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面向新工科的Python程序设计交叉融合案例教学

更新时间：2019-12-25 14:40:24 大小：374K 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：python 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对高校工科专业程序设计课程教学的现状和存在的问题,依据新工科建设中工程专业对程序设计等信息技术的需求,探索以计算思维为核心、以利用信息技术进行复杂专业问题求解能力培养为导向的思路,构建依托MOOC资源、以学科交叉融合案例研讨为主的教学模式,提升教学效果,为解决复杂专业问题提供信息技术支撑。


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面向新工科的Python程序设计交叉融合案例教学.pdf 374K

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第 8 期  
计 算 机 教 育  
Computer Education  
2017 年 8 月 10 日  
23  
G642  
中图分类号：  
文章编号：1672-5913(2017)08-0023-05  
面向新工科的Python程序设计交叉融合案例教学  
赵广辉  
（武汉理工大学计算机科学与技术学院，湖北武汉430070）  
摘要： 针对高校工科专业程序设计课程教学的现状和存在的问题，依据新工科建设中工程专业对程序  
设计等信息技术的需求，探索以计算思维为核心、以利用信息技术进行复杂专业问题求解能力培养为导  
向的思路，构建依托M O O C 资源、以学科交叉融合案例研讨为主的教学模式，提升教学效果，为解决  
复杂专业问题提供信息技术支撑。  
关键词：新工科；Python；交叉融合；程序设计  
年，工科本科在校生538 万人，毕业生123 万人，  
专业布点17 037 个，工科在校生约占高等教育  
在校生总数的1/3。然而，我国工科人才培养的  
目标定位不清晰，工科教学理科化，对于通识教  
育与工程教育、实践教育与实验教学之间的关系  
和区别存在模糊认识，工程教育与行业企业实际  
脱节太大，工科学生存在综合素质与知识结构方  
面的缺陷[2]。前不久，教育部提出新工科的概念，  
新工科是有别于传统工科的学科交叉产物，强调  
以信息化带动工业化。相对于传统的工科人才，  
未来新兴产业和新经济需要的是工程实践能力  
强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合  
型“新工科”人才[3]。他们不仅在某一学科专业  
上学业精深，还应具有“学科交叉融合”的特征；  
不仅能运用所掌握的知识解决现有的问题，还有  
能力学习新知识、新技术以解决未来发展出现的  
问题，对未来技术和产业起到引领作用。  
0 引 言  
目前，我国高校工科专业均为本科学生开  
设一门程序设计课程，主要讲授C 语言，少量  
Visual Basic 和Fortran 语言。非计算机专业的程  
序设计课程定位是通识教育，对不同学科、不同  
基础的学生采用相同或相近的教学大纲和基本  
相同的教学模式。教学目标侧重于程序设计的基  
本知识和方法，未能很好地将程序设计方法与专  
业问题求解结合起来，课程定位与专业需求不匹  
配。学生不知道如何利用程序设计解决专业问题，  
学习目的不明确，学习动力不足。  
工程教育专业认证标准中要求学生具备能够  
应用信息技术对复杂工程问题进行预测、模拟和  
求解的能力[1]；要求计算机类课程内容能够对专  
业问题求解提供一种信息技术的支撑，使学生能  
够具备运用信息技术解决复杂专业问题的能力，  
而这个能力目前未能明确体现在程序设计课程大  
纲中，在教学过程中经常被忽视。这种支撑作用  
的缺失可能会导致非计算机专业开设程序设计课  
程的必要性被质疑。  
以“AlphaGo”为标志，人工智能进入2.0 时  
代，智能制造是“中国制造2025”的主要方向，  
物联网、大数据、云计算、人工智能、脑认知、  
芯片等新概念层出不穷，创新业态催生大学教育  
转型，传统的理科和工科已不足以应对时代变革，  
需要重构一些核心知识，原来的老知识要升级换  
代[4]。在这个建设过程中，需要大量以程序设计  
1 新工科建设对信息技术的要求  
我国拥有世界上最大规模的工程教育。2016  
作者简介：赵广辉，男，副教授，研究方向为计算机模拟、机器学习、材料计算，zhao@ whut.edu.cn。  
计 算 机 教 育  
Computer Education  
24  
2017  
为核心的信息技术对各专业提供支撑，需要构建  
全新的、适应新工科建设的程序设计教学体系。  
习。Python 语言被广泛用于科学计算、数据处  
理、可视化、图像处理、网站运维、自然语言处  
理、Web 开发、机器学习、大数据、数据挖掘、  
人工智能等领域。目前国际上排名前100 的高校  
中80% 都在开设Python 程序设计，国内众多高  
校在正在构建基于Python 的程序设计教学体系，  
Python 逐渐成为学习程序设计的第一选择[5]。  
2 Python程序设计语言  
20 年前，曾经广泛应用于工科程序设计教  
学的Pascal、BASIC 逐渐被C 语言取代，但从解  
决计算问题角度看，C 语言过分强调语法和性能，  
语法复杂，入门困难，并不适合非计算机专业学  
生解决一般工程和科学问题。从Tiobe 统计数据  
看（表1）， C 语言自 2005 年以来总体呈现下降  
趋势，2015 年后急剧下跌至 7% ，并且没有回升  
的势头。C 语言的进化很缓慢，疲势尽显，很多  
学校和老师都在寻求一种更适合用于非计算机专  
业学生的程序设计教学语言。  
3 Python程序设计教学  
3.1 建设通专融合的程序设计教学模式  
由于各学科、各专业对程序设计的需求不  
同，有些专业关注科学计算，有些专业关注数据  
处理，有些专业关注通讯与控制。面对不同的需  
求，如果还是单纯地将程序设计课程定位于通识  
课程，只讲授编程基础知识是不能满足实际需求  
的；可将专业需求凝练成案例、作业和练习题，  
将通识教育与专业需求有机结合在一起，实现从  
程序设计知识教学到程序设计能力培养的升华，  
达到培养具备利用程序设计技术解决复杂工程问  
题能力的卓越工程师的目的。  
表1 2005—2017 年编程语言Tiobe 指数  
编程 2017 年  
语言 5 月排名  
%
2005 2010 2015 2016 2017  
Java  
C
1
2
3
4
5
17.48  
20.71  
11.93  
2.84  
17.99  
17.87  
9.66  
16.04  
15.75  
6.96  
20.85 14.64  
13.91  
5.92  
3.33  
3.80  
7.00  
4.75  
3.55  
3.46  
C++  
Python  
C#  
计算思维在复杂专业问题求解方面的落脚点  
是程序设计。随着信息技术和智能技术的飞速发  
展，程序设计在工程科学领域变得越来越重要。  
对学生来说，程序设计课程作为通往计算世界  
的大门起着极其重要的作用，利用Python 替代  
C 语言程序设计，构建全新的教学体系和教学模  
式，将极大地提升学生学习编程的兴趣，提高程  
序设计课程的教学效果。  
4.22  
2.69  
2.20  
4.99  
4.95  
传统程序设计教学侧重于语法、算法等基础  
知识的讲授，重知识、轻能力。在这个技术更新  
异常迅猛的信息化时代，这种模式已经无法跟上  
时代的节奏。《斯坦福大学2025 计划》提出轴翻  
转的概念，将“先知识后能力”反转为“先能力  
后知识”，能力成为大学生本科学习的基础[4]。新  
工科是一个动态的、相对的概念，不断地推陈出  
新，因此需要一门以能力培养为导向、可快速掌  
握、快速解决问题的程序设计语言。  
Python 完全不同于C 语言程序设计，其语法  
简单，入门容易。教学过程中可轻语法、重实践，  
加强实际问题求解能力的培养，弱化实验报告等  
形式性内容，适当增加实践学时和实践训练量，  
从而达到让学生具备应用程序设计技术解决专业  
问题的能力的目的。  
Python 是一种面向对象的解释型计算机程  
序设计语言，作为适应新技术时代的轻语法程  
序设计语言，具有简洁性、易读性和可扩展性的  
特点，可以让我们把更多的精力投入到应用与  
问题求解上，极大地降低学习难度、简化开发  
复杂度和实现快速开发，非常适合工科学生学  
3.2 基于MOOC 开展学科交叉融合式案例教学  
目前普遍存在的一个问题是承担非计算机专  
业程序设计课程教学时，教师不关注学生有哪些  
专业问题需要用程序求解，不按培养程序员的模  
式组织教学，轻能力培养，重语法和程序性能，  

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