面向非计算机专业Python程序设计实验教学改革措施探讨

邵仲世，邵炜世

（1.陕西师范大学计算机科学学院，陕西 西安 710119；2.南京师范大学计算机与电子信息学院/人工智能学院，江苏 南京 210023）

0 引言

在传统面向非计算机专业的编程语言中，多数以C语言为主，但随着大数据和人工智能时代的到来，大量数据需要仿真建模、分析、可视化等，C语言就不再是最佳选择。Python作为一门跨平台、开源、免费的编程语言，已在各领域有广泛的应用。国内诸多高校已开设了Python程序设计，开设专业不仅包括计算机、软件工程、人工智能等信息类专业，也包括了物理、生物、食品、机械、管理等专业[1]。

实验教学是程序设计类教学的关键环节，目的是培养学生的编程思维、动手时间能力、解决实际问题和运用知识的能力。实验课时提成编程能力的最有效的途径。如何进行有效的实验教学显得至关重要。文献[2]提出结合成果导向、案例式教学和混合式教学的Python基础课程教学实验方法；文献[3]针对Python实验教学中存在的教学内容分散的问题，提出以问题驱动、分散实施为理念的实验内容设计方案；尽管已有一些学者对Python实验教学进行了探讨，但相关研究仍然较少。本文对Python实验教学中存在的问题进行了分析，并探讨了相应的解决方法。

1 Python程序设计实验教学现状

Python程序设计以其简洁、高效和拥有强大计算生态的特点，逐步成为各大高校非计算机专业首选的程序设计语言。以下从4个方面分析了Python程序设计实验教学中的不足。

（1）实验教学内容分散，缺少整体性思路。目前，许多高校开展的Python程序设计实验教学大都遵循实验教学与教材同步，以复习、巩固理论知识为主。通过重新实现课堂上的代码来熟悉所讲授的语法、函数和算法，这样的方式有利于紧密结合课堂内容，易于巩固理解知识；不足在于各章节实验联系不够紧密。特别是面对非计算机专业的学生，由于对计算机程序设计缺乏正确的认识和应有的积极性，大量知识点的堆砌以及与专业不相关的实验内容，使得他们逐渐失去对学习计算机程序设计的热情和积极性。

（2）缺乏有效的实验课程教学考核机制。许多高校的程序设计课程没有建立完善的考核机制，几乎都是通过最后的期末机试来完成考核，即便是实验课在最后的综合成绩中占据一定的比例，在目前“实验课尽量不要让学生挂科”的普遍“共识”下，实验课程的学习评价就变得无足轻重。当学生没有了考核要求，同时缺乏对课程的热情，自然而然就成了“程序录入员”。因此，建立合理的实验教学考核机制就显得尤为重要。

（3）缺乏专业相关的实验案例。在诸多高校的编程类课程的实验课中，仍旧采用经典的训练实例，而不同语言具有不同的特点，千篇一律的训练内容已不能满足学生的要求。Python语言在数据分析和人工智能等领域具有广泛的应用，具有丰富的实验设计案例，依据专业背景设计有效的实验案例显得尤为重要。特别是在实验案例的设计过程中，应注重基础知识与专业背景问题的结合。如果实验案例设计得过难而脱离课堂中所学的基础知识，那么很难起到巩固基础知识的作用。

（4）缺少有效的实验平台。大部分高校所采取的纸质或者电子版的实验报告形式呈现实验过程，学生在实验的过程中几乎都是在本机进行自主编程，通过自行设计一些测试用例来验证程序的正确性，最后撰写实验报告。通过这种传统方式，任课教师很难在学生进行自主编程的过程中的发现问题，因此，建立满足学生编程需求同时能够及时检测学生实验行为的实验平台是实现高效Python实验教学的亟待解决问题。

2 Python程序设计实验教学的改进措施

（1）注重进阶式的实验内容。基础知识是培养编程思维的关键，坚实的基础知识使得学生解决问题时更加游刃有余。Python程序设计的实验内容应紧紧结合知识点，具有一定的进阶性。特别是非计算机专业学生在掌握了一点基础知识后，应注重知识点之间的串联，建立相应的知识体系，以便后期进行技能提升。具体将实验内容分为两个阶段：第一阶段为“基础”阶段，主要内容包括运算符、表达式、序列、函数、字符串、程序控制结构；第二阶段为“进阶”阶段，主要掌握文件和文件夹的操作、异常处理机制、复杂函数实现，并结合相关专业问题，掌握专业第三方库的使用，熟悉异常处理。

（2）依托专业背景，丰富实验案例。任课教师应从科学研究、实际生活中获取大量的实例，从中精选指向具体专业背景的应用，将其设计为实验案例，以丰富实验课内容。具体可从以下几方面来考虑实验案例：①实验案例选取应遵循“易理解、能分析、可实现”的原则，根据学生的能力和知识体系设计实验案例，防止过难而超出知识范围，避免学生在实验课教学中的挫折感。②实验案例应注重循序渐进，考虑知识点串联。③实验案例应尽量与不同专业的背景相关。④实验案例应注重培养编程思维，鼓励学生根据自己所学的专业知识结合编程语言，分析问题并设计问题的解决方案。

（3）项目驱动的非计算机专业Python程序设计实验教学。在学生掌握了一定的基础知识后，实验课可以采用项目驱动的方式，以提升学生解决问题的能力。具体可从以下几方面入手：①选择贴合实际应用的项目案例，突出专业特色，注重与课本知识点的串联。②任课教师在实验教学过程中应给学生提供一个解决问题的思路或方向，让学生自己动手去解决问题，调动学生的主动性。③将项目按模块划分，得到若干模块，将每个具体模块的实现安排在每次实验课上进行，形成一个“实验”到“项目”的任务体系。每个模块的解决方案应与对应的课堂教学内容具有较强的关联度。

（4）基于线上平台实验教学考核。实验教学考核又与课堂考核有所区别，其包含了两部分：过程和结果。过程考核重点考查学生思考、分析和解决问题的能力，引导学生全面提高专业素养和综合素质，提高学生的学习能力；结果考核主要是对实验内容的完成情况进行考核，并结合实验报告进行评定[4]。其中，实验过程的考核在考核中占据主要的组成部分。如何记录实验过程是实验考核的关键，为此可采用在线实验教学平台。学生在线上平台自主进行实验，对每次提交的代码进行记录，可通过对一些指标的分析来评估学生在实验过程总体的表现。

（5）建立Python实验教学平台。Python实验教学平台对掌握Python语言具有至关重要的作用。不仅需要满足日常上机实验，还要考虑实验报告的提交形式、实验过程的追踪、实验课在线教学、实验课考核。具体可从以下几方面来建立实验教学平台：①针对不同专业的学生和不同学习阶段，建立实验案例库。②具备自动程序验证功能，通过不同特征的测试用例来测试学生提交的代码，并在验证之后给出相应的用例验证结果，以便帮助学生进行反思。③记录学生每次提交代码的验证结果，通过后台数据分析给出在实验过程中存在的问题，并报告给任课教师。④基于学生实验过程的行为和实验报告，依托一些定量指标对实验过程进行辅助评价。⑤引入辅助在线教学平台，学生通过在线教学平台可随时回顾知识点，并解决实验过程中出现的问题。

3 结语

Python语言已成为非计算机专业程序设计类课程的首选，然而传统程序设计的实验教学方法很难满足现有教学要求。因此，Python程序设计实验教学的改革迫在眉睫。本文通过分析Python程序设计教学的现状，在实验内容、实验案例、实验考核、实验平台等方面对实验教学改革措施进行了探讨，力求提升Python实验教学的质量。