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年9月刊
0 引言
近年来我国提出创新驱动发展，并开始了“一带一路”倡议等一系列举措，深刻地变革着教育的方方面面，对计算机教学也提出了新的要求。为配合落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要》，推进产学合作、协同育人，创新高校人才培养机制，着力培养适应产业发展需要的高质量人才，为社会发展提供良好的人才基础。“新工科”的教育教学理念应运而生。
2016年“新工科”概念提出之后，于2017年正式推出“新工科”计划，并先后形成了《“新工科”建设复旦共识》《“新工科”建设行动路线（“天大行动”）》《“新工科”建设指南（“北京指南”）》。在“新工科”教学理念的影响下，南京航空航天大学（以下简称“南航”）开设了“Python语言程序设计与问题求解”课程，该课程是培养学生程序设计能力的有效手段，可以培养学生的计算思维和问题求解能力。Python语言是人工智能、大数据技术和云计
“新工科”背景下
Python语言教学案例设计
系统架构设计师必背资料—以“Python语言程序设计与问题求解”课程为例
刘绍翰，杨 
(南京航空航天大学计算机科学与技术学院，江苏 南京 210016)
【摘要】本文所涉及的教学案例设计，以“新工科”建设理念为指导，组织实施全校的Python语言教学。教学案例的设计，参照Python语言的特点，结合人工智能、大数据技术，为不同专业的学生定制个性化的教学案例。以培养
基本的科研素质为出发点，设计作业和考核形式与标准。该教学案例的设计，响应国家政策，打通学校与产
业之间的壁垒，使得Python语言课程内容更具有实用价值，培养学生的计算思维和问题求解能力，培养适应产
业发展需要的工程人才，为使本科生能够尽早了解科研思路打下基础。该教学案例的设计思路对于其他语言
的教学也具有借鉴作用。
【关键词】计算机教学；程序设计；教学案例；任务型教学
【中图分类号】G642；TP301【文献标识码】A【文章编号】2095-5065（2018）09-0047-03
收稿日期：2018-5-7
作者简介：刘绍翰（1974—），男，山东海阳人，博士，讲
师，研究方向为人工智能；
杨（1971—），女，江西南昌人，博士，副教授，研究方
向为人工智能。
基金项目：2018年教育部人文社会科学专项任务研究项目
（工程科技人才培养研究）“基于教师跨界发展的工科优势
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高校卓越师资队伍建设研究”（项目编号：18JDGC022）；
2017年国家级“新工科”研究与实践项目“面向‘新工
科’的教师跨界发展与评价激励机制研究”（项目编号：暂
无）；2017年国家级“新工科”研究与实践项目“面向‘新
工科’的计算机基础类慕课课程及虚拟仿真平台建设与应
用”（项目编号：暂无）。
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算的通用语言，应用广泛，目前Python 程序员人数排名世界前三，受欢迎程度紧随在C/C++语言和Java 语言之后。多年前，斯坦福等国外高校在算法设计和程序设计教学中都已采用了Python 语言，清华大学、南京大学近几年也开设了Python 语言教学，收获了良好的教学效果，受到了学生们的欢迎。
1 案例设计的基本思路
Python 是一个脚本语言，其优势来源于该语言的开发“生态系统”：产业界、学术界、各个大学、开源社区、各大公司，针对实际应用，开发了大量的工具集。该语言使用方便，使用这些工具解决具体问题时，开发代码量小，所支持的计算模型丰富，实验设置简单，可视化效果好。南航开设的“Python 语言程序设计与问题求解”课程为全校选修课，授课范围覆盖计算机专业和非计算机专业的学生，采用Python 语言进行教学，对课程体系进行设计时，结合教学重点和难点，利用人工智能、大数据技术中的课题，设计符合专业特点的教学案例。并在教学中贯彻实施。培养学生的程序设计能力、计算思维能力、问题求解能力和专业能力。在选择教学案例时，充分考虑其专业应用背景，使学生学以致用。另外，参考研究生阶段的培养要求，在课程设计中，培养学生的科学研究素养。教学案例设计的整体结构如图1所示。
图1 教学案例设计的整体结构
通过本课程建设，改进课程教学案例设计，
优化课程体系，推进教学资源建设，提升专业教学质量，培养满足行业需求的人才，形成与行业、科研对接的培养方案，实现学科之间的融合。打破本科生和研究生之间的培养界限，实行多元化培养。
2 案例设计
2.1 为相同应用场景设计不同的教学案例
针对相同的应用场景，选择和专业相结合的教学案例。比如针对人工智能的应用场景，结合学生的专业，设计教学案例如下。
（1）对计算机专业学生，可以引入人脸识别、语音识别技术应用作为教学案例。因为该应用训练数据集开源，应用基本成熟，代码开发量小，能快速实现应用效果，可视化效果好。
（2）在同样的应用场景下，对于电子专业的学生，采用地面战车的SAR 雷达图像目标识别或基于一维距离像的目标识别进行模式识别实验。该教学案例能够帮助学生体验雷达数据处理及应用，为高年级的雷达信号的数据处理打下基础。
（3）对于语言类专业的学生，则采用自然语言处理技术作为案例的课题核心。如采用舆论情感分类作为教学案例，语言类的学生更能够理解语言数据特点，容易分析和理解，对其将来的应用研究工作也很有益处。
（4）对经管和财会、金融专业的学生，采用股票价格预测或者财务风险预测作为教学案例。
（5）而对于艺术类专业的学生，采用对抗神经生成同样风格的绘画和音乐作品作为教学案例，使学生在学习Python 语言的同时，理解艺术风格，增进对艺术的理解，学以致用。
上述应用的实用性强，在工业界应用广泛，同时在学术上也具有研究价值，紧跟行业潮流，受到大学生的欢迎。
2.2 为相同模型设计不同的教学案例
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比如对于指派问题：某单位需完成n 项任务，
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恰好有n个人可承担这些任务。由于每个人的专长不同，完成任务内容不同，效率也不同。应指派哪个人去完成哪项任务，使完成n项任务的总效率最高（或所需总时间最少）呢？这类问题称为指派问题或分派问题。对于该知识点，对不同专业的学生，结合其专业特点设计如下案例。
（1）针对计算机专业学生：软件开发任务紧急，n个程序员开发n个程序模块，所需的费用各不相同，如何安排，使所需的总开发费用最省。
（2）针对民航专业学生：n架飞机存放到n个机库所需的租赁费用各不相同，如何安排使费用最省。
（3）针对军事专业学生：n件武器攻击n个目标，破坏效果各不相同，如何安排攻击方式使破坏效果最大。
（4）针对经管和财会专业学生：n个分厂建在n个地点，所需的建设费用各不相同，如何安排，使建设费用最省。
上述设计结合学生的专业特点，构造一个个有趣的故事，能够引起学生兴趣，增强课程的趣味性，受学生欢迎。
3 课外、作业和考核方法设计
完成MOOC示范教学，建立MOOC教学系统，为学生利用业余和零碎时间进行自主学习提供基础；使学生深化理解课堂知识点，并进行知识点的补充扩展；利用MOOC网站进行学习指导，通过统计学生观看视频的时间和进度来掌握学生的学习状况。在线批改学生的作业，并可通过网站答疑甚至组织在线考试。
对学生平时作业的考核，引入自动判题系统进行程序设计实践辅助，为学生提供练习平台；通过判题系统，使得学生的问题及时得到反馈，评估自己的作业，及时发现程序中的错误，减轻教师的负担。教师可以将判题系统上学生提交的程序设计记录作为平时成绩，甚至可以在判题系统上进行程序设计考试。通过判题系统的训练，可帮助学生培养良好的编程习惯。
还可设计综合的实验考核方式：书写提交实
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验报告，学生现场答辩进行综合评分。实验报告
的设计应具有研究论文的基本结构：包括引言、
算法原理、实验设计、实验结果及分析、实验结
论等环节。在上交实验报告后，组织公开答辩。
使学生能够熟悉科学研究的思路，培养学生的科
研素质。
4 课程拓展延伸
目前基于人工智能和大数据的竞赛很多。
在学生初步具有Python语言编程能力基础上，实
现用所学内容向参加竞赛进行过渡。鼓励学生
参加各类以Python语言为基础的竞赛，比如计算
机视觉大赛、数据挖掘大赛、电子专业视觉大赛、SAR雷达目标识别比赛，扩宽学生视野，开
拓思路。根据比赛结果写出论文，更好地与科研
接轨。
5 结语
本课程设计以Python语言为载体，利用个性
化的教学案例设计，可促进学生计算思维和问题
求解能力的培养。以“新工科”建设为指导，打
造一体化的教学设计，实现教学与竞赛、产业和
科研结合，在实践中不断丰富和提高，为学生的
综合素质提升打下基础。
【参考资料】
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[M]．北京：清华大学出版社，2017．
[2] 朱小军，王立松．兼顾趣味性的计算思维课程教
学方案设计[J]．工业和信息化教育，2016（3）：
31-34．在哪里可以下载免费字体样式
[3] 王立松，潘梅园，朱敏，等．“计算思维导论”课
程实践环节的思考和探索[J]．工业和信息化教育，
2015（5）：10-14．
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