張曉春 徐曉鵬 魏蘇林 余永紅

摘? 要： 根據(jù)?！靶陆?jīng)管”計(jì)劃和Python語言課程教學(xué)現(xiàn)狀，提出一種融入“專業(yè)知識”的Python教學(xué)案例設(shè)計(jì)。通過專業(yè)導(dǎo)向法，激發(fā)學(xué)生編程興趣，采用任務(wù)教學(xué)法，將Pandas數(shù)據(jù)分析單元?jiǎng)澐譃槎嗳蝿?wù)模式。案例中引入教育領(lǐng)域數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)分析的過程中，強(qiáng)調(diào)Pandas的常用方法。與傳統(tǒng)單一型案例相比，分專業(yè)應(yīng)用域的案例設(shè)計(jì)模式充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： Python語言; “新經(jīng)管”; 數(shù)據(jù)分析; Pandas

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2020）10-102-03

Abstract： According to "New Economic Management" plan and current situation of Python teaching in our university， this paper proposes a new design of teaching case integrated with specialized knowledge. The students' interest in programming is stimulated by specialty guided method， and Pandas data analysis unit is divided into multi-task mode by using task-based teaching method. Compared to the traditional design of teaching case， new mode fully mobilizes students' initiative in learning， and improves teaching effect.

Key words： Python language; "New Economic Management"; data analysis; Pandas

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的迅速發(fā)展，智能化逐漸在國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與產(chǎn)業(yè)升級中起到至關(guān)重要的作用。為了全面步入智能化時(shí)代，社會需要一批掌握高端技術(shù)的復(fù)合型人才。因此，提高學(xué)生領(lǐng)域?qū)嵺`與應(yīng)用能力、培養(yǎng)復(fù)合型高科技人才是計(jì)算機(jī)程序類課程研究和改革的主要內(nèi)容。

為了提高學(xué)生的編程應(yīng)用能力，李麗等提出了從教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容及考核方式等多元化逐級式教學(xué)模式，進(jìn)行一系列以提高程序設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)的教學(xué)方法改革[1]。嵩天等通過提出一種培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)思維能力的教學(xué)案例設(shè)計(jì)新思維，來優(yōu)化和改進(jìn)教學(xué)軟件環(huán)境、課堂教學(xué)模式等方面，促進(jìn)學(xué)生編程能力的培養(yǎng)[2]。朱小軍等以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的積極性、主動(dòng)性為目的，進(jìn)行教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革[3]。趙廣輝提出了以計(jì)算思維為核心，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜專業(yè)問題能力的教學(xué)改革[4]。王立松等研究了計(jì)算思維的培養(yǎng)與實(shí)踐關(guān)系，并進(jìn)行教學(xué)模式的改革[5]。石禮娟等根據(jù)新工科人才的需求，對授課環(huán)境、教學(xué)目標(biāo)、知識體系、教學(xué)邏輯進(jìn)行教學(xué)改革，取得了一定的教學(xué)效果[6]。

基于上述文獻(xiàn)可以看出，高校Python語言課程的研究取得了不少成果，但是這些研究成果沒有充分地分析不同專業(yè)的領(lǐng)域知識結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也沒有對適用于行業(yè)的程序案例進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此，本文針對目前我校開設(shè)的Python編程課程教學(xué)存在的一些問題，建立符合各專業(yè)實(shí)際應(yīng)用的Python教學(xué)案例，有利于激發(fā)學(xué)生的編程興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，能夠起到提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)效果的作用，對教學(xué)改革是個(gè)有益的探索。

1 Pandas數(shù)據(jù)分析案例設(shè)計(jì)

1.1 案例基本思路

Pandas在針對多維結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集分析處理中極具優(yōu)勢，因此，在設(shè)計(jì)Pandas教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)，可以考慮使用數(shù)據(jù)分析技術(shù)。通過數(shù)據(jù)分析基本步驟的講解，學(xué)生可以掌握DataFrame對象在數(shù)據(jù)獲取、展示、分析、篩選等數(shù)據(jù)處理上的一些常用方法。

隨著機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)分析已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。筆者所在學(xué)校是一所財(cái)經(jīng)類高校，核心專業(yè)有財(cái)會、金融、貿(mào)易等。針對不同專業(yè)特點(diǎn)來設(shè)計(jì)教學(xué)案例，可以在傳授知識的同時(shí)也讓學(xué)生學(xué)會如何解決實(shí)際應(yīng)用問題。比如，對于金融專業(yè)的學(xué)生，可以考慮利用股票數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析常用方法及步驟。針對教育學(xué)專業(yè)，可以選擇課程成績等數(shù)據(jù)作為案例數(shù)據(jù)源。通過考慮專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，配合職業(yè)規(guī)劃方案，設(shè)計(jì)適于企業(yè)應(yīng)用的教學(xué)案例即可以幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)任務(wù)、提高學(xué)習(xí)能動(dòng)性，也為應(yīng)用型人才培養(yǎng)奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.2 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

針對Pandas數(shù)據(jù)分析教學(xué)單元，首先介紹數(shù)據(jù)分析的實(shí)現(xiàn)過程，在教師講授、演示的過程中，對新技術(shù)理論進(jìn)行介紹，并強(qiáng)調(diào)該技術(shù)的應(yīng)用場景。學(xué)生從應(yīng)用中學(xué)到理論，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以讓學(xué)生能夠?qū)W以致用。

為了提高教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到較好的教學(xué)效果，該單元教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)將對“Pandas數(shù)據(jù)分析”任務(wù)按照操作先后順序進(jìn)行任務(wù)劃分。下面的小節(jié)中，我們將詳細(xì)介紹Pandas數(shù)據(jù)分析的任務(wù)分解步驟。

1.3 任務(wù)步驟分解

數(shù)據(jù)分析的Python實(shí)現(xiàn)可以分為導(dǎo)入相關(guān)庫、讀入數(shù)據(jù)文件、數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)清理和數(shù)據(jù)分析五個(gè)基本步驟?？紤]教育學(xué)專業(yè)學(xué)生就業(yè)領(lǐng)域特點(diǎn)，我們選擇學(xué)生成績數(shù)據(jù)作為本單元數(shù)據(jù)分析對象。

數(shù)據(jù)導(dǎo)入后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的瀏覽是非常有必要的。通過dataframe的head、tail、shape、columns等方法查看原始數(shù)據(jù)，初步了解數(shù)據(jù)的類型及形式。通過查看數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)Pythongrades表的一些列有空值，還有一些列對分析意義不大。預(yù)處理時(shí)，對于空值可以選用插值技術(shù)，也可以直接刪掉這部分有空值的數(shù)據(jù)行（當(dāng)數(shù)據(jù)量大時(shí)）。

完成數(shù)據(jù)清理工作之后，可以進(jìn)入數(shù)據(jù)分析過程。在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析之前，通過啟發(fā)式教學(xué)提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考、討論，培養(yǎng)學(xué)生通過觀察數(shù)據(jù)選擇分析目標(biāo)的能力。完成以上步驟后，可以將Python期末成績表的分析目標(biāo)設(shè)定為①分析成績字段的統(tǒng)計(jì)信息;②分析機(jī)試成績和剩余時(shí)間的相關(guān)性;③分析全校同學(xué)成績分布;④分析各學(xué)院參加考試的人數(shù);⑤分析期末考試合格率;⑥分析期末考試等級分布;⑦統(tǒng)計(jì)按學(xué)院分組的考試平均成績。本單元案例運(yùn)行結(jié)果如圖1至圖5所示。

1.4 課后作業(yè)設(shè)計(jì)

根據(jù)“金課”課程建議意見，作業(yè)的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足目標(biāo)明確、層次分明、教師自己做過三個(gè)基本要素。由于本單元教學(xué)過程中已經(jīng)演示成績數(shù)據(jù)的分析過程，因此作業(yè)可以選用其他領(lǐng)域數(shù)據(jù)，使學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)后，得到實(shí)際鍛煉，并通過實(shí)驗(yàn)掌握課堂所學(xué)知識，提高實(shí)踐動(dòng)手能力。經(jīng)過上述分析，本單元作業(yè)選用洗發(fā)水銷售數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集描述了3年期間的洗發(fā)水月銷售量。

分析過程可以參照如下步驟：①讀取shampoo.csv文件;②瀏覽數(shù)據(jù)，嘗試多種方法;③進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)清理工作;④根據(jù)已有數(shù)據(jù)，或新組合變量，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析;⑤對分析結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。

2 結(jié)束語

本文對Python語言課程的教學(xué)案例設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行了初步的研究和探索，圍繞特定的專業(yè)應(yīng)用目的，把行業(yè)實(shí)際應(yīng)用的場景加以典型化處理，形成實(shí)用的教學(xué)案例。這些基于專業(yè)領(lǐng)域知識的教學(xué)案例可以幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、提升學(xué)習(xí)效果，為未來職業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 李麗，王大勇等.基于Python程序設(shè)計(jì)的多元化逐級式教學(xué)模式[J].計(jì)算機(jī)教育，2020.1：77-81

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[3] 朱小軍，王立松.兼顧趣味性的計(jì)算思維課程教學(xué)方案設(shè)計(jì)[J].工業(yè)和信息化教育，2016.3：31-34

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[5] 王立松，潘梅園等.計(jì)算思維導(dǎo)論課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的思考和探索[J].工業(yè)和信息化教育，2015.5：10-14

[6] 石禮娟，謝新港等.新工科背景下“以學(xué)為本”理念的探索與思考——以“Python程序設(shè)計(jì)”課程為例[J].高等農(nóng)業(yè)教育，2019.6：70-73