课程思政研究论文：Python 语言程序设计的多角度思政教育

课程思政研究论文：Python语言程序设计的多角度思政教育0引言高校是思想碰撞的场所，也是学生价值观养成的关键阶段。信息化时代，多元文化交流日趋紧密，意识形态斗争日趋严峻。如何保证大学生在复杂的文化、意识环境中，形成符合社会主义核心价值体系的人生观与价值观，是当代高等教育肩负的重要历史使命。2016年习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出，高校要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人

[1]。2020年，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》，要求全面推进课程的思政建设，完善专业培养体系的思政教育，充分发挥课堂教学的思想辐射效应，保证人才培养方向与质量

[2]。如何在专业课程体系中有机融入思政教育，已成为高等教育面临的一个重要问题。Python语言作为一种优雅、简洁的高级程序设计语言，能将开发人员从复杂的底层设计任务（例如内存管理、数据结构设计等）中摆脱出来，而关注问题本身的解决方法

[3]。鉴于此，Python语言程序设计已成为各大院校工程类专业广泛开设的基础课程。现阶段Python语言教学一般遵循语法讲解、实践验证的思路，内容逻辑性强且高度抽象，缺少思政教育的结合点

[4]。过于生硬的思政教育融入，容易打乱原有的教学思路，进而影响教学效果。另外，说教式的思政教育模式也容易引起学生的抵触心理。因此，如何在课程进程中有机融入思政元素，做到润物细无声，使学生在学习专业知识的同时，潜移默化地接受思政教育，是取得预期教学效果的关键。1多角度切入的思政教育教学多角度切入的思政教育是建立在“问题导入—语法讲解—应用演示—课程总结”的Python语言教学流程基础之上，具体如图1所示。知识导入通过抛出现实问题，以实际问题的程序设计需求引入教学内容。在此阶段，思政教育可通过实际问题的本体作为切入点，结合历史故事、科学范例、时政要闻等不同维度的元素，选择符合教学内容的思政故事。需注意的是，此部分的思政故事要严格与程序设计思想一致。在讲述故事情境的过程中，顺其自然地实现教学内容的导入以及思政教育的融入。例如，在循环结构程序设计一节中，以“愚公移山”故事作为引导，分析“子子孙孙，无穷匮也”的循环思想，进而引入程序设计中循环的设计方式，在此过程有机融合愚公移山精神的教育。应用演示阶段在语法讲解之后，以具体案例的方式说明如何通过讲解的语法实现程序设计过程。在此阶段，思政教育以教学案例的背景作为切入点，在正式进入案例程序设计分析之前，简介案例的思政背景，此部分内容可以适当脱离程序设计思想。例如，在顺序结构程序设计一节中，以“凯撒密码”案例作为应用背景，在问题描述之前普及国家信息安全防护的意义，倡导增强信息安全意识，进而引出文件加密的程序设计案例。从知识导入以及教学案例角度开展思政教育都是建立在较为直观的思政素材基础上，属于显式思政教育。Python语言中令一类思政教育可渗透于教学方法与教学设计中，通过巧妙的教学安排，由教师进行引导式思政教育。该过程并不依赖思政素材，而通过教师的教学设计培养学生的思维意识，属于隐式思政教育。例如，在循环结构程序设计一节中，以“百钱百鸡”问题为例，采用逐步递进的方式，分别要求以三层循环、两层循环以及一层循环求解，启发式地引导学生进行相应算法设计，演示并分析三层、两层、一层循环的循环次数。从中可得出由于算法设计的改进，问题求解的计算量大幅降低，以此激发学生养成良好的创新意识。最后，在课程总结阶段，梳理课程的教学内容，明确教学的情感目标，进而进一步强化思政教育的深度。结合以上3种切入角度，可充分保证思政教育的贯彻力度。另外，通过多维度的渗透，实现从说教式教育模式转变为融合式教育模式，提升思政教育的教学效果。2多角度思政元素挖掘2.1知识导入思政要素挖掘挖掘与程序设计思想契合的思政故事，以此导入教学内容，是专业课开展思政教育最简单便捷的途径。Python语言程序设计教学内容大致可划分为7部分，每一章节代表性思政元素见表1。具体的开展形式如下。绪论：Python之父吉多·范罗苏姆在开发Python之前已具有丰富的程序设计经验。为了打发圣诞节时间，他分析了ABC以及C语言等现有语言的优缺点，设计出更为简单便捷的Python语言。以吉多的故事鼓励学生以专业知识为基石、以兴趣为驱动进行科学探索，并以此引申出Python语言的特性介绍。数据类型：2019年阿丽亚娜火箭发生爆炸，事故调查发现是由于程序设计试图将64位数字放入16位空间，导致整数溢出。这次失败损失了3.7亿美元。通过该案例，让学生了解编程规范的重要性，培养学生良好的工作习惯，强化学生工程伦理教育，并以此引出Python中不同数据类型的定义方式。选择结构程序设计：以于敏投身氢弹研究的历史背景为例，引入选择结构程序设计。于敏在国家面临核威胁与核讹诈时，选择了隐姓埋名，不计个人得失，投身国家的氢弹研究事业。提问学生面临同样问题时，会如何选择。通过追问计算机如何选择，引出Python选择结构，同时引导学生树立正确的人生观。循环结构程序设计：以愚公移山的寓言故事为例，引入循环结构程序设计。讲述愚公移山故事，分析“子子孙孙，无穷匮也，而山不加增，何苦而不平”的精神内涵。通过分析愚公移山中循环程序设计思想，引入本次课程的教学内容，再通过追问学生从愚公移山故事中受到的启迪，鼓励学生对于人生目标孜孜不倦的追求，传承愚公移山精神。函数与模块：通过中国天宫空间站工程的组织与实施案例，引入模块化、函数化程序设计思想。在面对浩大的空间站工程，单一团队无法胜任全部工作，采用模块化分工，可以将不同任务分配给对口单位，从而保障空间站快速、高质量的建设。让学生了解函数与模块的重要作用，从而有机地融入中国载人航天精神的思政元素，培养学生对于国家尖端科技成果的自豪感，学习特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献的航天精神。异常处理：塔科马海峡大桥在1940年7月举行了盛大的通车仪式，同年11月发生坍塌。事件发生后，通过模拟测试找出了坍塌事件的元凶—卡门涡街效应引起吊桥共振。由于桥梁设计师未全面考虑桥梁实际环境，致使塔科马海峡吊桥成为20世纪最严重的工程设计错误之一。以此引入异常处理的教学内容，使学生了解异常处理的重要性，培养学生一丝不苟、精益求精的思想品质。面向对象：在讲解面向对象中继承与多态的概念时，以继承与弘扬中华民族优秀传统为例，阐述文化传承的重要意义，并以此做类比开展继承与多态的教学。号召学生在文化继承的基础上，充分挖掘精神谱系新时代的内涵与生机，践行当代大学生文化传承与弘扬的历史使命。2.2应用演示典型思政案例挖掘应用演示阶段的思政教育是从案例素材的背景出发，可灵活地融入多维度的思政元素。以下4种典型案例设计可作为本阶段思政教育开展模式的参考。“凯撒密码”案例：凯撒密码是一种典型的移位密码，它将明文中字符对应的ASCII码按照一定数字平移，将平移后ASCII码转成对应的加密字符。例如，将字符“a”向后平移3，“a”对应的ASCII码为97，向后平移3后为100，对应的字符为“d”。输入明文字符以及对应的平移位数，编程计算加密后的字符。该案例作为顺序结构程序设计的典型案例，可加深学生对于输入/输出函数、变量与操作符等内容掌握能力。案例思政要素切入可从加密算法对应的信息安全背景描述，阐述信息加密对于国家安防的重要意义，从而引入国家安全意识的思政教育。“个税计算器”案例：《中华人民共和国个人所得税法》规定，公民应履行纳税义务。税法规定，以个人全年应纳税所得额作为税收依据，不同区间的额度对应征收税率不同，具体见表2。输入个人应纳税所得额，编写个税计算程序。该案例作为多分支结构应用的典型案例，可以锻炼学生根据程序设计思想解决实际问题的能力。案例教学开始时，阐述纳税是公民应尽的基本义务，培养学生依法纳税的法制意识，并以此作为情境引入个税计算的程序设计问题。“全会词云”案例：Python可以轻松实现文本关键词、热词的词云可视化。结合十九届六中全会报告关键词解析的应用任务，系统演示Python词云的生成方法，使学生掌握词云的程序设计流程。全会词云如图2所示，通过程序结果展示，可以帮助学生快捷地读懂全会的报告内容，了解共产党百年奋斗重大成就和历史经验，明确政府各项利国利民的方针政策，加深学生对于中国共产党执政的政治认同。2.3教学方法与教学设计思政元素挖掘教学方法与教学设计中的思政教育，是通过知识讲解方法、问题思考方式等渗透思政元素，更加侧重于品质思维的培养，如科学精神、创新意识、团队协作等。以下3种典型案例设计可作为本阶段思政教育开展模式的参考。“货币兑换”案例：货币兑换是银行常见业务。以货币兑换作为程序设计应用场景，案例1设计由人民币兑换欧元程序，案例2设计人民币与欧元互换程序，案例3设计人民币、欧元、美元互换程序。当输入币种与兑换类型符合业务服务范围，按照汇率兑换。3个案例设置层层递进，通过问题设计的逐步精细化，更加符合实际生活场景，引导学生养成全面思考问题的习惯，以此培养学生精益求精的科学精神。“百钱百鸡”案例：100个铜钱买了100只鸡，其中公鸡一只5钱、母鸡一只3钱、小鸡一钱3只，问公鸡、母鸡、小鸡各多少。百钱百鸡问题是典型的循环设计问题。教学过程分别要求以三层循环求解、两层循环求解以及单层循环求解，引导讲解并总结不同循序的循环次数。如下程序清单所示，通过改进算法，循环次数明显减少，进而鼓励学生养成良好的创新意识，以技术革新带动科技发展。三层循环程序清单如下，共执行循环71400次。“新冠肺炎诊断”案例：以新冠肺炎肺部X光图像诊断为例，演示如何通过pytorch框架快速实现VGG分类网络的搭建。VGG网络所需的卷积函数、激活函数、池化函数、全连接函数可以通过调用pytorch库快速实现。借助该案例，介绍大型项目的组织与开发形式，通过功能细分，由多个部门或小组分工完成，进而引申出团队分工与协作的思政内涵。3课程思政典型教学示例课堂教学内容通过氢弹之父于敏的故事引入选择结构程序设计问题，再结合货币兑换情境分别讲解不同分支结构的设计规则与应用，诱导式教学，由学生从情境中抽象数学问题，再由数学问题转换为程序问题，并动手实践。打造工程问题求解三步走战略：现实问题→数学问题→程序问题。最后，再通过真实工程问题：防空识别区案例强化三步走思维方式，层层推进，逐步深入，具体教学设计如图3所示。以于敏投身氢弹研究的历史背景，有机渗透爱国奉献精神的价值引领。结合货币兑换场景的层层深入，通过不断细化的处理方式，培养学生精益求精的科学探索精神。