新商科背景下基于头歌平台的Python程序设计课程的案例设计与实训制作

陈娟　龚文胜　谢晓艳　莫铁强

［摘 要］新商科以数字经济为背景，迫切需要知识技能跨界、多种思维融合的复合型新商科人才。湖南大学针对商科专业开设的Python程序设计课程，在教学内容、教学模式、考核方式方面进行改革，设计的教学和实验案例注重专业性、生活化和递进性，并在头歌实践教学平台设置实训内容，培养学生的编程能力，训练其计算思维。

［关键词］新商科；Python 程序设计；案例教学；头歌；计算思维

［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2024）01-0029-04

湖南大学是一所综合性大学，于2020年9月开设计算与人工智能概论课程。该课程结合不同学科的要求，建立了工科、理科、商科、文科四类教学体系。其中，面向会计、国贸、统计等商科专业学生，教学内容以Python基础知识、应用Python进行数据分析为核心，教学方式以任务驱动的案例教学为主，在头歌实践教学平台上设置实训内容。在理论和实践课堂中，采取做中学模式，引导学生边听课边完成实训。在考核方式上，采取课堂选择题、实训、小测、期中期末机试、综合实训等多频次、多模式、全过程考核。同时，在头歌平台和超星教学平台上提供课件、实践教程、教学视频、习题答案等教学资源，便于教师开展线上线下混合式教学。通过以上举措，提升了学生的学习兴趣，促进了学生的自主探究，满足了学生的个性化学习需求，取得了较好的教学效果。在完成教学考核后，课题组对部分商科专业学生进行了调查。对于课程的整体评价，22.70%的学生认为收获很大，50.71%的学生认为有一定的收获。

通过三年的教学实践，湖南大学建立了包含教学案例、实验案例、练习案例、小测和期中期末考试的案例库，并将所有的案例设置成实训内容，在头歌平台上建立了Python程序设计课程（https：//www.educoder.net/paths/yz34c6m9）。目前该课程供本校和外校共十万多名学生学习，并荣获中国计算机学会举办的第六届“开源创新大赛”开源案例教学赛道——特色化开源案例教学赛二等奖。

一、传统的程序设计教学存在的问题

传统的程序设计课程多以教师为中心：教师以语法知识讲授为主线；学生只是被动地听课，很难透彻理解所学的知识，当面对编程要解决的实际问题时，学生通常感到无从下手。只有通过大量案例的学习和实践，才能让学生了解如何分析问题、设计算法、编写和调试程序，培养计算思维。由于大部分学生没有编程基础（根据课题组对新生的调查，80.85%的学生没有学过程序设计），如果采用以学生为中心的翻转课堂模式，教学效果也不理想。只有建立以教师为主导、学生积极参与的做中学的教学模式，让学生在课堂上边听边练，才能让学生在实践中获得知识，提高能力[1]。

二、教学实践

在三年的教学实践中，为了解决上述问题，课题组根据学生的反馈不断调整教学内容，设计教学案例，在头歌实践教学平台上设置了大量的教学实训内容。

（一）教学内容

新商科是指在传统商科的基础上，结合信息技术、数据科学、人工智能等新兴技术和新兴领域的商科教育。在数字经济时代，数据资源被视为最重要的战略资产，数据分析能力成为商科人才的核心竞争力之一[2]。结合专业需求，除了Python的基础知识，在Python应用部分，课题组安排了文件处理和管理、网络爬虫和数据分析的教学内容。通过这些内容的学习，引导学生初步掌握使用OS库处理数据文件，使用网络爬虫采集数据，使用Pandas库分析数据，使用Matplotlib库实现数据的可视化。

（二）教学案例

1.Python基础知识的案例

在Python基础知识的案例中，课题组既引用了经典的计算机算法，也设计了与商科专业领域相结合的问题、生活中的常识问题。表1列举了各知识点所使用的一些案例。

（1）专业性

在设计案例时，课题组尽量结合商科专业的知识点。例如，对会计专业设计有计算固定资产折旧、个人所得税、等额本金和等额本息贷款等内容，对金融专业设计有信用卡号校驗、投资年限计算等内容，对国贸专业设计有币种转换的内容，对统计专业设计有统计函数定义及调用的内容，对管理专业设计有用户登录密码检测等内容。通过这些案例，引导学生通过编程解决问题，认识到学习程序设计的必要性。

（2）生活化

课题组设计了很多涉及学生日常生活的案例，并引入了思政元素。例如，通过BMI指数判断、血压统计，普及个人健康方面的常识；通过身份证号信息的提取，让学生意识到保护个人隐私的重要性；通过阶梯价格的电费、水费计算，让学生树立节约资源的环保意识；通过成语接龙小游戏，引导学生学习中华优秀传统文化。通过这些案例，既可以启发学生通过编程解决生活中的实际问题，也可以加强思政教育，促进学生形成良好的人格素养。

（3）递进性

课题组在设计案例时，针对同一个背景知识，在各个章节设计了不同的案例，如对身份证号信息的提取（见表2）。这些案例中，有些知识点是相同的，如字符串的切片是一个非常重要的知识点。有些知识点是相似的，如通过身份证号提取的年号对12取余判断生肖，再构造一个生肖组成的字符串，根据余数对生肖字符串切片来实现；通过构造一个由月号、日号和星座名组成的二维元组判断星座，通过身份证号提取的月号、日号与元组的月号列、日号列的比较，来定位星座所在的元组；通过遍历地区文件构造一个地区编码和地区名称形成的字典判断地区，再通过身份证号提取地区编码，在字典中以其为键查找对应的值。从字符串、元组到字典，层层递进，由易到难，让学生循序渐进地学习，并根据需要设计不同的数据结构来存储、使用这些数据。

综合这些案例，课题组指导学生制作的微课作品《身份证的奥秘》在2022年大学生计算机设计大赛中荣获全国三等奖。该微课作品使用万彩动画大师、Premiere、PowerPoint等软件制作，以动画人物小白收到诈骗短信为情景引入，大神一步步地告诉小白如何通过编写程序，从身份证号码中提取出生日期，通过地区编码和地区文本文件判断其所属地区。

2.Python应用部分的案例

在Python的应用部分，课题组设计的案例如表3所示。

在文件处理和文件夹管理部分，设计的案例是唐诗的分类。根据该案例，课题组指导学生制作的微课作品在2023年大学生计算机设计大赛中荣获全国二等奖。该微课中，动画人物小白要参加诗词大会，需要将唐诗文本文件按诗人进行归类，大神指导她编写程序，根据唐诗文本文件建立多个诗人文件夹，并将每首唐诗分割为各个文件，存放在对应的诗人文件夹下。

（三）实训内容制作

为了满足学生动手编程的需求，课题组将所有的教学案例、实验案例制作为头歌实践教学平台的实训内容。该平台作为学生练习的平台，练习成绩作为考核评估的依据。

1.实训制作

头歌实践教学平台是国内高校广泛应用的在线实践教学服务平台。教师通过平台布置实训作业。每项实训任务由多个实验关卡组成。在每个实训关卡的左边，教师可编辑任务描述、知识点讲解、测试说明等，也可以链接课件、视频[3]。学生无需安装编译程序，只要有网络，便可使用电脑、平板或手机完成实训。在做题时，学生可根据实训关卡左边的知识点有针对性地学习，通过边学边练，加深记忆。在调试过程中出现的语法错误，可通过预期输出查看提示；运行结果错误可通过比对预期输出与实际输出知晓[4]。

教师在评测界面设置“学员任务文件”“评测执行文件”和“测试集的输入和输出”板块。学员任务文件指进入实训任务时，呈现给学生的初始文件。针对初学者，可提供较为详细的学员任务文件代码，学生只需要补充关键代码；针对有一定经验的学生，可提供较为简单的学员任务文件代码，程序主体基本由学生编写。教师给出测试集的输入数据和输出结果，学生在评测代码时无需手动输入数据，系统会根据测试集的输入数据运行学员任务文件，并将运行结果与测试集的输出结果进行比较，通过比较结果是否相同来判断程序是否正确。这样既能够公正客观地给出分数，又能够省去繁杂的评分工作。

2.实训应用

（1）课堂教学

根据调查，62.77%的学生希望教师在课堂教学中采用边讲边练的形式。所以，在课堂上，教师讲解完主要知识点和教学案例后，给出适当的时间让学生在实训平台上运用所学知识来解决问题。

对于学有余力的学生，鼓励其在完成教学案例实训后，独立完成对应的实验案例实训。对于在课堂上无法完成实训的学生，引导其利用课余时间学习网站的教学视频，完成教学案例实训。

（2）实验教学

根据调查，对于实验案例实训，57%的学生认为教师应给出解题思路，并详细讲解；54%的学生认为教师应给出提示，学生自主完成；只有6%的学生认为教师应该直接给出答案。这说明大部学生希望能够通过思考实践得到解答，而不是直接复制答案。所以，在实验课上，简单的实训可安排学生独立完成；难度较大的实训，教师可以给予适当提示。通常，教师设置实训的开始时间是课堂教学完成后，截止时间是在实验教学完成后的一周左右，学生可自主安排实训进度。在实训截止的前一天，教师通过腾讯会议对实验案例做详细的讲解。在实验实训时间截止后，教师在教学网站公布详细的实验解答文件。

根据调查，14%的学生认为应该增加实训内容。所以，课题组按章节增加了实训内容，供学有余力的学生练习提升。

（3）考试考核

在程序设计课程教学中，学生的学习情况存在较大的差异。教师要承认这种差异，因材施教，让不同层次的学生有不同的收获。课程考试由小测、期中考试和期末考试组成，均采取开卷形式，学生可携带纸质资料，在头歌平台进行操作。

在2021年的期评成绩中，共有三次小测成绩，每次小测有三道实训题，考试时间为一小时。小测成绩占总成绩的10%。据统计，小测成绩与期评成绩的相关系数为0.67，说明该成绩能真实反映学生的学习状况。在调查中，35.46%的学生认为小测很好，可以督促进行阶段性的复习；43.26%的学生認为小测还行，难度合适。这说明小测可以让学生了解自己的学习情况，受到学生认可。

期中和期末考试由30%的选择题和70%的实训题组成。期中实训题有六道，包括表达式、for循环、字符串、分支、循环和多重循环。期中成绩占期评成绩的10%，与期评成绩的相关系数为0.8。期末实训题有六道，包括函数、二维列表、字典、文件处理、Pandas数据分析、数据可视化。期末成绩占期评成绩的40%，与期评成绩的相关系数为0.895。在调查中，对于期中和期末考试，70%的学生认为难度合适。

三、教学反思

课题组将继续完善这些实训内容，完成视频制作。同时，拟改革综合实训的考核方式。目前，综合实训的考核是组织学生完成头歌实践教学平台上教师设置的固定内容的实训，并未充分发挥学生的主观能动性。在之后的教学改革中，课题组将对综合实训推行分级考核：对于只愿意完成固定内容的学生，给出基本分；对于愿意自行设计完成创新项目的学生，根据现场答辩成绩（80%）和设计报告成绩（20%）进行评分；鼓励学生学以致用，提高其创新能力。

［ 参 考 文 献 ］

［1] 周金凤.基于“SPOC+Python123 平台+QQ 课程群”的程序设计类课程混合式教学改革[J].计算机教育，2022（7）：161-165.

［2] 柳青.新商科背景下Python程序设计课程混合式教学方法与实践[J].电脑知识与技术，2022，18（20）：133-135.

［3] 周竞文，周海芳，吴荻，等.基于Python问题求解的大学计算机基础课程实训资源建设[J].计算机教育，2022（4）：174-177.

［4] 胡子慧，杨利华.基于EduCoder的Python程序设计课程教学实践[J].电子技术，2022，51（5）：142-143.

［责任编辑：黄紧德］