大數(shù)據(jù)技術(shù)協(xié)同優(yōu)化Python課程教學(xué)模式研究

丁曉劍 楊帆

摘要：針對Python語言學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的自主能動(dòng)性以及計(jì)算邏輯思維能力較低，提出了大數(shù)據(jù)技術(shù)協(xié)同優(yōu)化Python課程教學(xué)模式。通過將大數(shù)據(jù)以及人工智能技術(shù)融入Python教學(xué)過程中，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)相應(yīng)案例過程中，深入理解Python的基礎(chǔ)理論知識，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，同時(shí)也能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，進(jìn)一步提升了課程的整體教學(xué)效果，達(dá)到預(yù)期Python課程教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：Python語言;大數(shù)據(jù);主體思維;計(jì)算思維

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）11-0095-02

Research on Big Data Technology Collaborative Optimization Python Teaching Mode

DING Xiao-jian， YANG Fan

（College of Information Engineering， Nanjing University of Finance and Economics， Nanjing 210003， China）

Abstract： Aiming at the students' low autonomous initiative and low computational logic thinking ability in the process of Python language learning， the big data technology collaborative optimization Python course teaching model is proposed. By integrating big data and artificial intelligence technology into the Python teaching process， students can deeply understand the basic theoretical knowledge of Python in the process of learning corresponding cases， which can not only cultivate students' logical thinking ability， but also stimulate their innovation ability. It improves the overall teaching effect of the course and achieves the expected Python course teaching objectives.

Key words： Python programming; big data; subjective thinking; computational thinking

隨著智能信息時(shí)代的快速發(fā)展，開發(fā)者越來越喜歡利用便捷高效的程序語言，實(shí)現(xiàn)對海量大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，以及建立對機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等涉及的復(fù)雜數(shù)理模型，進(jìn)而促進(jìn)了Python高級程序設(shè)計(jì)語言的快速發(fā)展[1]。Python語言有利于使用者無須過多關(guān)注底層開發(fā)知識，可利用計(jì)算思維分析能力解決邏輯問題，更有利于開發(fā)者學(xué)習(xí)和使用。傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語言學(xué)習(xí)過程中，不僅語法繁多、限制嚴(yán)格，而且開發(fā)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用接口也相對較少，對于非專業(yè)人士學(xué)習(xí)而言，更加乏味枯燥;而Python語言主要讓學(xué)習(xí)者專注于整個(gè)邏輯問題涉及的算法方面上，無須過多關(guān)注語法細(xì)節(jié)上，這也是Python語言主要特色和優(yōu)勢。

大數(shù)據(jù)信息時(shí)代的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)不斷的遞增，在當(dāng)前發(fā)展過程中已經(jīng)將大數(shù)據(jù)技術(shù)融入成為激發(fā)生產(chǎn)力為內(nèi)核，尤其結(jié)合人工智能和云計(jì)算等新型技術(shù)，正在逐漸滲透到日常生活中的各行各業(yè)，使得數(shù)據(jù)信息成為一種新的能源，時(shí)時(shí)刻刻影響著我們的生活。如何快速有效的挖掘數(shù)據(jù)中的有效數(shù)據(jù)以及各個(gè)數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系和價(jià)值，直接影響到信息處理的可信度。而傳統(tǒng)信息管理系統(tǒng)因?yàn)椴杉⒋鎯Α⒎治龅裙δ懿粔蛲陚?，使得我們只能利用很少的?shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析決策，無法精確獲取大量數(shù)據(jù)內(nèi)核信息，因此一直成為管理者的比較苦惱的問題[2]。由于技術(shù)的限制，成為我們與數(shù)據(jù)交流的困難的瓶頸，而當(dāng)前技術(shù)條件發(fā)展非常迅速，雖然我們在面臨海量數(shù)據(jù)問題依然能力有限，但是我們可以在進(jìn)行處理數(shù)據(jù)量的能力已經(jīng)提升了很高，從而也較以往數(shù)據(jù)信息管理水平也較高了。

當(dāng)前階段大數(shù)據(jù)表現(xiàn)的特征主要有數(shù)據(jù)量非常大、數(shù)據(jù)類型非常復(fù)雜、數(shù)據(jù)的價(jià)值密度低。大數(shù)據(jù)憑借著數(shù)據(jù)規(guī)模大以及類型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法利用常規(guī)設(shè)備進(jìn)行獲取處理，既而不便于有效快捷服務(wù)管理，同時(shí)海量的數(shù)據(jù)也無法依靠管理者自身理解對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行短時(shí)間內(nèi)收集分析，因而合理有效地采集處理數(shù)據(jù)，用信息管理手段對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，才能夠挖掘出海量數(shù)據(jù)背后有價(jià)值規(guī)律性的內(nèi)容。為此通過大數(shù)據(jù)和人工智能進(jìn)行開創(chuàng)教育新模式、培養(yǎng)專業(yè)精英、構(gòu)建和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容模型、滿足個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)等方面為Python課程教學(xué)創(chuàng)新發(fā)展注入新動(dòng)力。

1 Python課程教學(xué)問題分析

由于課程開設(shè)面向不同專業(yè)的學(xué)生，使得學(xué)生對未來職業(yè)發(fā)展需求也不同，從而在學(xué)習(xí)編程語言面對的應(yīng)用場景也不同，如果采用傳統(tǒng)基礎(chǔ)語法知識的傳授，直接導(dǎo)致主體學(xué)習(xí)過程中自主能動(dòng)性缺失。隨著新型科技技術(shù)的快速發(fā)展，以及多形態(tài)媒介的大量傳播，使得各個(gè)主體學(xué)習(xí)過程中更想將知識點(diǎn)轉(zhuǎn)換到解決實(shí)際應(yīng)用問題中，尤其當(dāng)前人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等前沿知識，學(xué)生主體更期待通過學(xué)習(xí)知識自然過渡到掌握一些前沿相關(guān)技能。

由于Python語言的課程開設(shè)，很多高校都是在其他語言C語言，C++語言或者Java語言等學(xué)完以后進(jìn)行開設(shè)，從而導(dǎo)致一部分學(xué)生主體對繼續(xù)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語言有一種排斥性，同時(shí)也會導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)新語言過程中很容易和其他語言的語法規(guī)則進(jìn)行混淆，既而使得學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低迷;為此在Python授課過程中，可適當(dāng)補(bǔ)充對比分析不同語言之間的差異性，既而更加加深學(xué)生對知識的理解。尤其對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的Python課程教學(xué)中，很多課程教學(xué)模式?jīng)]有充分考慮到專業(yè)需求定位上，應(yīng)該最大化降低學(xué)生主體學(xué)習(xí)難度。如經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)學(xué)專業(yè)需更多關(guān)注與如何利用Python語言對經(jīng)濟(jì)市場變化的數(shù)量模型分析，而更有針對性的講解專業(yè)目標(biāo)需求相關(guān)知識點(diǎn)，如講解數(shù)據(jù)爬蟲技術(shù)獲取市場數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合分析，對關(guān)聯(lián)度不大的知識點(diǎn)等就無須重點(diǎn)講解。

在教學(xué)環(huán)節(jié)過程中，通常都是以老師為主的直接灌溉式授課，缺乏學(xué)生主動(dòng)參與性和相互協(xié)作性，很難將學(xué)生的主體個(gè)性發(fā)展融入課程教學(xué)體系中，既而創(chuàng)新性得不到很好的培養(yǎng)。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，也都是將各個(gè)獨(dú)立的知識點(diǎn)進(jìn)行鞏固練習(xí)，無法將各個(gè)知識點(diǎn)關(guān)聯(lián)起來，不能形成連續(xù)性教學(xué)體系，同時(shí)缺乏工程性思維和實(shí)踐能力，沒有從學(xué)生主體性需求考慮[3]。教學(xué)最后環(huán)節(jié)的考核方式較單一，無法綜合考核衡量學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中的水平，學(xué)生主體思維感覺整個(gè)課程學(xué)習(xí)后成就感不高，計(jì)算邏輯思維沒有明顯提高。針對上述Python課程教學(xué)存在的問題，本文重點(diǎn)研究了大數(shù)據(jù)及機(jī)器學(xué)習(xí)協(xié)同優(yōu)化Python課程教學(xué)，其通過擴(kuò)展學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，學(xué)術(shù)視野和應(yīng)用能力，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行開放式、自主式、探究式學(xué)校，指導(dǎo)學(xué)生多閱讀，多練習(xí)，多思考，多討論，多實(shí)踐;注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、批判性思維能力。

2 大數(shù)據(jù)技術(shù)協(xié)同優(yōu)化Python課程教學(xué)

Python語言目前廣泛流行與國內(nèi)外各大高校，無論是計(jì)算機(jī)專業(yè)將其作為熱點(diǎn)語言進(jìn)行學(xué)習(xí)，還是對于非計(jì)算機(jī)專業(yè)而言也極其受到追捧;同時(shí)，在日常生活中具有廣泛應(yīng)用場景，如利用Python進(jìn)行Web開發(fā)應(yīng)用、游戲開發(fā)、操作系統(tǒng)管理等，為此，Python語言已逐漸成為各大知名公司的開發(fā)崗位上明確要求的基本技能。Python語言是一種簡潔、優(yōu)雅、便捷的解釋性高級動(dòng)態(tài)編程語言，具有豐富的內(nèi)置對象、標(biāo)準(zhǔn)模塊和擴(kuò)展庫，適合應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行高效邏輯業(yè)務(wù)流程處理;尤其具有非常豐富、功能較強(qiáng)的第三方開源擴(kuò)展庫，如：計(jì)算機(jī)視覺庫OpenCV，機(jī)器學(xué)習(xí)庫scikit-learn，科學(xué)計(jì)算庫NumPy、SciPy和Matplotlib等，較其他高級語言而言，Python語言更易學(xué)、易維護(hù)[4]。

大數(shù)據(jù)時(shí)代的發(fā)展標(biāo)志著人們對信息處理在量化上得到了挖掘，以及在挖掘信息的過程中能夠更加清晰地認(rèn)知當(dāng)前社會中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息的內(nèi)涵，使得人們對認(rèn)知世界中的數(shù)據(jù)信息得到了升華，從而使得在這個(gè)過程中大數(shù)據(jù)信息管理得到了快速發(fā)展。如何有效地利用大數(shù)據(jù)時(shí)代下的智能信息化管理來體現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的價(jià)值，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，來充分發(fā)揮數(shù)據(jù)與技術(shù)的完美融合。大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的就是要確保在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)邏輯模型的基礎(chǔ)上，盡量使目標(biāo)系統(tǒng)的簡潔性、可擴(kuò)展性、一致性、邏輯完整性、系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)的運(yùn)行效率以及系統(tǒng)的安全性等得到提高，這個(gè)階段也是為了確保后期對大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的實(shí)施過程制定相應(yīng)的藍(lán)圖。在設(shè)計(jì)過程中需要充分考慮到如何設(shè)計(jì)高效的系統(tǒng)模型和體系，使得系統(tǒng)能夠確保海量數(shù)據(jù)簡單易用，同時(shí)也要避免重復(fù)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)不一致性問題，確保數(shù)據(jù)的規(guī)范性，同時(shí)也要考慮如何提供高效的系統(tǒng)開發(fā)工具，設(shè)計(jì)有效的高效賦能的數(shù)據(jù)管理功能，確保數(shù)據(jù)服務(wù)的穩(wěn)定性，這些都是大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中需要重點(diǎn)考慮。

數(shù)據(jù)爬蟲是一種功能強(qiáng)大的獲取數(shù)據(jù)的方式，使用范圍也非常廣泛，爬蟲可以使用多種語言進(jìn)行編寫，如C++，Java，Python等;目前大多數(shù)的爬蟲程序都是用腳本語言編寫，由于Python有很多相關(guān)的HTTP請求模塊和HTML解析模塊，還有功能強(qiáng)大的庫和框架，比如Scarpy，Beautifulsoup等，因此通過利用Python更適合用來編寫爬蟲程序[5]。如圖1所示，為學(xué)生自主開發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用Python語言以及利用Django框架，數(shù)據(jù)爬蟲部分采取了request技術(shù)、selenium庫和Beautifulsoup數(shù)據(jù)解析，實(shí)現(xiàn)了交通指數(shù)數(shù)據(jù)可視化顯示系統(tǒng)。

通過將大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，能夠處理傳統(tǒng)信息管理難以解決的問題，比如公安部門在進(jìn)行流動(dòng)人口管理過程中，面臨著流動(dòng)人口數(shù)據(jù)的來源多、結(jié)構(gòu)差異化明顯等特征非常復(fù)雜，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)信息管理很難對流動(dòng)人口進(jìn)行數(shù)據(jù)化管理，因此通過利用大數(shù)據(jù)技術(shù)開發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)流動(dòng)人口管理。通過流動(dòng)人口數(shù)據(jù)信息管理不僅能夠方便公安人員對各類人員進(jìn)行合理分類，同時(shí)也便于對可疑人員進(jìn)行相應(yīng)的特征分析，通過海量的數(shù)據(jù)分析可以最大化地挖掘流動(dòng)人員的異常行為等。學(xué)生通過利用Python語言結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)方法自主設(shè)計(jì)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了視頻行人目標(biāo)檢測與跟蹤的系統(tǒng)，如圖2所示。Python中TensorFlow是一個(gè)端到端的開源機(jī)器學(xué)習(xí)平臺，具有包含各種工具、庫和社區(qū)資源的全面而靈活的生態(tài)系統(tǒng)，它使研究人員能夠有效進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域中先進(jìn)技術(shù)的開發(fā)，并使開發(fā)人員能夠輕松構(gòu)建和部署由機(jī)器學(xué)習(xí)支持的應(yīng)用程序。

學(xué)生自主開發(fā)的行人目標(biāo)檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了批量處理訓(xùn)練數(shù)據(jù)、訓(xùn)練模型以及使用模型進(jìn)行目標(biāo)檢測的功能。通過利用數(shù)據(jù)處理對行人目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其符合模型訓(xùn)練要求的格式，使用行人目標(biāo)數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練，生成用于檢測行人目標(biāo)的模型;利用訓(xùn)練好的模型，將視頻或者圖片作為輸入，輸出視頻幀中的行人目標(biāo)以及坐標(biāo)，通過矩形框標(biāo)示檢測出的行人目標(biāo)的位置。

3 結(jié)論

通過利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行Python課程優(yōu)化教學(xué)，不僅能夠優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容模型，同時(shí)也能夠滿足學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)。尤其在學(xué)習(xí)Python語言的過程中，學(xué)生對當(dāng)前主流技術(shù)的認(rèn)知較少，因而在Python課程教學(xué)過程中，通過將大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合相應(yīng)的案例融入課程教學(xué)體系中來，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，同時(shí)也能夠激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。與傳統(tǒng)的單一教學(xué)模式相比，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)協(xié)同優(yōu)化Python課程教學(xué)模式能夠更好地發(fā)揮學(xué)生的主體能動(dòng)性，從而進(jìn)一步提升教學(xué)效果。

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