Python编程基础（项目式微课版）-课程标准 王健

《Python程序设计》课程标准课程类别：专业核心课适用专业：3年制物联网应用技术专业授课单位：信息与通信学院学分：3学时：72编写执笔人及编写日期：王健，2024.9审定负责人及审定日期：XXX，2024.9一、课程定位和课程设计（一）课程性质《Python程序设计》是物联网应用技术专业的一门专业核心课。重点面向Python设计与开发岗位，与《程序设计基础》、《传感器技术与应用》、《机器人视觉识别技术与应用》、《无人驾驶技术及应用》、《数据挖掘与深度学习应用开发》、《人工智能导论》、《物联网综合应用开发》等课程密切相关。通过本课程的学习，学生能够理解Python的编程模式，熟练使用IDLE或其它Python开发环境，运用Python数字数据类型、序列数据类型、以及相关的列表推导式、切片等特性来解决实际问题，熟练掌握Python分支结构、循环结构、函数、类的设计与使用，熟练使用Python读写文本文件与二进制文件，熟练使用Python编写面向对象程序，熟练使用正则表达式和Python多线程，为后续课程的学习和实验实训奠定基础。（二）人才培养中的作用在课程体系中，本课程是大一第一学期的专业核心课，没有前导课程。后续课程有《传感器技术与应用》、《机器人视觉识别技术与应用》、《无人驾驶技术及应用》、《数据挖掘与深度学习应用开发》、《人工智能导论》、《物联网综合应用开发》等专业课程。本课程为后续课程的学习奠定了基础，是专业基础课和专业课之间的桥梁。（三）课程设计思路按照高等职业教育人才培养目标、定位和特点，以“立德树人”为根本任务，以马克思主义哲学思想、社会主义核心价值观、中国优秀传统文化、爱国主义情怀和科学精神为思想准则，以物联网应用技术专业的就业岗位群能力目标为导向，以满足学生职业生涯发展的需求和适应Python程序开发产业链上各个岗位的需要为原则，以职业能力培养为核心，以“项目引导，任务驱动”、“教、学、做”一体化为教学方法，采用“校企合作，双元育人”的培养模式。线上和线下相结合，理论和实操相结合，开展混合式教学，按照“知识点、技能点、学习情境”三个层面设计教学内容；以提高学生职业能力和职业素养为目标，重视实践教学，培养符合中国特色社会主义国情需要的“素质高、业务精、技能强”的技术技能人才。(1)融入思政，润物无声根据专业方向和职业素养的要求，将党的思想政治教育全程浸润于课程教学中。在教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力。注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和担当使命。落实立德树人根本任务，将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体。寓价值观引导于知识传授和能力培养之中，帮助学生塑造正确的马克思主义哲学观、世界观、人生观、价值观。根据课程内容，有机融入社会主义核心价值观、中国优秀传统文化教育，习近平新时代中国特色社会主义的“四个自信”教育的内容。增强文化自信和文化认同，增强服务社会意识，培养学生家国情怀，同心共筑美丽中国。(2)项目载体，任务驱动由专任教师和企业教师组成课程建设和教学团队，按照Python设计与开发工程师的工作过程和岗位工作任务要求，形成典型的工作任务。依据实际的工作情景和实践要求，将工作任务梳理成学生的学习任务。学生在完成任务的过程中，将素质、知识、技能要求融汇其中，发展综合素质。(3)学生主体，教师引导利用学习任务的引导和要求，开展翻转课堂、线上线下混合式教学等活动，充分调动学生的自主学习能力，驱使学生从“被动学习”变为“主动学习”，培养学生独立自主学习意识，由传统的“以教师为主导，学生被动听课”的教学方式变为“以学生为主体，教师作为引导”的教学模式。通过课堂提问、讨论、情景模拟、角色扮演、案例分析、任务报告等形式，引导学生树立主人翁意识，增强自主学习能力，提高团队合作、沟通表达、探索学习、独立思考、解决问题等能力。(4)校企合作，双元育人聘请企业人员与课程组共同参与课程资源建设、教学任务设计和课程教学。充分发挥校企合作优势，组织教师和学生到企业进行座谈和交流，组织学生到企业见习，增强学生的感性认识，加深学生对岗位工作的理解。企业人员担任课程教学老师，参与教学任务的指导和评价，参与教材的编写、课程改革、企业真实案例制作、专业建设评审、实训室建设等，全程指导和帮助学生成长，实现双元育人。(5)岗课赛证融通，全方位培养围绕Python设计与开发岗位的需求，本课程与《传感器技术与应用》、《机器人视觉识别技术与应用》、《无人驾驶技术及应用》、《数据挖掘与深度学习应用开发》、《人工智能导论》、《物联网综合应用开发》等专业课程组成Python大数据开发应用课程模块。课程融合“1+X”大数据应用开发(Python)职业技能等级认证，辅以大学生数学建模竞赛、省职业院校技能大赛人工智能技术创新应用赛项、智能机器全景技术应用赛项、智慧网联技术与应用赛项。将“1+X”认证和大赛的相关要求，融入到课程学习，让学生掌握Python设计与开发岗位的典型工作任务内容，通过线上线下的情景模拟、虚拟仿真、角色扮演等，切实强化学生的职业岗位工作能力。(6)以人为本，多元评价改变传统的单一的考试评价方式，采用综合素质评价、过程性评价与终结性评价相结合的方式。综合素质评价是根据学生的出勤情况、学习态度、学习表现、通用能力进行评价。过程性评价是根据学生参与课堂实践、课外实践、需求开发实践的完成情况，综合小组评分、教师评价和企业人员评价结果，对学生的素质、知识、技能、团队合作、自主学习、创新能力等进行系统性评价，重点评价学生岗位工作能力和专业技能。终结性评价是在课程结束时采用闭卷考试，重点考察学生对基本知识点的掌握程度，同时对学生的创新能力进行测评。二、课程目标（一）素质目标(1)培养爱国主义情怀和民族复兴责任感，树立民族自信。通过了解国内外大数据分析应用开发和人工智能技术的发展现状，深刻认识到Python设计与开发对增强我国综合国力和增强国家工业力量的重要性。(2)理解中国特色社会主义国情，坚定四个自信，坚持社会主义核心价值观，树立正确的世界观、人生观、价值观和马克思主义哲学观，能用唯物主义辩证法看待科学问题。(3)培养正确的劳动观念，吃苦耐劳，从枯燥的编程过程中寻找乐趣；学习中华民族的奋斗精神，努力拼搏。(4)培养科学精神。通过课程学习和任务实现，培养学生奋进钻研的钉子精神、精益求精的品质精神、追求卓越的进取精神、一丝不苟的工匠精神、严谨求实的工作作风和实事求是的科学精神。(5)培养良好的职业精神、职业道德和职业素养。培养勤于思考、乐于实践、主动学习、夯实基础、厚积薄发、爱岗敬业、细致缜密、诚实守信的良好品质。(6)培养团队合作意识和服务精神。通过小组合作探究，促进大局意识、协作意识和服务意识的形成，积极合作，互帮互助。(7)培养开拓思路、勇于发展、积极创业、勇于创新的双创精神。通过校企合作，共同育人，融入证书制度，学会自我管理，创新性地开展学习活动，提高创新和实践能力。(8)培养结构化程序设计思想和良好的编码规范。(9)培养严谨细致的逻辑思维能力和发现问题、分析问题、解决问题的能力。（二）能力目标1.知识目标(1)掌握Python的环境搭建方法、编程规范、常用开发环境、基本输入输出函数和运算符；(2)理解并掌握Python的数字数据类型和序列数据类型；(3)理解顺序结构、分支结构和循环结构这三种流程控制结构，理解单分支语句、双分支语句、多分支语句、for循环、while循环等基本语法。(4)掌握函数的定义、调用、参数、变量作用域、global和nonlocal关键字的用法、特殊函数的用法；(5)理解模块、包、库的概念和区别，掌握自定义模块的方法和常用的Python内置模块使用方法；(6)掌握Python文件的基本操作，理解文本文件和二进制文件，掌握基于模块的文件操作。(7)理解面向过程、面向对象、类、对象的定义，掌握类的实例化操作、类的属性或方法的定义和访问，理解继承的概念，掌握子类重写父类同名方法的过程。(8)理解正则表达式、线程、进程、并发、并行、线程锁等概念，掌握正则表达式re模块的常用方法和创建线程的方式。2.技能目标(1)能够搭建Python环境、安装PythonIDLE、Anaconda、PyCharm和JupyterNotebook，能够遵守Python编程规范；(2)能够熟练使用Python字符串、集合、列表、元组、字典等数据类型以及相关的列表推导式、切片等特性来解决实际问题。(3)能够根据需求综合运用分支结构和循环结构来编写程序，解决实际问题；(4)能够正确定义和调用函数，正确使用关键字参数、可变长参数、可变关键字参数，正确使用匿名函数、高阶函数、闭包函数、偏函数和递归函数；(5)能够自定义模块，正确使用time模块、random模块和turtle模块。(6)能够正确进行文本文件和二进制文件操作，能够正确使用os模块、shutil模块、openpyxl模块操作文件，解决批量输入输出的实际问题；(7)能够正确定义类并创建实例化对象；定义和调用类属性、实例属性；定义和调用类方法、实例方法、自由方法、静态方法；使用继承进行方法重写；(8)能够正确使用正则表达式操作字符，能够在Python中创建线程。3.岗位核心能力(1)能够用Python表达式表达实际问题，具有解决简单应用问题的程序设计能力；(2)能够对算法进行描述，初步建立结构化程序设计思想；(3)能够用Python表达式表达实际问题中的各种条件，具有解决分支结构应用问题的程序设计能力；(4)具有解决重复操作应用问题的程序阅读、程序设计、程序编写和程序调试的初步能力；(5)具有解决综合应用问题的程序阅读、程序设计、程序编写和程序调试能力，建立结构化程序设计思想；(6)具有综合运用所学知识进行应用软件开发、编码、调试和维护的能力。(7)具有一定的抽象思维、形象思维和逻辑思维能力。(8)具有一定的分析问题和解决问题的能力。三、课程内容与要求（一）课程教学内容与教学要求模块1初识Python主要教学内容1.1Python概述1.2Python常用开发工具介绍1.3Python基础语法教学要求1.了解Python；2.了解Python的发展历史；3.掌握Python环境搭建的方法；4.理解Python编程规范；5.掌握Python常用开发环境；6.理解Python基本输入输出函数；7.掌握Python运算符。重点和难点分析1.搭建Python环境；2.理解Python编程规范；3.安装PythonIDLE、Anaconda、PyCharm和JupyterNotebook；4.使用Python运算符。模块2Python数据类型主要教学内容2.1数字数据类型2.2序列数据类型教学要求1.理解数字数据类型，掌握整型、浮点型、布尔类型和复数类型的操作；2.理解字符串的概念，掌握字符串的操作，熟悉字符串的相关函数；3.理解集合的概念，掌握集合的操作；4.理解列表的概念，掌握列表的操作，熟悉列表的相关函数；5.理解元组的概念，掌握元组的操作；6.理解字典的概念，掌握字典的操作；7．掌握不同数据类型在不同场景下的应用方法。重点和难点分析1.序列数据类型(字符串、集合、列表、元组、字典)的操作模块3Python流程控制主要教学内容3.1分支结构3.2循环结构教学要求1.理解顺序结构、分支结构、循环结构这3种流程控制结构；2.理解单分支语句、双分支语句、多分支语句、分支嵌套的基本语法；3.理解for循环、while循环、循环嵌套的基本语法。重点和难点分析1.分支嵌套的使用方法；2.for循环、while循环的使用方法；3.循环嵌套的使用方法。模块4函数与模块主要教学内容4.1函数4.2模块教学要求1.掌握函数的概念、作用、定义和调用方法；2.掌握Python的函数参数；3.理解函数的变量作用域；4.掌握global和nonlocal关键字的用法；5.掌握匿名函数、高阶函数、闭包函数、偏函数、递归函数的用法；6.理解模块、包、库的概念和区别；7.掌握自定义模块的方法；8.掌握常用的Python内置模块。重点和难点分析1.函数的定义和调用；2.关键字参数、可变长参数、可变关键字参数的使用；3.匿名函数、高阶函数、闭包函数、偏函数和递归函数的使用；4.自定义模块；5.time模块、random模块和turtle模块的使用。模块5Python文件处理主要教学内容5.1文件的基本操作5.2基于模块的文件操作教学要求1.掌握Python文件的基本操作；2.理解文本文件与二进制文件；3.掌握基于模块的文件操作。重点和难点分析1.文本文件操作；2.二进制文件操作；3.使用os模块操作文件，包括创建和删除文件夹，创建、打开、读取、写入、删除文件；4.使用shutil模块操作文件，包括复制、移动、删除文件或文件夹，压缩和解压缩文件；5.使用openpyxl模块操作Excel文件，包括将数据写入Excel文件、读取Excel文件中的数据、对Excel文件进行高级操作等。模块6Python面向对象主要教学内容6.1面向对象简介6.2类的定义与使用6.3继承教学要求1.了解面向过程与面向对象的区别；2.理解类和对象的概念；3.掌握类的定义和实例化操作；4.掌握类的属性或方法的定义和访问；5.理解继承的概念；6.掌握子类重写父类同名方法的过程。重点和难点分析1.定义类并创建实例化对象；2.定义和调用类属性、实例属性；3.定义和调用类方法、实例方法、自有方法、静态方法；4.使用继承进行方法重写。模块7Python高级知识主要教学内容7.1正则表达式7.2多线程教学要求1.了解正则表达式的基本概念，掌握正则表达式中常用字符的使用方式；2.掌握正则表达式re模块的常用方法；3.理解线程、进程、并发、并行等概念；4.掌握创建线程的方式；5.理解线程锁的相关概念。重点和难点分析1.使用正则表达式操作字符；2.在Python中创建线程。模块8Python科学计算库(选学内容)主要教学内容8.1NumPy数值计算库8.2SciPy科学计算库8.3pandas数据分析库8.4Matplotlib可视化图库教学要求1．理解NumPy的安装、特点和数组属性；2．掌握使用NumPy创建数组、数组索引、数组切片、数组重塑等基本操作；3．掌握NumPy常用数值计算函数；4．理解SciPy的概念、特点及常用模块；5．掌握SciPy常量模块constants的基本使用方法；6．理解pandas的概念、特点；7．掌握pandas核心数据结构Series和DataFrame的使用方法；8．掌握pandas常用数据分析函数；9．理解数据可视化的概念、特性及可视化图表的分类；10．掌握Python可视化图库Matplotlib的基本操作。重点和难点分析1.NumPy的基本操作；2.NumPy矩阵运算；3.NumPy常用数值计算函数；4.实现Scipy的插值和优化功能；5.Pandas的两种核心数据结构：Series和DataFrame；6.Pandas常用数据分析函数；7.Matplotlib的常用绘图函数。（二）课程学时分配学时分配表序号教学内容学时其中讲授实践其他1初识Python42202Python数据类型105503Python流程控制63304Python函数与模块105505Python文件处理84406Python面向对象105507Python高级知识63308Python科学计算库(选学内容)18990学时总计7236360四、实践教学（一）课内实践项目实践教学安排表序号实践项目学时1安装JupyterNotebook0.52输出古诗0.53换算学习时间14计算三角形面积25模拟水果店的电子菜单26火车站安检程序17菜名查询小程序28聊天机器人29马戏团动物表演210发红包小程序211绘制多边形212读写文本文件213文件操作练习214点和圆215类的四种方法116处理学生信息217检测空气质量218使用NumPy统计学生成绩219使用SciPy实现正态分布220使用pandas对三国名将综合能力进行分析221使用Matplotlib绘制饼图2总计36（二）独立实践项目（课程设计、大型作业及实训项目等）序号实训内容学时1打印万年日历22我的英文字典23教材记录管理24自定义字符串处理函数25图片翻转26异常传递2总计12五、课程实施（一）教学条件1.软硬件条件本课程采用PPT进行教学，需配备机房；在每台计算机上，在Windows操作系统下安装编译环境Anaconda或miniconda、Jupyternotebook、PyCharm等。硬件条件(设备要求)：电脑要求64位Win7（非家庭版）及以上操作系统；8G以上内存；硬盘至少具备150G的使用空间；软件条件：序号项目版本1Python环境3.7.0（64-bit）2IDE3.7（64-bit）PyCharm社区版Anaconda5.3.1JupyterNotebook最新版即可2.师资条件授课教师需精通Python编程，具有丰富的教学经验和大型项目实战参与经验。目前，信息与通信学院物联网应用技术教研室的校内专任教师及企业外聘教师满足以上授课要求。（二）教学方法建议本课程通过自主学习法、讲授法、启发引导法、测试法、视频教学法、分组法、案例教学法、角色扮演法等多种方法的灵活运用促进学生的自主学习。(1)自主学习法、讲授法、启发引导法为主体课前，学生在智慧职教平台上自主学习教学资源(ppt、视频、动画等)，完成相应的课前测试，在平台上留言或讨论。课中，教师根据学生的测试结果和讨论情况，重点讲授相关知识点，并辅以启发讨论法，引导学生得出结论，归纳整理出知识体系。(2)测试法必不可少有压力才有动力，没有考核的学习注定收效甚微。为了督促学生努力学习，本课程在教学中设置了大量的测试。测试分为五部分：课前预习测试、课中测试、课后单元测试、期中测试、期末测试。所有测试都在智慧职教平台上完成。测试内容不仅仅包括课程知识，还包括思政知识。另外，可以通过抢答测试来活跃课堂气氛。(3)视频教学法效果明显在课前和课间休息时间，教师可以播放爱国主义教育视频、物联网专业相关的高新技术视频。通过视频的直观感受，激发学生的爱国主义情怀，增强四个自信，树立爱岗敬业的职业精神、奋进钻研的钉子精神、精益求精的品质精神、追求卓越的进取精神、一丝不苟的工匠精神、严谨求实的工作作风、实事求是的科学精神，团结一致，爱国爱党，科技报国。(4)分组法锻炼团队合作能力为了提高学生学习的积极性，营造良好的课堂气氛，本课程将学生分组(爱国组、敬业组、劳动组、工匠组、创新组、劳模组等)，让每位学生扮演一定的角色，完成Python程序的设计和编码、报告的撰写等工作。(5)案例教学法+角色扮演法增加课堂趣味性教师给定多个案例，以小组为单位，让学生分别扮演不同的角色，对案例进行分析、解答、汇报等。具体教学流程为：在理论和课堂实践教学中，本课程引入基于微课的翻转课堂，促进学生自主学习，改善课堂教学效果。(1)课前1)教师提前在智慧职教平台上传资源，发布预习任务清单。学生根据任务清单，观看教学资源，在平台上完成预习作业或测试，发表相关观点、参与讨论。教师查看学生自学情况。2)课前十分钟，教师利用多媒体设备播放相关的爱国主义视频(如抗击疫情、抗洪救灾、地震赈灾、扑灭山火等爱国时事视频)，展示全国人民团结一心，共渡难关；强调“为中国人民谋幸福，为中华民族谋复兴”是中国共产党人的初心和使命；展示社会主义制度在任何时候都具有优越性，在大灾大难中表现尤为突出；增强道路自信、理论自信、制度自信、文化自信；增强学生的爱国主义情怀和民族复兴责任感。(2)课中教师使用讲授法、讨论法、视频教学法、分组法、案例教学法、角色扮演法等讲授专业知识，在潜移默化中贯通思政知识要点。引导学生对相关思政要点进行讨论，或者在智慧职教平台上发表观点。此外，还可以在课堂中穿插测试，检验学生的专业知识和思想政治情况。教师可以要求学生进行思政综述演讲汇报，或学科发展与应用演讲汇报等。(3)课后课间5分钟，播放物联网应用技术专业的高科技应用视频，积极与同学们沟通，了解同学们的学习、生活和思想情况，教导同学们要树立正确的价值观、人生观和世界观。课后，教师布置课后作业和测试，包括选择题、判断题、主观论述题等。学生需完成相关测试和作业。教材使用教材：《Python编程基础(项目式微课版)》，王健著，人民邮电出版社，2024年8月第1版;六、教学评价、考核要求