面向新工科的python语言案例化教学探讨

吕勇，王桂娜，张鑫

（苏州大学机电工程学院，江苏苏州，215021）

0 引言

随着新工科[1]建设的到来，我们也迫切需要对相关课程的教学方法加以改革。作为增长最快的编程语言python,被越来越多的程序员们选作开发的首选语言，各大高校开始把python语言作为一本基础编程语言进行讲授。国内的上海交通大学、同济大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学、北京交通大学等也在《大学计算机》或《程序设计》课程中讲授Python 语言[2]。

我们根据Python的学科知识体系[3]与相关岗位典型工作任务特点对知识点和技能点进行组合，形成相应的学习领域。描述学习领域应该包含三个要素：学习目标，学习内容以及学时安排。根据典型工作任务分析结果，将知识与能力有机组合形成学习项目与学习任务。学习项目是以典型工作任务为基础设计的学习载体，是对典型工作任务进行教学化处理的结果。

1 python语言的优势

Python是一种跨平台的计算机程序设计语言。是一个高层次的结合了解释性、编译性、互动性和面向对象的脚本语言。该语言具有简洁性、易读性和可扩展性等优点，总的指导思想是，对于一个特定的问题，只要有一种最好的方法来解决就好了。和常用的MATLAB相比，Python是一门更易学、更严谨的程序设计语言。它能让用户编写出更易读、易维护的代码，同时开发者可以用Python语言实现完整应用程序所需的各种功能。

Python语言的学习内容和其它语言类似，主要包括基本的语法规则和应用。如何讲解枯燥的语法是每个老师教学过程中的常见问题，我们采取以问题为导向的方法来解决。在具体的案例中去学习语法，鉴于这个思路，本文例举了两个常见的案例，让学生快速了解python语言的语法及其应用。

2 具体案例

2.1 条件运算符的嵌套

在C语言编程中经常遇到的问题是条件运算符的嵌套，我们在python中加以解决，基本思路和C语言类似。常见的问题如下：学习成绩＞=90分的同学用A表示，60-89分之间的用B表示，60分以下的用C表示。我们采用python3完成程序的编写，完整代码图1所示：

图1 条件运算符的嵌套代码

2.2 双重循环的使用

在实际编程中经常遇到数组的处理问题，比如求一个3*3矩阵主对角线元素之和。那么我们可以采用双重for循环控制输入二维数组，再将a[i][i]累加后输出。完整代码如图2所示：

图2 双重循环代码

当我们依次输入78,34,23,34,56,33,12,21,2时构成一个3*3的矩阵，运行结果为136.0.

通过这两个简单的案例我们发现python语言的便捷性，案例的设计宜与学生的学科专业进一步结合，通过合适的、面向不同学科专业的实例达到既阐释计算学科的普适思维，又给出面向特定学科专业的范例的教学效果。

2.3 问题分析与总结

新工科人才的培养不仅要与时俱进，同时也需要一定的创新性。在python教学中，我们首先通过几个具体例子让大家熟悉编程环境Spyder，了解python语言的基本语法，在此基础上我们可以拓展思路，提出一些具有发散思维的问题，充分发挥学生的主观能动性，一个问题可以通过不同的编程去解决。我们将正确的编程代码进行共享，让学生直观得了解不同的思路，同时也能够与其他人进行对比分析，取长补短，形成一个良性的循环。

2.4 python语言教学的拓展

近年来，全国大学生电子竞赛、各种物联网大赛、及“蓝桥杯”全国软件和信息技术等各种涉及python语言编程的竞赛日益增多。学科竞赛主要考察学生的知识应用能力，创新能力以及合作能力。我们可以将历年的竞赛题目作为一个小项目，模拟实际比赛进行分组，一方面可以让学生更好的使用python语言这个工具，也为以后参加此类比赛打下坚实的基础。

我们还可以将老师的科研项目融合进来，目前计算机视觉是一个研究的热点，很多项目都采用视觉处理的方法，尤其是目标检测已经成为非常重要的研究方向。其中所采用的深度学习方法使用了python语言，我们可以让学生完成一个简单的二分类任务，判断图片中是否存在某个物体，采集一些样本作为训练集和测试集，为学生将来从事科研提供一个良好的平台。

最后我们鼓励学生在学习python语言的时候要触类旁通，要学会各种语言之间的转换，现在的互联网提供了一个知识共享的平台，我们可以在网上看到非常优秀的代码，如何将其它语言转换成我们所学的python语言对学生的理解与再应用能力提出了更高的要求，学生在有了一定的编程基础之后要善于利用开源代码，这也是将来工作中遇到的实际问题。总之，要学有所用，提高分析问题和解决问题的能力。

3 结语

我们结合具体的例子对python语言[4,5]进行了实验，学生可以专注于解决问题的方法。在教学过程中，应不断的改进现有的教学方法，吸收先进的教学理念，利用好python语言这个有力的武器，充分发挥学生的主观能动性，让理论和实践充分结合。经过不断的探索，必将逐步完善教学体系，培养出更多的符合新工科建设的优秀人才。