面向新文科Python语言程序设计的课程思政教育融入式教学研究

2021-09-03王晓静

辽宁大学学报（自然科学版） 2021年3期

王晓静，索菲，张杨

(辽宁大学创新创业学院，辽宁沈阳 110036)

0 引言

Python语言程序设计(以下简称Python)作为一门生态语言因其简洁高效、通用型、跨平台等特点近几年被全国各地的高校广泛地应用在教学实践中[1].作为公共基础课程，Python语言对广大文科学生而言是一门令人爱恨交织的课程.一方面，它满足了广大学生在大数据、人工智能时代对编程应用的预期.另一方面，受限于逻辑分析、计算思维和动手操作能力的不足，很多文科学生的学习效果并不尽如人意.还有部分同学认为本门课程对专业知识体系构建并无重要作用，存在一定程度的抵触或厌学情绪，这就使得教师在实际教学中面临双重困境[2].

青少年阶段是人生的拔节孕穗期，这一时期的青年学生正处于价值观形成和确立的关键期，抓好价值观养成十分重要.作为教师如何对学生进行价值引领，如何培养学生科学情怀及学术素养，2016年，习近平在全国高校思想政治工作会议上的讲话为广大教师指明了方向，“要把做人做事的道理，把社会主义核心价值观的要求，把实现民族复兴的理想和责任融入各类课程教学之中，做到各类课程与思政课程同向同行……”[3].总书记的讲话表明以课堂教学为主渠道，把专业性与思政性巧妙融合是解决学科困境的有效方法.

1 确立Python课程育人目标

习总书记曾说，培养什么人，是教育的首要问题.基于Python语言公共基础必修课程的定位，应从以下四个方面确立该门课程的育人目标，从而全面提升课堂教育教学水平.

1.1 树立正确职业观

Python语言在许多文科学生意识形态中存在“难学”和“无用”的消极思想.“难学”体现在编程过程中需要良好的逻辑分析、计算思维能力，而这些能力与文科学生相对擅长的记忆与背诵能力大相径庭.“无用”是指Python作为编程语言与文科专业知识或与未来可能从事的专业关联度较小.

为了消除上述厌学情绪，教师可以让学生通过观看微视频、编写小程序等方式直观地感受Python语言是如何在云计算、物联网、大数据、人工智能等相关领域完成开发功能的.Python语言所教授的内容既立足当下又面向未来.不仅符合未来技术发展方向而且能够较好地满足即将到来的人工智能时代对人才新思维、高素质的需求[4]，从而有利于激发学生学习兴趣，培养自信心，树立正确职业观.

1.2 培养计算思维能力

任何一门程序设计语言不可或缺的人才培养目标都会包含计算思维能力的培养，Python语言也不例外.计算思维同逻辑思维、实证思维并列成为人类三大思维范式.

计算思维最早是由卡耐基梅隆大学周以真教授率先提出，其宗旨是将具体问题之间抽象的交互关系设计成可以利用计算机求解的可行性方案.文科学生可能非常擅长语言、文字、图形、图像等传统表达方式，而未来社会对人才的需求绝不仅限于此.深入了解并掌握与计算机交流沟通的方法，熟练应用计算机语言解决现实生活中的问题，从而提升计算思维能力是本门课程重要的人才培养目标之一.

计算思维能力培养过程中既要激发学生兴趣，又要让学生了解计算机技术发展的最前沿信息，鼓励学生刻苦钻研、锐意进取，为“中国梦”的实现贡献自己全部力量.

1.3 培养动手操作能力和工匠精神

学习计算机高级语言不仅要理解每一个命令、函数功能和方法，更重要的是必须通过上机实践来验证上述算法、思路是否可行，因为“实践是检验真理的唯一标准”.因此，对学生而言不仅要充分掌握理论知识，还要加强动手实践能力，只有通过一次次上机调试、运行，甚至经历多次失败才有可能获得满意或正确的结果.

文科学生相对而言动手操作能力较弱，难免会产生各种为难情绪甚至挫败心理，教师要充分发挥实践教学“做中思”的德育功能，融入理想信念层面的精神指引.让学生深刻理解工匠精神内涵，无论做任何事情，只有不断追求技艺上的进步，日复一日，年复一年，始终坚守，才有可能达到精益求精的地步[5].

在实践学习中，加强挫折教育.通过小组分工合作等环节让学生感受敬业、友善、责任、坚毅等职业素养的内涵，促进社会主义核心价值观与实践课程高度整合，为学生成长奠定科学思想基础.

1.4 培养创新思维和创造力

针对文科专业的初学者，常规教法是算法、代码在教师细致分析、仔细讲解后合盘托出，让学生从模仿代码开始学会思考问题，掌握分析方法，从而达到举一反三的目的.这种教学方法经过多年实践证明科学有效，但忽略了学生创新思维能力的培养.

习总书记多次强调创新的重要性，“惟改革者进，惟创新者强，惟改革创新者胜”.学习路上永远把自己定位为追随者尚不足矣，还要具备站在前人肩膀上思考并提出独到见解的能力，这才是正确的学习观.对教师而言，以培养具有创新精神的“后浪”为己任，促进社会进步与发展是亘古不变的人才培养观.

2 课程思政元素融入方法

课程思政融入从低到高可以分为三个层次.

第一个层次叫混合式.主要表现教师在课堂上生硬地进行思政教育.这种教育方式叫显性教育也叫正面教育，通常以开会、座谈、讨论等形式向受教育者表明教育目的，是目前主流的教育形式.其育人效果可想而知.

第二个层次叫融合式.习总书记曾说，“好的思想政治工作应该像盐，但不能光吃盐，最好的方式是将盐溶解在各种食物中自然而然地吸收.”教师在课堂教学中巧妙地融入课程思政元素的方法又叫隐性教育也称情感教育，通常以间接、内隐等方式呈现教育内容，对受教育者而言接受教育的过程往往是潜移默化、润物细无声的.虽然隐性教育当下育人效果不如显性教育明显，但随着时间推移，它的育人效果更具优势，需要教师卓越的课堂设计能力及对教学内容的深刻理解.

第三个层次叫化合式.两个物质在一定条件下发生化学反应从而生成新的物质，推动事物向更高层级迈进.这是一种理想化的育人方式，也是为之奋斗的目标.

现阶段，为了更好地实现Python语言育人目标，在实际教学过程中采取显性教育和隐性教育有机融合，通过以情入手，晓之以理的教育方式育人比空洞说教好，学生更容易接受，更有利于育人目标的实现.

3 课程思政案例挖掘

育人目标的实现离不开教师精心设计的课程案例，它们是课程的灵魂，承载着知识传授与思政教育的双重功能.甄选出承载思政教育功能的案例，有助于教师在传道、授业、解惑教学实践中发挥其卓越的育人功效，引人以大道、启人以大智.

3.1 解决经典数学问题的案例

计算机诞生初衷就是为了精确计算炮弹发射时的轨迹，虽然经过几十年的长足发展，计算机应用领域无所不能，但始终与数学研究密不可分[6].对广大文科学生而言，研究数学令人头疼不已.但是通过编写几十行代码就可以解决经典数学问题也是一件令初学者颇具成就感的事情.

案例1：一元二次方程的讨论与求解.

案例描述：判断一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)是否有实根，分别讨论不同情况下实根的值是多少.

案例分析：此题是经典的数学问题，通常需要讨论Δ值和a、b、c三个系数的情况：

如果学生利用数学方法做，知识点并不深奥，麻烦的是讨论与计算容易出错.通过编写分支程序的代码对三种情况分别讨论，再难的系数也会在几秒内给出正确的结果，极大程度地提高了计算精度和速度.

思政元素分析：通过编程方法可以解决的经典数学问题不胜枚举.比如九九乘法表、菲波纳契等较复杂的数列输出；水仙花数、素数的判断；冰雹猜想的证明；求累和、求阶乘；百文百鸡的解决之道……

上述案例设计初衷在于激发学生浓厚的学习兴趣，因为兴趣是最好的老师.看起来难以求解的经典数学问题，通过短短几行代码就能求解或证明，无形中提升了学生自信心、价值感，体会学以致用的道理.

3.2 为专业知识服务的案例

如何让Python语言与历史、经济、档案、设计等众多文科专业知识相融合，很多老师为此颇伤脑筋.我的答案是：巧妙利用turtle库.

案件2：turtle库的灵活运用.

案例描述：turtle是python语言标准函数库，通过绘制直观有趣的图形引导学生体验“艺术之精神，科学之思维，计算之力量”.相比于常见的图形绘制软件，它是通过编写代码方式绘制图形，课堂教授的知识不是如何使用工具，而是计算思维能力的培养，在育人目标上更上一层楼.

案例分析：教师在课堂上仅介绍了有限的十几个函数功能，却激发了广大学生浓厚的学习兴趣，他们发挥自己的创造力将turtle库与专业知识有机结合，绘制了一幅幅精美绝伦的作品，如图1和图2所示[7].

图1 东晋后期疆域

图2 凤冠

图1作者是考古专业学生.此作品看似简单，却用了753行代码才完成绘制.当作品呈现过程完美地展示了学生思考的角度、绘制的过程，让人充分感受到Python语言与历史知识完美融合的含义.

图2是档案专业学生参考了2013年扬州曹庄出土的隋炀帝与萧后合葬的墓中的凤冠图片.它为我们展现了隋唐时期凤冠的样貌.完成该作品作者用了315行代码.作品的出发点是从基本圆弧—圆弧聚集—圆弧变形—圆弧色彩填充—圆弧升级(凤凰展翅)逐层深入，最终呈现的效果令人叹为观止.图弧演变过程如图3所示.

图3 图形变换演变方法

思政元素分析：两位同学的原创作品充满了智慧与丰富的想象力，极富美感并且巧妙地与专业知识有机融合，充分展现了中华民族优秀传统文化的生机与活力.学生们的创意作品不仅丰富了课程案例库，而且用实际行动诠释了中华民族伟大复兴从我做起、从点滴做起的精神，有利于学生增强“四个自信”.

3.3 社会热点事件别样解读案例

Python语言案例的选择不仅不能脱离实际而且要把握时代脉搏，追踪热点事件，采取别样解读方式.

案例3：《关于中美经贸磋商的中方立场》白皮书的中文词频统计.

案例描述：2019年比较热门的词汇是“中美贸易摩擦”.当年6月，国务院办公厅针对近期出现的中美贸易摩擦问题，为了阐明中方立场出台了《关于中美经贸磋商的中方立场》重要文件.针对这一社会热点问题，要求统计白皮书中出现频率最高的前10个中文单词，以此来解读我国政府传递的信息.

案例分析：为了实现中文词频统计功能，需要学生掌握文件读取、jieba库函数、字符清洗、关键字排序并输出等文本处理方法，非常考验学生综合实践能力[8].通过一次次数据清洗，让学生的关注点从程序语法逐步过渡到问题求解.最终统计结果如图4所示.

图4 中文词汇出现频率最高前十位统计结果

思政元素分析：该案例具有强烈的现实意义，反映时政、贴近生活，有利于培养学生爱国主义、人文精神和法律意识.通过词频统计分析，提高学生政治敏锐性.透过别样的解读方式，有助于培养学生创新精神.

3.4 个性化创意与展示案例

学生们是朝气蓬勃的，他们的思维不受束缚，即使是针对同一项作业，每个人表达方式各具千秋，充满了无限创意.

案例4：向最美逆行者致敬.

案例描述：2020年1月爆发的新冠肺炎令普通百姓内心充满了不安与焦虑.但是勇敢的医护人员却逆向而行，他们奔赴祖国最急需的地方，侠肝义胆唯愿祖国山河无恙，国泰民安.正是由于他们不分昼夜超负荷工作，疫情在短时间内得到基本控制.他们的壮举受到社会各界人士广泛赞誉.请你用Python语言元素向最美逆行者表达心中那份崇敬之情.

方式1：利用turtle绘图，如图5所示.