué)內(nèi)容更為豐富多元，難度設(shè)置合理，學(xué)生普遍表現(xiàn)出較高的接受度與學(xué)習(xí)熱情，其積極性相較于以往有顯著提升。教學(xué)成效顯著，課程最終評分達(dá)4.8分，充分體現(xiàn)了教學(xué)質(zhì)量的提升。在專業(yè)核心課程對接上，該課程展現(xiàn)出了良好的連貫性與支撐作用，有效延長了專業(yè)課的教學(xué)時長，為學(xué)生的專業(yè)知識體系奠定了基礎(chǔ)，促進(jìn)了學(xué)生大數(shù)據(jù)素養(yǎng)的全面提升。

5 結(jié)語

專科層次大數(shù)據(jù)專業(yè)的“Python”課程教學(xué)面臨著與既定培養(yǎng)目標(biāo)之間的差距，主要體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容缺乏跨語言整合、教學(xué)實踐與專業(yè)核心課程及崗位實踐脫節(jié)以及知識體系可持續(xù)引導(dǎo)不足等方面。為了提升教學(xué)效果，在教學(xué)內(nèi)容上，本文構(gòu)建了包含Python基本語法、跨語言編程以及綜合實踐3個核心模塊的課程體系，增加了拓展學(xué)習(xí)板塊以強(qiáng)化知識體系的可持續(xù)引導(dǎo)。在教學(xué)形式上，采用“讀-析-測-拓”的教學(xué)形式，引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)果出發(fā)，深化對Python在不同專業(yè)核心課程中使用的理解。這些策略旨在全方位提升學(xué)生的專業(yè)技能與實踐能力，為學(xué)生的職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。當(dāng)然，在實施“讀-析-測-拓”教學(xué)形式的過程中，教師也須要注意一些問題。如教師須要關(guān)注學(xué)生的個體差異，根據(jù)實際情況進(jìn)行個性化的指導(dǎo)和幫助；定期評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和進(jìn)步情況，以便及時調(diào)整教學(xué)策略和方法［8］。在未來的教學(xué)實踐中，教師要繼續(xù)探索和完善這一教學(xué)方法，為培養(yǎng)更多優(yōu)秀的編程人才做出貢獻(xiàn)。

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（編輯 王永超編輯）

Reconstruction and" form practice of teaching content for the “Python” course

in big data technology major

LI" Lin， QIAN" Neng， HU" Huiying

（Chongqing Water Resources and Electric Engineering College， Chongqing 402160， China）

Abstract： "Addressing issues such as the lack of cross-language integration in “Python” curriculum content for big data technology majors at the vocational college level， disconnection from professional core courses and job requirements， and insufficient sustainable guidance in the knowledge system， this article reconstructs a curriculum system that encompasses three major modules： basic Python syntax， cross-language programming， and comprehensive practice. Additionally， an extended learning section is introduced to enhance the sustainable guidance of the knowledge system. A teaching format of “read-analyze-test-expand” is proposed. Through practice， the course has achieved satisfactory teaching results.

Key words： vocational college level; big data major; Python language teaching; teaching content reconstruction; teaching form practice