python编程与工程实践教学大纲

PAGEPAGE10《Python编程与工程实践》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称Python编程与工程实践课程编号课程性质选修课课程类别专业课开课单位机械电子教研室授课学期第5学期学分/学时2/32课内学时32理论授课16上机学时12课内实践0实验学时4课外学时32适用专业机械电子工程是否双语否先修课程信息技术基础后续课程数字图像处理、工业机器人应用技术？二、课程简介《Python编程与工程实践》是机械电子工程专业的专业选修课，为理论性和实践性较强的一门课程。本课程主要讲授Python程序设计的理论知识及其在机械电子工程领域实践应用，进行上机练习及实验验证，培养学生掌握python编程相关的基本概念、基本方法，具备编制和分析Python程序的能力，全面培养学生对知识的掌握、运用、分析问题、解决问题能力,使学生具备实践能力、创新能力和在机械电子等工程领域的中小型程序项目的设计开发能力。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1（知识传授）：1.了解、记忆Python编程的基本概念、基本语法知识、编程规则等基础知识。（1）了解Python编程语言发展现状、前沿，明确在工程领域的应用与前景。（2）理解和记忆基本数据类型、组合数据类型、分支和循环程序流程控制结构、函数等基本语法知识及编程规范。（3）掌握编程软件的使用方法和程序调试方法。（4）掌握基本数据类型和组合数据类型的应用，掌握分支、循环、函数和代码复用的方法，掌握文件读写与数据格式化方法。能够应用基本语法规则，进行Python程序的编写和调试。（5）了解Python语言的编程生态、掌握第三方库的下载、安装和使用方法。2.能分析中等复杂的Python程序结构，理解程序所用语法、算法和逻辑关系，能够绘制程序流程图，为提升编程能力打下基础。（高阶性）3.能够将Python语言的新知识和新方法融入到学习和训练中。（创新性）课程目标2（能力培养）：1.综合运用学科交叉融合的知识正确理解python编程语言的工程应用，开展工程项目编程案例探究活动，培养思维创新能力、团队合作能力。（挑战度）2.评价Python编程语言发展的历史，紧跟前沿发展，基本理论与学科发展相融合，基本理论的讲授中扩充最新发展成果，拓宽专业视野，树立求真创新、自主学习、终身学习和自主规划专业发展的意识。（创新性）3.应用基础理论进行编程训练，达到学有所用、学以致用的目的，提升逻辑思维、辩证思维、创新性思维。（高阶性）4.将Python编程知识应用于机电领域工程实践，面向具体工程项目编制程序实现步进电机、舵机等的驱动和控制、图像处理、视觉检测等工作，能够将经济性、安全性、可靠性理念融入到项目中，增强以人为本，以用户为中心的沟通能力。（创新性）课程目标3（价值塑造）：1.解析编程语言的逻辑之美、Python编程语言的简洁之美，传承Python语言创始人、优秀程序员的创新精神和追求完美的工匠精神，深刻理解“人生苦短，我用Python”的含义。2.在python编程案例教学中融入爱国主义思政教育，激发积极进取的精神，将校训“诚信奋斗为人、严谨求真为学”与工程师职业素养有机融合，树立正确的职业观。3.在实验项目中培养学生积极探究的精神和团结协作意识。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1指标点1-2：掌握解决机械电子工程领域问题所需的工程基础知识，具备应用基本理论分析工程问题的能力。指标点5-2：能够开发或应用满足特定需求的现代工具，对机械电子工程领域复杂工程问题进行模拟与预测，并能够理解其局限性。1-工程知识5-使用现代工具课程目标2指标点2-2：能够将相关基础理论和基本原理综合应用于复杂工程问题的表述，对复杂工程问题的解决途径进行分析、对比并试图改进。指标点5-2：能够开发或应用满足特定需求的现代工具，对机械电子工程领域复杂工程问题进行模拟与预测，并能够理解其局限性。2-问题分析5-使用现代工具课程目标3指标点1-2：掌握解决机械电子工程领域问题所需的工程基础知识，具备应用基本理论分析工程问题能力。指标点2-2：能够将相关基础理论和基本原理综合应用于复杂工程问题的表述，对复杂工程问题的解决途径进行分析、对比并试图改进。1-工程知识2-问题分析四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元初识Python语言（学时数：4学时）1.课程主要内容（1）讲解计算机、程序设计语言、编辑和解释的概念；介绍Python语言的发展；用Hello程序等小程序说明Python编程语言的特点；介绍Python语言开发环境的配置、程序运行方法，讲解程序的基本编写方法，介绍Python语言的版本更叠。（2）以两个实例进行Python程序的解析：温度转换实例：介绍程序的格式框架、注释、命名与保留字、字符串、赋值语句、几个常用内置函数、分支、循环语句、函数。蟒蛇绘制实例：介绍turtle库的语法元素，讲解turtle库的绘图坐标体系、画笔控制函数、形状绘制函数、函数的封装。2.重点和难点重点：编辑和解释的概念、python程序的特点、程序的格式框架难点：开发环境的配置、程序运行方法、程序的基本编写方法、基本语法的理解3.教学方法（1）通过多媒体课件讲授和编程演示相结合，阐明本单元基本知识，丰富学生的基本知识结构，培养学生的知识和技能学习的能力；（2）通过案例分析，强调理论与实践相结合，促进学生知识整合，培养学生的理解能力、分析综合能力和思维创新能力；（3）通过课堂练习和成果提交，强化知识应用意识，发展学生的应用能力；4.学生学习预期成果学生在学完本单元课程后应对Python语言相关的发展、编程语言相关的基本概念、编程方法、Python的程序框架及常用语法有初步的认知，能够正确配置Python的开发环境，能够理解、分析本单元所介绍的程序案例程序，能够运用本单元所介绍的基本语法举一反三进行程序的改进或简单新程序的编制。5.支撑课程目标（1）讲授程序设计相关基本知识，Python语言的发展及特点、开发环境配置方法，通过案例介绍程序的基本格式框架及常用语法元素，turtle库的语法元素。（知识传授）（2）以两个程序案例为主线，探究通过编程实现一些计算和绘图的方法，培养学生思维创新能力。（能力培养）（3）通过介绍Python语言创始人的Python语言创立过程，以及Python语言的发展过程、AI等领域的新应用，激发学生的兴趣驱动学习的意识以及创新意识；通过介绍python语言程序案例让学生感受简洁之美，规范之美，培养学生追求完美的工匠精神。（价值塑造）第二单元深入Python语言（学时数：18学时）1.课程主要内容（1）讲解基本数字类型，包括数字类型、字符串类型及其操作、math库的使用、format方法的使用、天天向上的力量案例、文本进度条实例，（2）讲解程序的控制结构，包括程序流程图、分支结构、循环结构，random库的使用、身体质量指数BMI实例、圆周率计算实例、程序的异常处理。（3）讲解函数和代码的复用，包括函数的定义和使用、函数的参数传递、datetime库的使用、七段数码管绘制实例、递归函数、代码复用和模块化设计。（4）讲解组合数据类型，包括序列类型、集合类型和映射类型，序列类型里的列表类型及操作、映射类型即字典类型及的操作、jieba库的使用、基本统计值计算实例、文本词频统计实例。（5）讲解文件和数据格式化，包括文件的使用、一、二维数据的格式化处理、简介高维数据的格式化。（6）进行以上内容的操作练习及实例编程、及规定编程任务、自选编程任务练习。（7）进行程序实例的探究。2.重点和难点重点：基本数据类型、组合数据类型里的字符串、列表、集合、元组、字典的语法及应用；分支结构、for和while循环结构的语法及应用；文件的存取。难点：字符串、列表类型、字典类型的应用；异常处理；递归函数的应用。3.教学方法（1）通过多媒体课件讲授和编程演示相结合，阐明本单元基本知识，丰富学生的基本知识结构，培养学生的知识和技能学习的能力；（2）通过案例分析，强调理论与实践相结合，促进学生知识整合，培养学生的理解能力、分析综合能力和思维创新能力；（3）通过课堂上基本语法相关操作练习和案例程序编程练习、规定及自选编程任务练习和成果提交，强化知识应用意识，发展学生的应用能力；（4）通过小组合作学习，发展学生的合作能力；（5）通过发布课前和课中和课后练习或测试，及时反应学生学习情况，巩固学生对知识的理解、提升学生的编程水平。4.学生学习预期成果学生在学完本单元课程后应对Python语言面向过程编程的基本语法知识及操作有全面的认知和理解，能够合理运用编程方法进行程序编制，能够分析采用基本语法编制的python程序，理解程序结构，分析程序算法，能够综合运用本单元所学的知识进行程序编制，能够判断程序的正确性和编程方法使用的合理性。5.支撑课程目标（1）讲授Python语言的基本数据类型、组合数据类型、分支和循环、函数知识和操作，讲授文件的操作方法。（知识传授）（2）以各个程序案例为主线，探究各部分基础知识的用法，并能够举一反三，培养学生思维创新能力。（能力培养）（3）通过介绍程序设计开发领域卓越的工程师和企业家的经历，进一步培养学生追求卓业的工匠精神及创新意识；在圆周率案例中通过祖冲之在圆周率计算上的贡献的介绍，激发学生的爱国精神和民族自豪感；通过天天向上的案例，让学生能直观了解到进步的力量，树立学生积极进取的精神；通过政府工作报告的词频统计及词云案例，鼓励学生关心时事、关注社会的精神。（价值塑造）第三单元应用Python语言（学时数：10学时）1.课程主要内容（1）讲解程序设计方法论，包括计算思维，自顶向下设计和自底向上执行方法，体育竞技分析案例，计算生态和模块编程，第三方库的安装方法。（2）介绍和讲解科学计算和可视化，包括numpy库、matplotlib库的使用及相关案例。（3）进行以上内容的实例编程、及规定编程任务练习。（4）进行程序实例的探究。（5）Python语言的工程实践，介绍树莓派平台、讲解利用python语言控制步进电机和舵机的方法、介绍opencv库及使用及常用图像处理函数、初步介绍图像处理方法并进行实验操作。2.重点和难点重点：计算思维、第三方库的安装方法、numpy库的使用。难点：自顶向下设计和自底向上执行方法、matplotlib，opencv库的使用，python语言在机器人控制及图像处理方面的应用。3.教学方法（1）通过多媒体课件讲授和编程演示相结合，阐明本单元基本知识，丰富学生的基本知识结构，培养学生的知识和技能学习的能力；（2）通过案例分析，强调理论与实践相结合，促进学生知识整合，培养学生的理解能力、分析综合能力和思维创新能力；（3）通过课堂上进行案例程序编程练习，强化知识应用意识，发展学生的应用能力；（4）通过小组合作学习和实验操作，发展学生的合作能力、团结精神，提升学生的知识运用能力和实践动手能力；（5）通过发布课前和课中练习，及时反应学生学习情况，巩固学生对知识的理解、提升学生的编程水平。4.学生学习预期成果学生在学完本单元课程后应对程序设计方法、计算思维、Python语言的计算生态、科学计算和可视化有比较深入的认知，能够运用Python语言的计算生态资源，初步进行简单的科学计算和数据可视化处理，能够综合运用本课所学知识进行机器人控制和简单机器视觉的图像处理程序开发。5.支撑课程目标（1）讲授程序设计方法论，包括计算思维、计算生态和模块编程、科学计算和可视化，包括numpy库和matplotlib库的使用。（知识传授）（2）以体育竞技分析程序案例为主线，探究程序设计和执行的方法，培养学生思维创新能力，通过计算生态的介绍，鼓励学生发现更多更好用的库和应用案例，培养学生的自主学习能力。通过魔方颜色识别实验和魔方机器人控制实验，培养学生的实践动手能力和知识拓展能力。（能力培养）（3）通过介绍程序设计开发领域卓越的工程师和企业家的经历，进一步培养学生追求卓越的工匠精神及创新意识；通过计算生态的介绍及前沿研究的介绍，激发学生树立自主学习和终身学习的意识。通过实验环节的软硬件应用学习和操作，培养学生们探究精神和团结合作意识。（价值塑造）（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元初识Python讲授法、案例教学、课堂测验等活动课程目标1、341：1第二单元深入Python讲授法、案例教学、专题研讨、课堂测验等活动课程目标1、2、3181：1第三单元应用Python讲授法、案例教学、实验、课堂小测等活动课程目标1、2、3101：1合计32五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则平时成绩55%作业（百分制）20本门课程5次上机作业，主要考核2-7章编程内容，作业评分的具体标准：按作业正确率评分，截止期限之后提交，减20分。目标分值=0.2*作业平均成绩阶段测验（百分制）30考核内容及评价细则1-4章、5-7章各组织一次阶段测验，百分制，客观题50题，考核各部分的基础知识。按答题正确率评分，不按规定时间提交不得分。目标分值=0.3*阶段测验平均成绩随堂小测（10分制）20考核内容及评价细则随堂发布3-5个选择、判断等客观题测试，总次数不少于5次，按答题正确率评分，不能及时提交不得分。目标分值=0.2*随堂小测平均成绩课堂表现（10分制）10考核内容及评价细则：考核课堂互动、课上编程练习的表现，课堂表现按较差、一般、较好、优秀，分别得4分、6分，8分，10分。无故缺勤者不得分，请假或迟到者最多得6分。目标分值=0.1*课堂表现平均成绩编程大作业（百分制）20考核内容及评价细则完成编程任务程序并能成功运行70分、完成程序流程图10分、程序分析10分，有具有独创性10分。目标分值=0.2*大作业平均成绩实践成绩15%实验（百分制）100考核内容及评价细则实验表现10分，实验报告内容90分。迟到者实验表现扣5分，无故缺勤者不得分。目标分值=1*作业平均成绩期末随堂测验成绩30%知识40考核内容：考核3-7章所学语法知识及运用所学知识编程的能力。考试题型：填空题、编程题。评价细则：填空题每空2分，总分10-20分；编程题：每题10-20分，总分80-90分。能力30综合应用20创新10（二）课程考核对课程目标的支撑教学内容考核内容考核方式支撑的课程目标第一单元初识Python1程序设计语言、编辑和解释的概念；P