新工科视角下以计算思维为导向的高职Python程序设计公共课程教学改革研究

2020-08-21 17:21:37 电脑知识与技术 2020年21期

肖卓宇 黄俊 徐运标 陈果 郭杰

摘要:针对新工科视阈下高职学生程序设计公共课程实践能力欠缺的问题,以公共课程Python程序设计为例,通过Python基础学习知识点与计算思维能力映射、Python numpy库知识点与计算思维能力映射、Python pandas库知识点与计算思维能力映射、Python matplotlib库知识点与计算思维能力映射4个模块对公共课程Python程序设计进行教学改革。实验结果证明,引入计算思维技能的教学改革有助于提升高职学生程序设计能力。

关键词:新工科;计算思维;Python程序设计;映射;计算思维能力

中图分类号:TP3 文献标识码:A

文章编号:1009-3044(2020)21-0154-02

开放科学(资源服务)标识码(OSID):

1 前言

2018年3月15日,教育部办公厅发布《教育部办公厅关于公布首批“新工科”研究与实践项目的通知》[1]。新工科专业主要指针对新兴产业的专业,以互联网和工业智能为核心,包括大数据、云计算、人工智能、区块链、虚拟现实、智能科学与技术等相关工科专业[2]。2006年3月,美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真提出计算思维( Computational Thinking)的概念,计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为[3]。肖卓宇[4-6]等人基于计算思维的教学方式、教学内容、教学课程及考核方式进行了教学改革。文献[7]引入计算思维对课程数据结构就行了深入研究,取得了较好的效果。文献[8]引入计算思维针对新工科大数据技术课程体系进行了优化,取得了一定的成效。

课题组前期工作取得了较好的科研成果[9-15]。但我院作为“工”字号全国示范性高职院校,学生入学分数相对较低,理论基础薄弱,在国家大力倡导新工科的背景下,引入计算思维的高职Python程序设计公共课程教学改革研究显得尤为重要。

2 计算思维导向下的公共课程Python程序设计

PYthon程序设计作为学院公共课程需要学生掌握Python程序基础、numpy库、pandas库、matplotlib库四个主要模块,为学习好这些模块,需要具备相应的计算思维能力,见图1。

2.1计算思维能力与Python基础知识为映射表1中描述了Python程序基础部分需要掌握的知识点与计算思维能力要求的映射关系。表1中对Python程序基础的运算符、变量、模块、类、文件、异常等知识点做出了要求。此外,实战项目《男女电影评分差异比较》要求首先对复杂问题进行抽象思维求解,再通过形式化符号表示,递归等计算思维方法进行具体问题求解。

2.2 计算思维能力与Python numpy库知识点映射

表2中描述了Python numpy数学函数库部分需要掌握的知识点与计算思维能力要求的映射关系。表2中对Python numpy库的numpy的属性、array、numpy的运算等知识点做出了要求。此外,实战项目需要实现《图像的手绘效果》,这对计算思维中的抽象思维、符号表示、形式化证明等方法有着较高的要求。

2.3 计算思维能力与Python pandas库知识点映射

表3中描述了Python pandas库部分需要掌握的知识点与计算思维能力要求的映射关系。表3中对Python pandas库的Series、DataFrame、选择数据等知识点做出了要求。此外,實战项目需要实现《Pandas特征效果分析》,这同样对计算思维中的抽象思维、符号表示、形式化证明等方法有着较高的要求。

2.4 计算思维能力与Python matplotlib库知识点映射

表4中描述了Python matplotlib可视化库部分需要掌握的知识点与计算思维能力要求的映射关系。表4中对Python mat-plotlib库的figure图像、设置坐标轴、legend图例、scatter散点图等知识点做出了要求。此外,实战项目需要实现《引力波绘制》,这对计算思维中的抽象思维、模型构建、符号表示等方法有着较高的要求。

3 结论

本课题对新工科视角下以计算思维为导向的高职Python程序设计公共课程教学改革进行了研究,以Python程序为例,分4阶段对其映射的计算思维方法进行深入研究。事实证明,新工科视角下引入计算思维的思想有助于提升学生学习效率,今后工作将进一步厘析知识点要求与计算思维能力要求之间的关系,为学生程序设计能力的提升奠定坚实的基础。

参考文献:

[1]祝士明,郭琰.智能教育背景下新工科教学改革:框架设计与实施路径[J].高等工程教育研究,2019(6):155-161.

[2]狄长艳,周庆国,李廉.新工科背景下对于计算思维的再认识[J].中国大学教学,2019(21):47-53.

[3]何钦铭,王浩.面向新工科的大学计算机基础课程体系及课程建设[Jl.中国大学教学,2019(1):39-43.

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[5]肖卓宇,叶嘉笑.基于CDIO的IT类应用型创新人才培养模式的研究[J].湖南邮电职业技术学院学报,2019,18(1):89-90,97.

[6]肖卓宇,叶嘉笑,黎妍.计算机专业大学生程序设计实践能力培养改革[J]软件导刊.2017,16(2): 197-199.

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[8]肖卓宇,宋艺.基于CDIO的大数据技术课程教学研究[J].长沙民政职业技术学院学报,2018,25(2):125-126.

[9]肖卓宇,何锫,余波.非标准设计模式的恢复[J].计算机工程与设计,2019,40(1): 143-148,208.

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[14]肖卓宇,何锫,杨鑫维,等.基于文法产生式优化的设计模式识别方法[Jl-电子科技大学学报,2017,46(3): 569-576.

[15]肖卓宇,何锫,余波,等.一种形式化上下无关文法关系驱动的设计模式检测方法[J].工程科学学报,2016,38(10):1499-1508.

【通联编辑:张薇】

收稿日期:2020-02-15

基金项目:“2019年度全国高等院校计算机基础教育研究会课题:新工科视角下以计算思维为导向的高职Python程序设计公共课程教学改革研究(2019-AFCEC-332)”

作者简介:肖卓宇(1979-),男,湖南长沙人,副教授,研究方向为软件演化、大数据分析、机器学习等;黄俊(1990-),男,湖南长沙人,助教,主要研究方向:智能制造等;徐运标(1983-),男,湖南邵阳人,硕士,讲师,研究方向:软件工程等;郭杰(1976一),女,湖南常德人,硕士,讲师,研究方向:软件工程等;陈果(1980-),女,湖南长沙人,硕士,讲师,研究方向:软件工程等。