馮桂爾

摘要：在5G、人工智能、虛擬社會(huì)等信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，對(duì)文科專(zhuān)業(yè)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維的培養(yǎng)也顯得越來(lái)越重要。作為這些年的新起之秀Python，被普遍作為非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)首選編程語(yǔ)言。文章以本校為文科專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程為依據(jù)，從教學(xué)大綱設(shè)置、教學(xué)方案設(shè)計(jì)和考核方面分析進(jìn)行闡述，旨在探索如何更好地進(jìn)行跨學(xué)科融合，提升學(xué)生學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言的興趣，培養(yǎng)信息技術(shù)解決問(wèn)題的能力，讓學(xué)生學(xué)有所用。

關(guān)鍵詞：Python語(yǔ)言;新文科;課程建設(shè);計(jì)算思維;解決問(wèn)題

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）30-0199-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Construction and Research of Basic Courses of Python Programming Based on New Liberal Arts

FENG Gui-er

（School of Journalism and Communication， Shanghai International Study University， Shanghai 200082， China）

Abstract： With the rapid development of information technology such as 5G， artificial intelligence， and virtual society， the cultivation of computational thinking for liberal arts students is also becoming more and more important. As a rising star in recent years， Python is widely regarded as the programming language of choice for non-computer majors. Based on the basic course of Python programming provided by our school for liberal arts majors， the article analyzes and elaborates on the setting of syllabus， teaching plan design and assessment， and aims to explore how to better integrate interdisciplinary， enhance students' interest in learning programming languages， and cultivate the ability of information technology to solve problems.

Keywords：Python; new liberal arts; curricula construction; computational thinking; solve the problem

1引言

2019年4月29日，“六卓越一拔尖”計(jì)劃2.0啟動(dòng)，要求大力發(fā)展新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科，建設(shè)高水平本科教育。其中新文科被認(rèn)為是發(fā)展社會(huì)主義先進(jìn)文化的重要載體。新文科運(yùn)用的是跨界思維，使用“文文互鑒”“文理交叉”“文工融合”的思維方法解決問(wèn)題[1]。所以新文化的推動(dòng)不能閉門(mén)自造孤立化，需要與其他學(xué)科交叉容融合才會(huì)有突破。浙江大學(xué)人文學(xué)院教授徐永明表示，要重視跨學(xué)科人才的培養(yǎng)，文科生要學(xué)習(xí)編程（如Python）、新媒體技術(shù)等課程，這些應(yīng)該作為文科生的必備技能和素養(yǎng)。美國(guó)超過(guò)100所知名大學(xué)，例如斯坦福大學(xué)、卡耐基梅隆大學(xué)、普林斯頓大學(xué)等都將Python作為面向非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的教學(xué)語(yǔ)言。目前國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)為Python是一種比較適合非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生培養(yǎng)計(jì)算思維入門(mén)學(xué)習(xí)的編程語(yǔ)言。

Python語(yǔ)法簡(jiǎn)潔而清晰，具有豐富類(lèi)庫(kù)和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。除了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)之外，Python官網(wǎng)列出了超過(guò)12萬(wàn)個(gè)第三方庫(kù)的基本信息，這些庫(kù)覆蓋信息領(lǐng)域技術(shù)所有技術(shù)方向。近年來(lái)逐漸受到高校非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)可。在這種背景下，越來(lái)越多文科專(zhuān)業(yè)在培養(yǎng)方案中開(kāi)始增設(shè)Python程序設(shè)計(jì)課程。經(jīng)過(guò)全面調(diào)研，上海外國(guó)語(yǔ)大學(xué)在2020-2021學(xué)年第二學(xué)期也對(duì)所有文科類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)這門(mén)課。以期在建設(shè)實(shí)施過(guò)程中，不斷探究出適合文科類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的Python語(yǔ)言課程。

2 教學(xué)大綱設(shè)置

Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的教學(xué)大綱設(shè)置為基礎(chǔ)和進(jìn)階兩部分[2]。基礎(chǔ)部分包括Python運(yùn)行環(huán)境、基本語(yǔ)法、內(nèi)置函數(shù)、基本數(shù)據(jù)類(lèi)型（數(shù)字、字符串、列表、元組、字典、集合等）、基本流程控制語(yǔ)句（分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)）等內(nèi)容，進(jìn)階部分主要是對(duì)基礎(chǔ)部分的拓展以及實(shí)際案例應(yīng)用，包括函數(shù)設(shè)計(jì)、類(lèi)的設(shè)計(jì)、文本文件讀寫(xiě)、詞頻分析、matplotlib圖形繪制、網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)應(yīng)用等內(nèi)容。

針對(duì)文科類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的目的并不是去做開(kāi)發(fā)、跟計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生比拼編程能力，而是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類(lèi)行為理解等一系列思維活動(dòng)[3]。所以在實(shí)施上述教學(xué)大綱的過(guò)程中，除了理論授課之外，還會(huì)配備大量實(shí)踐應(yīng)用性強(qiáng)的案例，且案例會(huì)多注重思維分析、問(wèn)題求解和強(qiáng)化學(xué)生訓(xùn)練。

整個(gè)課程的總教學(xué)時(shí)長(zhǎng)為64課時(shí)，每周一次，每次總課時(shí)為4課時(shí)，包括理論和實(shí)驗(yàn)，如表1所示。理論和實(shí)驗(yàn)的課時(shí)配比根據(jù)具體上課內(nèi)容和學(xué)生學(xué)習(xí)效果分配。

3課堂教學(xué)方案設(shè)計(jì)

為了增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、更好的理解教學(xué)內(nèi)容，就需要引入接地氣的教學(xué)案例。在社會(huì)科學(xué)研究中，常常需要通過(guò)文章中高頻出現(xiàn)的詞匯來(lái)把握文章的語(yǔ)義與思想。下面以“2021年3月5日李克強(qiáng)總理代表國(guó)務(wù)院在十三屆全國(guó)人大四次會(huì)議上作《政府工作報(bào)告》”內(nèi)容為素材，介紹如何利用Python對(duì)當(dāng)下熱門(mén)新聞內(nèi)容進(jìn)行詞頻詞云的分析，來(lái)得到關(guān)鍵詞以及可視化效果。此案例也是對(duì)教學(xué)大綱基礎(chǔ)部分知識(shí)的綜合實(shí)踐運(yùn)用。教學(xué)中采用需求引入、循序漸進(jìn)方式講解知識(shí)點(diǎn)，教學(xué)過(guò)程總體分為3步。

1）理論知識(shí)做鋪墊，介紹jieba庫(kù)和wordcloud庫(kù)的特點(diǎn)和使用方法

中文文本需要通過(guò)分詞獲得單個(gè)的詞語(yǔ)，jieba庫(kù)是優(yōu)秀的中文分詞第三方庫(kù)。jieba庫(kù)的分詞原理：利用一個(gè)中文詞庫(kù)，確定漢字之間的關(guān)聯(lián)概率，漢字間概率大的組成詞組，形成列表的分詞結(jié)果。jieba庫(kù)分詞有3種模式：精確模式lcut（s）、全模式lcut（s， cut_all=True）和搜索引擎模式cut_for_search（s）[4]。此案例中重點(diǎn)搞清楚精確模式lcut（s）的使用方法。

Wordcloud也是Python的第三方庫(kù)，根據(jù)文本中詞語(yǔ)的出現(xiàn)頻率等參數(shù)，將枯燥呆板的詞語(yǔ)渲染成大小、顏色不一的可視化詞云藝術(shù)效果。創(chuàng)建詞云主要通過(guò)三步驟完成：首先實(shí)例化詞云對(duì)象WordCloud（），并設(shè)定基本參數(shù)信息;接著根據(jù)jieba分詞并將處理后的詞頻生成詞云generate_from_frequencies（）;最后將詞云保存為圖片to_file（）。

2）繪制流程圖，分析教學(xué)思路

流程圖是對(duì)解決問(wèn)題的方法、思路或算法的一種描述。所以在讓學(xué)生編程前，先為案例繪制開(kāi)發(fā)流程圖，有助于為學(xué)生理清案例思路。如圖1所示。

3）書(shū)寫(xiě)注釋和編寫(xiě)代碼

為了鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)思考，要求學(xué)生先根據(jù)流程圖思路在代碼行中用中文注釋功能，然后根據(jù)注釋寫(xiě)代碼，從而降低長(zhǎng)篇代碼的編寫(xiě)難度。下面是完整的注釋和代碼。

# 導(dǎo)入第三方庫(kù)

import jieba

import wordcloud

# 讀取“3月5日李克強(qiáng)總理代表國(guó)務(wù)院在十三屆全國(guó)人大四次會(huì)議上作《政府工作報(bào)告》.txt文件”內(nèi)容，得到的結(jié)果為文本字符串。

with open（'government_report.txt'， 'r'） as f1：

s = f1.read（）

# 用jieba庫(kù)的lcut函數(shù)對(duì)字符串中文詞匯分割，精確返回詞匯列表，列表中的元素為切分好的中文詞匯。

lst = jieba.lcut（s）

#此時(shí)需要對(duì)列表中的各個(gè)元素即詞匯進(jìn)行個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)列表中元素個(gè)數(shù)的方法有多種，可以嘗試一一編寫(xiě)，分析利弊。這里用字典推導(dǎo)式統(tǒng)計(jì)詞匯個(gè)數(shù)。

dic = {i： lst.count（i） for i in lst}

#對(duì)字典中的鍵值對(duì)進(jìn)行降序排序并打印結(jié)果，此時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)次數(shù)最多的是標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、代詞等，故接下來(lái)需要從字典中去除干擾詞匯。

dic_new = dict（sorted（dic.items（）， key=lambda x：x[1]， reverse=True））

print（dic_new）

#將干擾詞匯作為列表的元素放置在列表中存儲(chǔ)到一個(gè)記事本中，命名為stopword.txt。接著讀取該記事本內(nèi)容，通過(guò)遍歷，從字典中移除干擾詞匯。最后打印字典，可以看到政府工作報(bào)告的詞頻情況，得到熱門(mén)詞匯。此處代碼實(shí)現(xiàn)的方法也有很多種，仍然可以一一嘗試，作為對(duì)以前所學(xué)知識(shí)回顧和復(fù)習(xí)。

with open（'stopwords.txt'， 'r'） as f2：

stop_wds = eval（f2.read（））

for kword in list（dic_new.keys（））：

if kword in stop_wds：

dic_new.pop（kword）

print（dic_new）

# 利用wordcloud庫(kù)繪制詞云，生成可視化效果。

w = wordcloud.WordCloud（background_color='white'， width=300， height=250， max_font_size=60， font_path='C：/Windows/Fonts/simhei.ttf'）

w.generate_from_frequencies（dic_new）

w.to_file（'D：/政府工作報(bào)告.png'）

4）知識(shí)拓展、深入學(xué)習(xí)

在學(xué)生理解吃透上述內(nèi)容且在充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的前提下，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行加深拓展，并發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。教師提供有效的資源供學(xué)生查閱，學(xué)生根據(jù)資料自主探究如何制作個(gè)性化的詞云展示。

4課程考核情況分析

課程考核的目的是督促學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)以及客觀反映學(xué)生對(duì)Python程序這門(mén)課的掌握情況。既能考察大部分一般學(xué)生的實(shí)際水平，又能考察少數(shù)優(yōu)秀學(xué)生的水平，同時(shí)也能反映少數(shù)較差學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。本輪共有1241名語(yǔ)言類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生（來(lái)自英語(yǔ)、日語(yǔ)、法語(yǔ)、德語(yǔ)、翻譯、俄語(yǔ)、西班牙語(yǔ)、政治學(xué)與行政學(xué)、外交學(xué)、新聞學(xué)等專(zhuān)業(yè)）必修Python程序設(shè)計(jì)這門(mén)課。課程考核從平時(shí)成績(jī)（過(guò)程性評(píng)價(jià)）和期末考試（終結(jié)性評(píng)價(jià)）兩方面進(jìn)行。

1）平時(shí)成績(jī)

平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的40%，由出勤率（10%）、每次課后作業(yè)（15%）、課堂表現(xiàn)（5%）組成。以百分制計(jì)算平時(shí)成績(jī)，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，Python程序設(shè)計(jì)課程平時(shí)成績(jī)平均分為91.7分。相較于2020-2021學(xué)年第一學(xué)期的計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程的平均分90.88分，還要高出0.82分。通過(guò)對(duì)平時(shí)成績(jī)各項(xiàng)的細(xì)分統(tǒng)計(jì)和對(duì)學(xué)生的問(wèn)卷調(diào)查，究其原因，主要有以下兩點(diǎn)：

①極大部分學(xué)生從來(lái)沒(méi)有接觸過(guò)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，對(duì)它心存“敬畏”，不敢請(qǐng)假甚至?xí)缯n，因?yàn)槁湎乱淮握n，就意味著知識(shí)的斷層，影響后續(xù)學(xué)習(xí)。因此出勤率和課后作業(yè)提交率要高于第一學(xué)期的計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程。

②課程內(nèi)容的設(shè)置更接地氣

通過(guò)理論指導(dǎo)實(shí)踐案例、案例加深理論理解和專(zhuān)業(yè)知識(shí)融合，切實(shí)提高了學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的熱情，課堂學(xué)習(xí)氛圍、學(xué)生表現(xiàn)欲跟第一學(xué)期相比，明顯高漲。很多學(xué)生在學(xué)期末尾向?qū)W校了申請(qǐng)了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，運(yùn)用信息技術(shù)來(lái)解決本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域問(wèn)題。

2）期末成績(jī)

期末考試占總成績(jī)的60%，考查學(xué)生對(duì)Python程序設(shè)計(jì)這門(mén)課的整體掌握情況。期末考試試卷由20題選擇題、10題填空題、10題判斷題和3題編程題組成（編程題難度分別為易、中、高），學(xué)生在Python考試系統(tǒng)中隨機(jī)抽一套完成期末考試（每套試題難度相當(dāng)）。正常的高校課程考試，一般要求基礎(chǔ)課平均分落在參考值70-80范圍之內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)差在參考值5-12范圍之內(nèi)。對(duì)此次考試進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)百分制下平均分為77.45，在參考正常值范圍內(nèi);標(biāo)準(zhǔn)差為17.66，大于參考值?？梢苑从吵鲈嚲砥骄诌_(dá)到要求，但是學(xué)生間的學(xué)習(xí)差異較大。造成這種情況的原因一個(gè)可能是學(xué)生間確實(shí)存在著較大的差異，還有一個(gè)可能是試卷相對(duì)偏難。但共有340名學(xué)生期末成績(jī)是在90～100之間，占比達(dá)到總?cè)藬?shù)的27.4%，726名在60～90之間，占比達(dá)到總?cè)藬?shù)的58.5%，低于60分的占比為14，1%，基本符合成績(jī)的正態(tài)分布，故試卷難度應(yīng)屬于正常。

對(duì)于Python語(yǔ)言的學(xué)習(xí)學(xué)生間存在差異的問(wèn)題，也是后續(xù)課程建設(shè)中研究的重點(diǎn)：如探究存在哪些差異，什么原因造成的差異，如何讓教學(xué)內(nèi)容跟專(zhuān)業(yè)知識(shí)更好的融合在一起、激發(fā)文科生學(xué)習(xí)Python課程的更高興趣等。另外，隨著后期對(duì)Python程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程建設(shè)的不斷深入和完善，過(guò)程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)的考核方案還會(huì)不斷摸索改進(jìn)，來(lái)更好、更全面的反映學(xué)生掌握Python語(yǔ)言的情況。這些問(wèn)題都值得在后續(xù)Python課程開(kāi)設(shè)過(guò)程中長(zhǎng)期研究實(shí)踐，為新文科培養(yǎng)出更多優(yōu)質(zhì)復(fù)合型人才做努力。

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【通聯(lián)編輯：王力】