高等院校教学设计创新大赛特等奖展示：软件工程基础训练

高等院校教学设计创新大赛特等奖展示：软件工程基础训练

课程名称软件工程基础训练面向专业软件工程

课程性质•必修。选修课程分类。通识课。公共基础课•专业课

总学时：48

学时线上学时：16每学期学生人数近5年平均125人

线下学时:32

一.学习目标

课程团队针对课程3个痛点问题,将整个课程重构为〃强化编

程-实践领域-理解软件〃三个阶段，结合〃〃共门

1+N7MOOCz

开展自主线上学习、课堂精讲提升、课后密集训练相结合的混合

教学模式。本部分重点阐述第1阶段〃强化编程〃第5、6课内学

时的混合式教学设计方案。

教学目标：

⑴在已有C语言基础上,掌握Python语言的函数、文件

的基本概念及程序设计实践；

(2)掌握自顶向下设计方法理解自底向上执行过程，学会运用〃分

而治之〃程序设计方法解决实际应用问题；

(3)掌握文件接口设计方法理解数据驱动基本理念，学会运用'程

序弓I擎〃软件设计方法解决实际应用问题。

二、内容与资源

2.1本课次内容选取情况：

授课章节：函数与〃分而治之〃、文件与〃程序引擎〃(课堂第5、

6学时)

授课对象：软件工程专业大学二年级，129人

1、函数与〃分而治之〃(第5课时)

⑴回顾从〃会编程〃到〃懂软件〃的学习路径；回顾前节知识，引出

复杂软件工程问题，

弓I入求解复杂软件工程问题的〃分而治之'方法。

(2)基于线上学习开展Python函数定义、调用、传参的知识强

化。

(3)通过实际案例，列举生活中的自顶向下的设计与自底向上的

执行。

(4)以体育竞技分析为例，基于IPO模式讲解〃分而治之〃计算方

法过程。

(5)〃平昌冬奥北京文艺表演〃软件工程教学案例的拓展与应用。

(6)举一反三及课后思考。

2、文件与〃程序引擎〃(第6课时)

(1)回顾IPO程序设计基本模式，思考如何灵活扩展软件功能。

(2)基于线上学习开展文件定义、基本操作知识强化。(3)通过实

际案例，列举汽车生产中的配置化设计。

(3)以自动轨迹绘制为例，讲解〃程序引擎〃软件接口设计方法。

(4)〃国庆七十周年联欢活动〃软件工程教学案例的拓展与应用。

(5)举一反三、课后思考与实验布置。

2.2本课次资源制作情况：

(1)自编参考教材：

《Python语言程序设计基础(第2版)》高等教育出版社

(2)自编实践教材：

《高教版Python语言程序设计冲刺试卷(含线上题库)(第3

版)》高等教育出版社

(3)自制多媒体课件：

《学时5:函数与〃分而治之〃》、《学时6:文件与，程序引擎〃》

PPT课件含动画

(4)自编Python程序案例：

体育竞技分析Python程序、自动轨迹绘制Python程序

(5)自建交互式虚拟仿真科研应用案例：

〃平昌冬奥北京文艺表演虚拟仿真编排系统〃演示程序〃国庆七十

周年联欢活动仿真系统〃演示程序

(6)自建中国大学MOOC在线课程7门：

Python语言程序设计(国家精品在线开放课程)在第1阶段

〃强化编程〃使用

6门在线专题课程(含2门国家精品在线开放课程)在第2阶

段〃实践领域〃使用

(7)自研在线实验平台：

www.python123.io自动评阅平台上建设了2000余道编程

实践题

2.3资源使用情况:

⑴课前：在学生已有c语言基础上，引入Python程序设计

加强编程认知，结合中国大学mooc平台/教材在线课程中的

Python函数、文件的章节教学内容开展引导性学习。

(2)课内：通过PPT/板书/程序演示/虚拟仿真案例等讲授语法难

点、程序设计方法。

(3)课后:在Python123平台(与实践教材配套使用)上开展密集

训练和实验评测，达到强基础的目的。

三、过程与方法

3.1教学方法与手段

(1)线下课堂讲授：

a.教具演示：以教具演示作为课程引入的主要手段，通过直接和

强烈的视觉冲击激发学生兴趣，引导学生迅速进入本节课学习内容，

并主动思考现象背后的计算问题本质。

b.PPT/板书：板书辅助学生梳理学习过程的脉络和线索，利用其

灵活性和持久性，将算法分析中的一些辅助知识和推导在黑板上展

现，既保持了对主要内容PPT演示的效率和信息量，又能通过板书

引导学生参与到〃知识-案例-方法-应用维导过程中，理解理念。

c.视频/程序演示：以视频、虚拟仿真等各种多媒体演示手段形

象展示算法原理和分析过程等内容，提高信息交流的容量和效率，帮

助学生针对竞技分析问题、自动轨迹绘制问题的形象思维，加强学生

的认知效果。

d.课上互动：通过提问、互动等形式，带动学生积极参与到教学

活动中来；创设宽松的课堂气氛，学生的思维就容易被激活，提高课

堂教学效果。

(2)线上知识点自学

业余时间线上学习，通过Python语言基本语法，体会与C语

言解决问题的不同，帮助理解计算思维的本质。在在线实验平台上，

可选地开展编程进阶练习。

(3)线上实验实训

线上完成指定问题的程序实践,进一布巩固程序设计语法基础,

理解计算思维的运用。

(4)课后思考

a.课后思考：通过思考问题和查阅文献等加深学生对课堂知识理

解，同时拓展思维，激发学生科研兴趣，培养应用创新素质。

b.程序设计实践：通过在线平台完成实例举一反三的计算问题编

程求解，巩固本节课重点算法的掌握情况，并尝试应用于工程上多种

竞技比赛分析、程序引擎思维运用的实践中。

3.2教学实施总体过程

本课次混合式教学实施过程如图3-1所示。

(1)课前：线上自学过程详见3.3.1、线上练习过程详见3.3.3

(2)课中：课堂讲授过程详见3.3.2

课后：线上实验过程详见3.3.4

谭前线上课中线下课后线上

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转自£«±«9习学生交互：■■s/inn■他/交流树侬・IU<SJI摹晚和0评■

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槽馍化设计叫

CM：体・奇技分析

Bwmn*w^iw.■李引■:

M・茹修*1・1*»丽加法

考勤、给课堂问卷.ftttMifS

学习反0刚也改进

图3-1本课次混合式教学实施过程

3.3教学具体实施过程

3.3.1课前线上自学(不计分，教学日历行号6)

学习目的：在已有C语言基础上，掌握Python语言的函数、

文件的基本概念和操作。登录ww.icourse163.org平台，进入我的

学校云"Python语言程序设计(XXX)"Spoc课程，学习“［第5课］

函数和代码复用”、"［第6课］文件和数据格式化”视频和文档资

料。

教师登录方式：主页->课程后台管理->SP()C课程与学期

->“Python语言程序设计(XXX)”编码0809BIT017第二学期,异

步SPOCo

SPOCPython语言程序设计

3.3.2米量内番次，曲款与•分而洽之”（缜6聚甘，敕学日历行号1D

板书最终呈现：

函数与“分而治之

函数“分而治之”

def<函数名>():I:probAPPT演示区

＜函数体）probB

renturn<i^回值)P:sinXGaies()PPT演示赛挎区.

0：vinsA显示课程主要分析过程

vinsB

教学具体过程及时间分配安邦:

序号内«匚二

0管府前逋过更课堂扫码签到：上课后自党收起手机.小计1

1回顾前序课程相关内容小计3

1.1■回腴从“会编程”到“懂软件”的学习路径

■聋化系础、专ft根域、厚解轨件三个阶段

从•会娟程’到“雷软件”

基敬训辱«W方隔

明・理5♦・学习BMVt^

1分钟

MOOC①iwa计方法软—&

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1.2装件卡洛方法郦决工程问题的本质［互动：请学生回答］

■循环、产生质机数

■蒙杵卡罗醺机模拟实例《计算礼提期可以反复选行）

■先进制迨领城的一个重要工程问题：

■流线型侧面积计算［教具］

2分仲

型K（X）_________

1a*

——不hg

■难点：流线型公式往往复杂，俐面积数学求解困难，

2问膻的提出及本节纲要小计2

■提出问题：实现复杂软件系统,该如何悬考

2.11分钟

■利可计雇「少，“三或人演排尾斤可是款包工,：匚约.

■研究对象多.系统功能多、用户种类多

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■'・♦殳

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2.2■:节纲要■■1

设计方法

函数的定义

分而治之设计方法1分钟

函数的调用实例；体育竞技分析1****

实现复杂软件系统的模块化设计思想

3函数考、础小计5

3.1■a§数的基本理*

■西数是一段具有转定功能的.可重用的律句ifL

■函数是一种功能抽象，一般用函数表达转定为E序功能

■两个作用：代码复用和降低•程难度

[互动：谱学生根据埃上学习.回答函数定义方法1

tRBfiM2分仲

fact(n):

s«1tmn!

iringe(ltrwl):■fact(n)

$••1

Hrttirna

IMS

3.2［互动：请学生娱理段上学习，回答函员的调用J

■调用是运行困敕代码的方式

■调用时给出实际参数

■实际参数售铁定义中的占位参数

■喟用后函数执行等到返回值

2分仲

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•■f«ct(10)-------f»ct(n|)：

print(i)、…、、

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returns

3.3［互动：哈学生里据吒」匕手习，回答语数的参数传:也

■函数的参数停建

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道的名向参数（个务个）》）：1伊钟

011司逢1H出,谡

<函数体・-国安传递

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名列做I

4求“更复杂的软件工程何辰“分而治之”小封4

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4.1■复杂网题求第的“分而治之

aws

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1.i

MB2........M«ng2分钟

L」二

1

*S口■■决

如何让计IUI柒■决问■?

■自顶向下（设计）

4.2

■将一个总同II!表达为超•千个小同9目成的形式

■使用同样方渍・进一步分'解小何I!

■直至.小何同阿以用引•算机简早明.I的*决

1分钟

ff鼠。

«•0

«ttitffltT

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■自底向上（设计）

4.3

■分单元测试，逐步组*

■按第白璐向下:相反的足，径操作

■直至.系统名•奇分以期1装的思用都经过测试和睑证

1分钟

4g-

«•

5“体育竞技分析-实例济第小计26

5.1体育竟技问题持述《延续蒙件卡洛恩想）1分钟

■“高手过招，胜负只在毫厘之间」［使用教具加深印象］

■场入运动员水平

■输出便利的比赛或结

____________■比赛规则势逑

7^体育一找体题的计算思维运用

■计算思维：抽象♦自动化

I分钟

■模拟比赛：抽象比赛过程♦自动化执行、场

■当N/大,比春结果分析会越科学

53体育竞按同建自顶向下的设计过程

5.3」体肓竞技问题的IPO蟆式［互动：遣学生回答］

■喻入I：两个球员（A和B）的能力值，比赛次数

■处理P：模粗比赛过程2分件

■安出0：球员A和B分别嬴得球暮的概率

____________■一个期一的幢出结果

5.3.2顶层设计的第一阶段：总侬架构

■程序总体梃架及步U

■步M1：打印程序的介绍性信息

printlntroO

■步寰2：装周程序运行所需的参数：ProA.ProB.n

prohA.probB.n=getInputs0

■步辍3：模策n次比不

irinsA.vinsB=siaXGaaesChA.probB）

■步*4：输出球员A和B获胜比暮的次数和假率

5分钟

■梃架函数代科细化

■printlntroO

■getlnpuysO

■printSunaary()

5.3.3顶层设计的第二阶段：步靠3模拟'局比弃

■模拟、场比春siaNGi。

■模姒］甘比叁siaOneGaKsO［.动：与商学fl一起梗蚁比察海程］

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151

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C±)

5.3.4顶层设计的第三阶段：根务分数判新局的隽束

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仁士=1u

1R——.1n一w—n一.4V一，U.：swnr^swrvw^v

~T.tCW^F-2分钟

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M«e«l\«R0

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.fmOrtrQ

■aeOvcrO函数代码细化

5.3.5体育竞按问题自我向下设计过程总结

■IPO求解问题

■结构化顶层设计

■杼问题表达为一系列小问题1分件

■为每个小问题设计接。

■细化算法

■为每个小何题重复上述过程

5.3.6程片运行及鳍果分析

■运行程序【演示：交互式的运行母孑】3分钟

■结桌分析【互：士：号氐】

5.4体肓竞技问题自底向上的执行小计6

■自顶向下的设计

5.4.1

从顶层开始分“问题为更小的问题进行求解

■自底向上的执行1分钟

从底层模块开始一个一个进行测试

■程序写好后，需要通过运行程序进行测试

5.4.2单元测试

■小规模程序

直接运行

■中等级集

1分钟

从就结构用底层开始，逐步上升

先运行每个基本函数.再测试整体函数

■较大规筷

高级软件测试方法

5.4.3体肓竞技分析的案例

^natchSiin.py

运行程序,单元执行/测试1.观察结果2分伸

运行程序，单元执行/测试2,观察结果

结果分析

5.5理解自液向下和自底向上的举一反三

■理解自II向下的设计总难：分而治之

■星*自底向上的执行总推：模块化集或

■自蹊向下是“系统••思雄的腐化

2分钟

针对竞技比赛的举一反三

■犷展比赛参数.南加对更多能力对比懵况的判所

■犷展比赛设计，港加对真实比赛结果的预漓

■旷展分析爱辑，反向推理，用胜率推算能力？

6复杂收件工程向题的.分而治之一小计6

6.1■平昌冬奥会教学案例

6.3自隹向上的执行：连步组建复杂系统的有效测试方法I分仲

・独检唉

QQ9

00修・演元案

甲a♦■会

复杂软件工程问题的“分而治之”——平昌冬奥会

1线j资源堂桁.虎拟仿女士建演示】

2分钟

平昌冬奥会北京8分钟合练视嫌

平昌冬臭会北京8分钟仿真系就运存

线上实号与课后思考

拓展乒乓球规则的体直竞技分析（7局4胜）

单打・>双打I分钟

完成Pythonl23上的线上实脸一（2学时）

Python语言程序设计更深线上学习（本周8学时）

3.3.3*堂内讲我1文件与•程序引拳.《第6潭时.敕学日历行号12）

幔争最终呈现:

文件与“程序引攀”

文件“程序引擎”

op»M）PPT演示区

（52$）程序->文件->程序

PPT演示赛搭区.

计算•数据・应用显示课程主要分析过程

clo-O

教学具体过程及时同分配安摔:

序号内容

0件声前完成问卷调查；上课后自觉收起手机.小计1

1回廉前序课程相关内容小计3

1.1■回麟函数与“分而治之.［互动；诵至生回答函数之同总棒交潦］

编程基础设计方法

▲件1分钟

函数的定义・分而治之设计方法理

函数的潮用实例：体育竞技分析血令

1.2■基本程序设计模式IPO2分钟

网络，内部参数，交互封面等J

■大星P

■喷出0

2同理的提出及本节纲要小计2

2.1■提出问题：1个软件实现多个仿真效果该如何息与?

■国庆70周年数字仿真系统对多场表演进行了计算*本蚁.

■多方案.多编导.多工种、多人摔然

■II11分钟

2.2■本节纲要

巽程整就设计方法

文件的埋解,敬据擅口+程序引・

1分钟

文件的1•作实例：自动绘制引军

<*

"程序引擎“灵活可扩展的软件开发方法

3文件基础小计10

■文件的基本型学

3.1

■文件是存储在辅助存储基上的数据序列

■文件是数据存储的一种形式

2分钟

■文件展现形态；文本文件和二丑制文件

［互动：请学生垠量线上学习，回答文件定义方法］

3.2■文件处理步骤：打开-集作-关师

..a.read(size)

»•©P<n(»)

a.readline(size)

'藐；/文科、

•cmGMhiM)2分钟

nwua占用状as

a.Nritelines(Unes)

a.dos«()a.s««k(offset)厉文林

3.3■文件内容读取

■文件全文本操作：遍历方法一（一次读入统一处理）

■文件全文本操作：遍历方法二（按数量读入逐步代理）5分钟

■文件场行操作：方法一（一次读入分行处理）

■文件遂行操作：方法二《分行该人透步处理）

•.1,

■文件数据写入

3.4i分钟

■指定位置写入字符串列表

4灵活可扩展的程序设计方法-程序引擎”小计6

4.1■基本程序设计模式：模块化设计

■逋过的数或对象封装将程序划分为模块及模块同的表达

■具体包括：主程序、子程序和子程序同关系

■一种分而治之.分层抽象，体系化的设计思忠

」钟

■*提合与松松合

■X幅合：两个部分之同交流筱多.无法独立存在

■松相合：两个部分之间交潼较少，可以独立存在

■模块内部系耦合、模块之同松格合

■基本程序设计蟆式：配置化设计

4.2

,券+月=:

1分钟

程序引电配*文件

43■常规的设计：汽车定制开发

■第一辆红展检褥车CA72

■无用纸、无模型.地上放样，手工敲制，历H2个月

■1958年9月280,向国庆献礼

1分钟

■软件定制化设计

■程序执行和数搭计算融合在一起

■符合转定用户的需求,逋用化程度低

■不利于犷展和维护.程序功能发展受电

4.4■配置化设计：生产线与车里分离

■一汽大众的•智鹭工厂”

■6款车型聂线生产,年产77万辆产能

■京合自动化率达到801

1分钟

■软件配置化设计

■程序执行和数得配置分离,杵可建参数配置化

■将程序开发变成配置文件编写，犷展功能而不修改程序

■关键在于捶口设计,清晰明了、灵活可犷展

■工程文件是一种配置化没计设计思路【互动：请学生举例】

4.5

e■国s

i分钟

5“自动轨涟绘制”实例济新小计10

5.1问题分析：自动轨造规制

■需求：根据第本来绘制图形？

1分钟

■不通过写代玛而通过写数据绘制轨造

■数据脚本是自动化最重要的第一步

5.2基本思路：自动物遗蛉制

■步k1：定义数据文件格式（接口）

1分伸

■步骤2：编写程序,根据文件接口”析参数绘制网形

■步骤31编制数据文件

5.3数据摄匚定义na.an.M.*.*.*

■行进距离二:££关门

1分钟

■转向角度：™

■RGB三个通道颠色j・.3.3

程序德*

5.4■PathDraw.py

■程序运行分析4分伸

■先制不同的数据文件

■小节

5.5

■编程范式=1个程序引挈*多个数据文件

爵+'二……

1分钟

0

程序引攀

■理解思维方法：

5.6

■自动化患维：数据和功能分离,敛据里动的自动运行

1分伸

■接口化设计：格式化设计接口.清席明T

■二推数据应用：应用推度蛆织数号，二推数据最常用

5.7■学一反三：

■犷展接口设计，增加更多控制接口

1分伸

■扩展功能设计，增加弧形等更多功能

■犷展应用需求,发展自动轨溉绘制到动画绘制

6进一步同履8分伸

6.1■轮否用1殂数据驱动多个程序？［互动：请学生举例］

¥

白+•=?2分钟

♦?

1个数据文件程再引总

■引事犷展1.观察运行结果

■引搴扩展2,观察运行结集

■引聚犷累3.观察运行结果

程序引擎范丈的犷展［互动：请二生3例〕

6.2

1个引聚.多个数据，举例

1分钟

1个数据，多个引望.举例

多个数据.多个引攀

程序功能的分类

籁法叟程序展示型程停

1分钟

策划设计，数据・效累交互

计・采集体蛉控制

■生成数据文件

6.4

■犷展花窖轨流算法

■观察程序运行效果

iee,8,66,1,0,8

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iee,8,6e,i,e,e炉令3分钟

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100,0,>168.0,1,9,1

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小结

■程序类型与程序引蒙.数据驱动之间的关系

■算法型程序＞计其程序引擎：运行生成数据

I分钟

■展示型程序＞功能建楫程序引摹：数据驱动运行

■算法型程序-＞生成数舞-＞展示型程序

■新范式：计算.数据、应用分离

灵活可犷展的软件设计方法“程序引拳一小计5

■应用拓展：算法型程序・》产生数据-＞展示型程序

■BRO周年庆很大金.春欢活动仿H系统

1分钟

故据计■程序引■可桃化仿111：*引，现场震*效果

■应用犷展：程序引掌

2分钟

■数据计算程序引事

人群行为建横累蜿计■生成IM!（26,320文件）

■可视化仿真程序引簟

举一反三：算法•数据■应用分离

7.4

■数黑智能旷代.豪第变厚越来越重要，有价值

1分钟

■数据存储,数据安全、用户权限

■下一代互联网时代的新苑式

8深后患才与线上实龄

■以往程序设计等些可以应用“程序引攀”范式

■举例”计算.数据.应用分离”的软件.系统和平台

1分钟

■完成Pythonl23上编程实睑一《2