新商科背景下基于頭歌平臺(tái)的Python程序設(shè)計(jì)課程的案例設(shè)計(jì)與實(shí)訓(xùn)制作

陳娟　龔文勝　謝曉艷　莫鐵強(qiáng)

［摘 要］新商科以數(shù)字經(jīng)濟(jì)為背景，迫切需要知識(shí)技能跨界、多種思維融合的復(fù)合型新商科人才。湖南大學(xué)針對(duì)商科專業(yè)開(kāi)設(shè)的Python程序設(shè)計(jì)課程，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式方面進(jìn)行改革，設(shè)計(jì)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)案例注重專業(yè)性、生活化和遞進(jìn)性，并在頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)設(shè)置實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，訓(xùn)練其計(jì)算思維。

［關(guān)鍵詞］新商科；Python 程序設(shè)計(jì)；案例教學(xué)；頭歌；計(jì)算思維

［中圖分類號(hào)］G642.0［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］2095-3437（2024）01-0029-04

湖南大學(xué)是一所綜合性大學(xué)，于2020年9月開(kāi)設(shè)計(jì)算與人工智能概論課程。該課程結(jié)合不同學(xué)科的要求，建立了工科、理科、商科、文科四類教學(xué)體系。其中，面向會(huì)計(jì)、國(guó)貿(mào)、統(tǒng)計(jì)等商科專業(yè)學(xué)生，教學(xué)內(nèi)容以Python基礎(chǔ)知識(shí)、應(yīng)用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)分析為核心，教學(xué)方式以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的案例教學(xué)為主，在頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)上設(shè)置實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。在理論和實(shí)踐課堂中，采取做中學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生邊聽(tīng)課邊完成實(shí)訓(xùn)。在考核方式上，采取課堂選擇題、實(shí)訓(xùn)、小測(cè)、期中期末機(jī)試、綜合實(shí)訓(xùn)等多頻次、多模式、全過(guò)程考核。同時(shí)，在頭歌平臺(tái)和超星教學(xué)平臺(tái)上提供課件、實(shí)踐教程、教學(xué)視頻、習(xí)題答案等教學(xué)資源，便于教師開(kāi)展線上線下混合式教學(xué)。通過(guò)以上舉措，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生的自主探究，滿足了學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，取得了較好的教學(xué)效果。在完成教學(xué)考核后，課題組對(duì)部分商科專業(yè)學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查。對(duì)于課程的整體評(píng)價(jià)，22.70%的學(xué)生認(rèn)為收獲很大，50.71%的學(xué)生認(rèn)為有一定的收獲。

通過(guò)三年的教學(xué)實(shí)踐，湖南大學(xué)建立了包含教學(xué)案例、實(shí)驗(yàn)案例、練習(xí)案例、小測(cè)和期中期末考試的案例庫(kù)，并將所有的案例設(shè)置成實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，在頭歌平臺(tái)上建立了Python程序設(shè)計(jì)課程（https：//www.educoder.net/paths/yz34c6m9）。目前該課程供本校和外校共十萬(wàn)多名學(xué)生學(xué)習(xí)，并榮獲中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)舉辦的第六屆“開(kāi)源創(chuàng)新大賽”開(kāi)源案例教學(xué)賽道——特色化開(kāi)源案例教學(xué)賽二等獎(jiǎng)。

一、傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)教學(xué)存在的問(wèn)題

傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)課程多以教師為中心：教師以語(yǔ)法知識(shí)講授為主線；學(xué)生只是被動(dòng)地聽(tīng)課，很難透徹理解所學(xué)的知識(shí)，當(dāng)面對(duì)編程要解決的實(shí)際問(wèn)題時(shí)，學(xué)生通常感到無(wú)從下手。只有通過(guò)大量案例的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，才能讓學(xué)生了解如何分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)算法、編寫(xiě)和調(diào)試程序，培養(yǎng)計(jì)算思維。由于大部分學(xué)生沒(méi)有編程基礎(chǔ)（根據(jù)課題組對(duì)新生的調(diào)查，80.85%的學(xué)生沒(méi)有學(xué)過(guò)程序設(shè)計(jì)），如果采用以學(xué)生為中心的翻轉(zhuǎn)課堂模式，教學(xué)效果也不理想。只有建立以教師為主導(dǎo)、學(xué)生積極參與的做中學(xué)的教學(xué)模式，讓學(xué)生在課堂上邊聽(tīng)邊練，才能讓學(xué)生在實(shí)踐中獲得知識(shí)，提高能力[1]。

二、教學(xué)實(shí)踐

在三年的教學(xué)實(shí)踐中，為了解決上述問(wèn)題，課題組根據(jù)學(xué)生的反饋不斷調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)案例，在頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)上設(shè)置了大量的教學(xué)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

（一）教學(xué)內(nèi)容

新商科是指在傳統(tǒng)商科的基礎(chǔ)上，結(jié)合信息技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)、人工智能等新興技術(shù)和新興領(lǐng)域的商科教育。在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，數(shù)據(jù)資源被視為最重要的戰(zhàn)略資產(chǎn)，數(shù)據(jù)分析能力成為商科人才的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一[2]。結(jié)合專業(yè)需求，除了Python的基礎(chǔ)知識(shí)，在Python應(yīng)用部分，課題組安排了文件處理和管理、網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)和數(shù)據(jù)分析的教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生初步掌握使用OS庫(kù)處理數(shù)據(jù)文件，使用網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)采集數(shù)據(jù)，使用Pandas庫(kù)分析數(shù)據(jù)，使用Matplotlib庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。

（二）教學(xué)案例

1.Python基礎(chǔ)知識(shí)的案例

在Python基礎(chǔ)知識(shí)的案例中，課題組既引用了經(jīng)典的計(jì)算機(jī)算法，也設(shè)計(jì)了與商科專業(yè)領(lǐng)域相結(jié)合的問(wèn)題、生活中的常識(shí)問(wèn)題。表1列舉了各知識(shí)點(diǎn)所使用的一些案例。

（1）專業(yè)性

在設(shè)計(jì)案例時(shí)，課題組盡量結(jié)合商科專業(yè)的知識(shí)點(diǎn)。例如，對(duì)會(huì)計(jì)專業(yè)設(shè)計(jì)有計(jì)算固定資產(chǎn)折舊、個(gè)人所得稅、等額本金和等額本息貸款等內(nèi)容，對(duì)金融專業(yè)設(shè)計(jì)有信用卡號(hào)校驗(yàn)、投資年限計(jì)算等內(nèi)容，對(duì)國(guó)貿(mào)專業(yè)設(shè)計(jì)有幣種轉(zhuǎn)換的內(nèi)容，對(duì)統(tǒng)計(jì)專業(yè)設(shè)計(jì)有統(tǒng)計(jì)函數(shù)定義及調(diào)用的內(nèi)容，對(duì)管理專業(yè)設(shè)計(jì)有用戶登錄密碼檢測(cè)等內(nèi)容。通過(guò)這些案例，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)編程解決問(wèn)題，認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的必要性。

（2）生活化

課題組設(shè)計(jì)了很多涉及學(xué)生日常生活的案例，并引入了思政元素。例如，通過(guò)BMI指數(shù)判斷、血壓統(tǒng)計(jì)，普及個(gè)人健康方面的常識(shí)；通過(guò)身份證號(hào)信息的提取，讓學(xué)生意識(shí)到保護(hù)個(gè)人隱私的重要性；通過(guò)階梯價(jià)格的電費(fèi)、水費(fèi)計(jì)算，讓學(xué)生樹(shù)立節(jié)約資源的環(huán)保意識(shí)；通過(guò)成語(yǔ)接龍小游戲，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。通過(guò)這些案例，既可以啟發(fā)學(xué)生通過(guò)編程解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，也可以加強(qiáng)思政教育，促進(jìn)學(xué)生形成良好的人格素養(yǎng)。

（3）遞進(jìn)性

課題組在設(shè)計(jì)案例時(shí)，針對(duì)同一個(gè)背景知識(shí)，在各個(gè)章節(jié)設(shè)計(jì)了不同的案例，如對(duì)身份證號(hào)信息的提取（見(jiàn)表2）。這些案例中，有些知識(shí)點(diǎn)是相同的，如字符串的切片是一個(gè)非常重要的知識(shí)點(diǎn)。有些知識(shí)點(diǎn)是相似的，如通過(guò)身份證號(hào)提取的年號(hào)對(duì)12取余判斷生肖，再構(gòu)造一個(gè)生肖組成的字符串，根據(jù)余數(shù)對(duì)生肖字符串切片來(lái)實(shí)現(xiàn)；通過(guò)構(gòu)造一個(gè)由月號(hào)、日號(hào)和星座名組成的二維元組判斷星座，通過(guò)身份證號(hào)提取的月號(hào)、日號(hào)與元組的月號(hào)列、日號(hào)列的比較，來(lái)定位星座所在的元組；通過(guò)遍歷地區(qū)文件構(gòu)造一個(gè)地區(qū)編碼和地區(qū)名稱形成的字典判斷地區(qū)，再通過(guò)身份證號(hào)提取地區(qū)編碼，在字典中以其為鍵查找對(duì)應(yīng)的值。從字符串、元組到字典，層層遞進(jìn)，由易到難，讓學(xué)生循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)，并根據(jù)需要設(shè)計(jì)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)、使用這些數(shù)據(jù)。

綜合這些案例，課題組指導(dǎo)學(xué)生制作的微課作品《身份證的奧秘》在2022年大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽中榮獲全國(guó)三等獎(jiǎng)。該微課作品使用萬(wàn)彩動(dòng)畫(huà)大師、Premiere、PowerPoint等軟件制作，以動(dòng)畫(huà)人物小白收到詐騙短信為情景引入，大神一步步地告訴小白如何通過(guò)編寫(xiě)程序，從身份證號(hào)碼中提取出生日期，通過(guò)地區(qū)編碼和地區(qū)文本文件判斷其所屬地區(qū)。

2.Python應(yīng)用部分的案例

在Python的應(yīng)用部分，課題組設(shè)計(jì)的案例如表3所示。

在文件處理和文件夾管理部分，設(shè)計(jì)的案例是唐詩(shī)的分類。根據(jù)該案例，課題組指導(dǎo)學(xué)生制作的微課作品在2023年大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽中榮獲全國(guó)二等獎(jiǎng)。該微課中，動(dòng)畫(huà)人物小白要參加詩(shī)詞大會(huì)，需要將唐詩(shī)文本文件按詩(shī)人進(jìn)行歸類，大神指導(dǎo)她編寫(xiě)程序，根據(jù)唐詩(shī)文本文件建立多個(gè)詩(shī)人文件夾，并將每首唐詩(shī)分割為各個(gè)文件，存放在對(duì)應(yīng)的詩(shī)人文件夾下。

（三）實(shí)訓(xùn)內(nèi)容制作

為了滿足學(xué)生動(dòng)手編程的需求，課題組將所有的教學(xué)案例、實(shí)驗(yàn)案例制作為頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。該平臺(tái)作為學(xué)生練習(xí)的平臺(tái)，練習(xí)成績(jī)作為考核評(píng)估的依據(jù)。

1.實(shí)訓(xùn)制作

頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)是國(guó)內(nèi)高校廣泛應(yīng)用的在線實(shí)踐教學(xué)服務(wù)平臺(tái)。教師通過(guò)平臺(tái)布置實(shí)訓(xùn)作業(yè)。每項(xiàng)實(shí)訓(xùn)任務(wù)由多個(gè)實(shí)驗(yàn)關(guān)卡組成。在每個(gè)實(shí)訓(xùn)關(guān)卡的左邊，教師可編輯任務(wù)描述、知識(shí)點(diǎn)講解、測(cè)試說(shuō)明等，也可以鏈接課件、視頻[3]。學(xué)生無(wú)需安裝編譯程序，只要有網(wǎng)絡(luò)，便可使用電腦、平板或手機(jī)完成實(shí)訓(xùn)。在做題時(shí)，學(xué)生可根據(jù)實(shí)訓(xùn)關(guān)卡左邊的知識(shí)點(diǎn)有針對(duì)性地學(xué)習(xí)，通過(guò)邊學(xué)邊練，加深記憶。在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的語(yǔ)法錯(cuò)誤，可通過(guò)預(yù)期輸出查看提示；運(yùn)行結(jié)果錯(cuò)誤可通過(guò)比對(duì)預(yù)期輸出與實(shí)際輸出知曉[4]。

教師在評(píng)測(cè)界面設(shè)置“學(xué)員任務(wù)文件”“評(píng)測(cè)執(zhí)行文件”和“測(cè)試集的輸入和輸出”板塊。學(xué)員任務(wù)文件指進(jìn)入實(shí)訓(xùn)任務(wù)時(shí)，呈現(xiàn)給學(xué)生的初始文件。針對(duì)初學(xué)者，可提供較為詳細(xì)的學(xué)員任務(wù)文件代碼，學(xué)生只需要補(bǔ)充關(guān)鍵代碼；針對(duì)有一定經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，可提供較為簡(jiǎn)單的學(xué)員任務(wù)文件代碼，程序主體基本由學(xué)生編寫(xiě)。教師給出測(cè)試集的輸入數(shù)據(jù)和輸出結(jié)果，學(xué)生在評(píng)測(cè)代碼時(shí)無(wú)需手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)測(cè)試集的輸入數(shù)據(jù)運(yùn)行學(xué)員任務(wù)文件，并將運(yùn)行結(jié)果與測(cè)試集的輸出結(jié)果進(jìn)行比較，通過(guò)比較結(jié)果是否相同來(lái)判斷程序是否正確。這樣既能夠公正客觀地給出分?jǐn)?shù)，又能夠省去繁雜的評(píng)分工作。

2.實(shí)訓(xùn)應(yīng)用

（1）課堂教學(xué)

根據(jù)調(diào)查，62.77%的學(xué)生希望教師在課堂教學(xué)中采用邊講邊練的形式。所以，在課堂上，教師講解完主要知識(shí)點(diǎn)和教學(xué)案例后，給出適當(dāng)?shù)臅r(shí)間讓學(xué)生在實(shí)訓(xùn)平臺(tái)上運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題。

對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，鼓勵(lì)其在完成教學(xué)案例實(shí)訓(xùn)后，獨(dú)立完成對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)案例實(shí)訓(xùn)。對(duì)于在課堂上無(wú)法完成實(shí)訓(xùn)的學(xué)生，引導(dǎo)其利用課余時(shí)間學(xué)習(xí)網(wǎng)站的教學(xué)視頻，完成教學(xué)案例實(shí)訓(xùn)。

（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)

根據(jù)調(diào)查，對(duì)于實(shí)驗(yàn)案例實(shí)訓(xùn)，57%的學(xué)生認(rèn)為教師應(yīng)給出解題思路，并詳細(xì)講解；54%的學(xué)生認(rèn)為教師應(yīng)給出提示，學(xué)生自主完成；只有6%的學(xué)生認(rèn)為教師應(yīng)該直接給出答案。這說(shuō)明大部學(xué)生希望能夠通過(guò)思考實(shí)踐得到解答，而不是直接復(fù)制答案。所以，在實(shí)驗(yàn)課上，簡(jiǎn)單的實(shí)訓(xùn)可安排學(xué)生獨(dú)立完成；難度較大的實(shí)訓(xùn)，教師可以給予適當(dāng)提示。通常，教師設(shè)置實(shí)訓(xùn)的開(kāi)始時(shí)間是課堂教學(xué)完成后，截止時(shí)間是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)完成后的一周左右，學(xué)生可自主安排實(shí)訓(xùn)進(jìn)度。在實(shí)訓(xùn)截止的前一天，教師通過(guò)騰訊會(huì)議對(duì)實(shí)驗(yàn)案例做詳細(xì)的講解。在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)時(shí)間截止后，教師在教學(xué)網(wǎng)站公布詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)解答文件。

根據(jù)調(diào)查，14%的學(xué)生認(rèn)為應(yīng)該增加實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。所以，課題組按章節(jié)增加了實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，供學(xué)有余力的學(xué)生練習(xí)提升。

（3）考試考核

在程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)情況存在較大的差異。教師要承認(rèn)這種差異，因材施教，讓不同層次的學(xué)生有不同的收獲。課程考試由小測(cè)、期中考試和期末考試組成，均采取開(kāi)卷形式，學(xué)生可攜帶紙質(zhì)資料，在頭歌平臺(tái)進(jìn)行操作。

在2021年的期評(píng)成績(jī)中，共有三次小測(cè)成績(jī)，每次小測(cè)有三道實(shí)訓(xùn)題，考試時(shí)間為一小時(shí)。小測(cè)成績(jī)占總成績(jī)的10%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，小測(cè)成績(jī)與期評(píng)成績(jī)的相關(guān)系數(shù)為0.67，說(shuō)明該成績(jī)能真實(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。在調(diào)查中，35.46%的學(xué)生認(rèn)為小測(cè)很好，可以督促進(jìn)行階段性的復(fù)習(xí)；43.26%的學(xué)生認(rèn)為小測(cè)還行，難度合適。這說(shuō)明小測(cè)可以讓學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)情況，受到學(xué)生認(rèn)可。

期中和期末考試由30%的選擇題和70%的實(shí)訓(xùn)題組成。期中實(shí)訓(xùn)題有六道，包括表達(dá)式、for循環(huán)、字符串、分支、循環(huán)和多重循環(huán)。期中成績(jī)占期評(píng)成績(jī)的10%，與期評(píng)成績(jī)的相關(guān)系數(shù)為0.8。期末實(shí)訓(xùn)題有六道，包括函數(shù)、二維列表、字典、文件處理、Pandas數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化。期末成績(jī)占期評(píng)成績(jī)的40%，與期評(píng)成績(jī)的相關(guān)系數(shù)為0.895。在調(diào)查中，對(duì)于期中和期末考試，70%的學(xué)生認(rèn)為難度合適。

三、教學(xué)反思

課題組將繼續(xù)完善這些實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，完成視頻制作。同時(shí)，擬改革綜合實(shí)訓(xùn)的考核方式。目前，綜合實(shí)訓(xùn)的考核是組織學(xué)生完成頭歌實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)上教師設(shè)置的固定內(nèi)容的實(shí)訓(xùn)，并未充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。在之后的教學(xué)改革中，課題組將對(duì)綜合實(shí)訓(xùn)推行分級(jí)考核：對(duì)于只愿意完成固定內(nèi)容的學(xué)生，給出基本分；對(duì)于愿意自行設(shè)計(jì)完成創(chuàng)新項(xiàng)目的學(xué)生，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)答辯成績(jī)（80%）和設(shè)計(jì)報(bào)告成績(jī)（20%）進(jìn)行評(píng)分；鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)以致用，提高其創(chuàng)新能力。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

［1] 周金鳳.基于“SPOC+Python123 平臺(tái)+QQ 課程群”的程序設(shè)計(jì)類課程混合式教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2022（7）：161-165.

［2] 柳青.新商科背景下Python程序設(shè)計(jì)課程混合式教學(xué)方法與實(shí)踐[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2022，18（20）：133-135.

［3] 周競(jìng)文，周海芳，吳荻，等.基于Python問(wèn)題求解的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程實(shí)訓(xùn)資源建設(shè)[J].計(jì)算機(jī)教育，2022（4）：174-177.

［4] 胡子慧，楊利華.基于EduCoder的Python程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐[J].電子技術(shù)，2022，51（5）：142-143.

［責(zé)任編輯：黃緊德］