《智能車Python編程設(shè)計》課程教學大綱（理實一體化課）一、課程基本信息課程名稱（中文）智能車Python編程設(shè)計學分4課程名稱（英文）PythonProgrammingandDesignofIntelligentCars課程類別￡通識教育課￡集群平臺課學科基礎(chǔ)課￡專業(yè)核心課￡專業(yè)特色課￡集中性實踐環(huán)節(jié)課程性質(zhì)必修￡選修￡限選周學時4教學場地類型￡多媒體￡機房￡畫室實驗室￡實訓室￡實習基地￡其他：（可多選）總學時64理論學時40實踐學時24適用專業(yè)人工智能先修課程電子信息類專業(yè)導論、高級語言程序設(shè)計（C語言）開課教學單位電子信息工程學院后續(xù)課程數(shù)字圖像處理編程、自然語言處理技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學習、車載視覺原理與應用課程負責人課程成員修（制）訂日期2024年7月15日審閱人審定人審定時間2024年8月1日二、課程簡介智能車Python編程設(shè)計課程是人工智能專業(yè)的學科基礎(chǔ)課之一，旨在為學生提供Python編程語言的基礎(chǔ)知識與實踐技能，以及在科學計算領(lǐng)域應用的能力。通過學習本課程，學生將能夠掌握Python編程語言的基本語法、數(shù)據(jù)類型、流程控制、面向?qū)ο缶幊痰葍?nèi)容，同時能夠運用科學計算庫與工具進行數(shù)據(jù)分析和可視化。本課程為后續(xù)專業(yè)課程以及實際工作中的編程需求打下堅實基礎(chǔ)。三、課程目標通過本課程的學習，學生能夠：（一）知識目標1．掌握Python編程語言的基本語法、數(shù)據(jù)類型和運算符。2．理解面向?qū)ο缶幊痰幕靖拍?，能夠設(shè)計和使用類與對象。3．熟悉常用的科學計算庫，如NumPy、SciPy、Matplotlib和Pandas的使用。（二）能力目標1．能夠使用Python進行基本的編程任務，包括數(shù)據(jù)處理、文本操作、文件讀寫等。2．具備分析和解決問題的計算思維，能夠?qū)嶋H問題轉(zhuǎn)化為計算機程序并進行求解。3．能夠利用科學計算庫進行數(shù)據(jù)分析、數(shù)值計算和可視化。（三）素質(zhì)目標1．培養(yǎng)良好的編程習慣和工程素養(yǎng)，注重代碼的可讀性和可維護性。2．培養(yǎng)團隊協(xié)作意識，能夠在小組討論和項目合作中發(fā)揮積極作用。3．培養(yǎng)創(chuàng)新思維，能夠利用編程解決實際問題并提出創(chuàng)新性的解決方案。（四）思政目標1．培養(yǎng)學生的自主學習能力和終身學習意識，使其能夠不斷適應科技發(fā)展的需求。2．強化學生的實踐能力和創(chuàng)新精神，增強其在工程實踐中的社會責任感。四、課程教學內(nèi)容【第1章】：Python開場篇（一）教學目標1．使學生了解Python語言的基本概念、發(fā)展歷程及其在智能車編程設(shè)計中的重要性；掌握Python語言的基本特點和優(yōu)勢。2．培養(yǎng)學生具備Python編程的基本思維能力和實踐操作能力，為后續(xù)智能車編程設(shè)計打下堅實基礎(chǔ)。3．激發(fā)學生對編程技術(shù)的興趣與熱愛，培養(yǎng)其主動學習、持續(xù)創(chuàng)新的精神，以及解決實際問題的能力。（二）學時：2其中理論：2實踐：0（三）課程思政要素1．價值觀引導：通過介紹Python在科技、教育、社會等領(lǐng)域的廣泛應用，引導學生樹立正確的科技價值觀，認識到技術(shù)對社會發(fā)展的重要性。2．愛國情懷培養(yǎng)：結(jié)合國內(nèi)外編程教育政策的變化，激發(fā)學生的愛國情懷，鼓勵其為國家科技進步貢獻力量。3．責任意識教育：強調(diào)編程人員的社會責任，如數(shù)據(jù)隱私保護、軟件安全等，培養(yǎng)學生的職業(yè)道德和社會責任感。（四）教學內(nèi)容1．Python語言簡介：介紹Python的起源、發(fā)展歷程、特點（如語法簡潔、易于學習、跨平臺等）及其在智能車編程設(shè)計中的應用。2．Python的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢：通過TIOBE編程語言排行榜等數(shù)據(jù)，展示Python在全球范圍內(nèi)的普及程度和發(fā)展趨勢。3．Python職場前景：分析Python相關(guān)崗位的就業(yè)前景，激發(fā)學生學習Python的興趣和動力。4．課程大綱概覽：簡要介紹本課程的主要內(nèi)容和學習路線，幫助學生了解課程全貌。（五）課程基本要求1．學習態(tài)度：要求學生保持積極向上的學習態(tài)度，認真聽講，積極思考，主動提問。2．知識儲備：建議學生在課前預習相關(guān)基礎(chǔ)知識，如計算機基礎(chǔ)知識、簡單的編程概念等。3．實踐操作：雖然本章無實踐環(huán)節(jié)，但鼓勵學生通過查閱資料和觀看教學視頻等方式，初步了解Python編程環(huán)境搭建和基本語法。（六）教學重點與難點重點：Python語言的基本特點、優(yōu)勢及其在智能車編程設(shè)計中的應用。難點：引導學生理解Python編程的思維方式，激發(fā)學生學習興趣并初步建立編程思維。（七）作業(yè)/任務與思考題1．了解Python和C語言在語法、應用等方面的區(qū)別，并進行對比分析。2．預習Python的基本內(nèi)容和發(fā)展歷程，為后續(xù)學習做好準備?！镜?章】：Python語言概述（一）教學目標1．理解程序設(shè)計語言的基本概念及其分類，包括機器語言、匯編語言和高級語言。2．掌握Python語言的由來、特點及其在智能車編程設(shè)計中的應用場景。3．熟悉Python的兩種執(zhí)行方式（編譯執(zhí)行與解釋執(zhí)行）及其優(yōu)缺點。4．了解Python的版本區(qū)別及開發(fā)工具選擇。。（二）學時：2其中理論：2實踐：0（三）課程思政要素1．愛國情懷：通過介紹Python語言及其開發(fā)工具的開源特性，引導學生認識到開源軟件對科技進步和社會發(fā)展的重要性，培養(yǎng)愛國情懷和奉獻精神。2．創(chuàng)新精神：介紹Python語言創(chuàng)始人吉多·范羅蘇姆的創(chuàng)新精神，鼓勵學生敢于創(chuàng)新、勇于探索未知領(lǐng)域。3．團隊協(xié)作精神：在介紹Python作為“膠水語言”的特點時，強調(diào)團隊合作的重要性，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作精神。（四）教學內(nèi)容1．程序設(shè)計語言概述程序設(shè)計語言定義及分類機器語言、匯編語言與高級語言的對比編譯執(zhí)行與解釋執(zhí)行的概念及區(qū)別2．Python語言簡介Python語言的由來與發(fā)展Python語言的特點（跨平臺、開源、解釋型、高級動態(tài)編程語言等）Python語言在智能車編程設(shè)計中的應用3．Python版本與開發(fā)工具Python2.x與3.x版本的區(qū)別及選擇建議Python開發(fā)工具介紹（如IDLE、PyCharm等）Python開發(fā)環(huán)境的安裝與配置4．Python編程規(guī)范與基本語法Python編程規(guī)范（代碼縮進、模塊導入、空行空格使用、續(xù)行符及注釋等）Python容器的基本認識（五）課程基本要求1．要求學生理解程序設(shè)計語言的基本概念及其分類，掌握Python語言的由來、特點及應用場景。2．學生能夠正確安裝Python及其開發(fā)工具，并熟悉開發(fā)環(huán)境的配置方法。3．掌握Python編程的基本規(guī)范與基本語法結(jié)構(gòu)，能夠編寫簡單的Python程序。（六）教學重點與難點重點：Python語言的由來、特點及應用場景；Python編程的基本規(guī)范與基本語法結(jié)構(gòu)Python開發(fā)工具的安裝與配置。難點：理解編譯執(zhí)行與解釋執(zhí)行的區(qū)別及其適用場景；掌握Python編程中復雜的邏輯控制與數(shù)據(jù)處理方法。（七）作業(yè)/任務與思考題1．安裝Python及其開發(fā)工具（如PyCharm），并配置好開發(fā)環(huán)境。2．編寫一個簡單的Python程序，實現(xiàn)兩個數(shù)的加法運算，并輸出結(jié)果?！镜?章】：Python語言基礎(chǔ)（一）教學目標通過本章的學習，通過本章的學習，使學生掌握Python語言的基本語法和編程基礎(chǔ)，包括數(shù)據(jù)類型、變量與常量、運算符與表達式、輸入輸出等基本操作。具體目標如下：1．理解Python的基本數(shù)據(jù)類型：掌握整數(shù)、浮點數(shù)、復數(shù)、布爾型和空值（None）等類型的特點及用法。2．掌握變量與常量的概念：理解Python中變量的動態(tài)類型特性和基于引用的內(nèi)存管理機制，了解常量的定義方法。3．熟練運用運算符與表達式：掌握算術(shù)運算符、關(guān)系運算符、邏輯運算符、位運算符、成員運算符及標識運算符的使用方法和優(yōu)先級。4．掌握基本的輸入輸出操作：熟練使用input()和print()函數(shù)進行數(shù)據(jù)的輸入輸出。5．培養(yǎng)編程思維和邏輯能力：通過理論學習和實踐操作，培養(yǎng)學生的編程邏輯思維和解決問題的能力。。（二）學時：8其中理論：4實踐：4（三）課程思政要素1．培養(yǎng)科學精神：通過Python語言的學習，引導學生認識到編程的嚴謹性和邏輯性，培養(yǎng)學生的科學精神和嚴謹態(tài)度。2．激發(fā)創(chuàng)新思維：通過解決實際編程問題，鼓勵學生創(chuàng)新思維，探索多種解決方案，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力。3．增強社會責任感：強調(diào)編程的社會價值，通過編程解決實際問題，增強學生的社會責任感和使命感。（四）教學內(nèi)容1．Python語言概述Python語言的特點和優(yōu)勢Python語言的應用領(lǐng)域2．基本數(shù)據(jù)類型整數(shù)類型（包括十六進制、八進制、二進制表示）浮點數(shù)類型及其限制復數(shù)類型布爾型與空值（None）3．變量與常量變量的命名規(guī)則和使用方法常量的定義方法Python中變量的內(nèi)存管理機制4．數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換隱式類型轉(zhuǎn)換與顯式類型轉(zhuǎn)換type(),int(),float(),complex()等函數(shù)的使用5．運算符與表達式算術(shù)運算符、關(guān)系運算符、邏輯運算符、位運算符、成員運算符、標識運算符的使用方法和優(yōu)先級表達式的構(gòu)成和計算規(guī)則6．基本輸入輸出input()函數(shù)的使用方法和注意事項print()函數(shù)的語法格式和參數(shù)設(shè)置（五）課程基本要求1．學生需熟練掌握Python語言的基本語法和編程基礎(chǔ)，能夠編寫簡單的Python程序。2．通過課堂演示和課后練習，學生能夠獨立完成程序編寫、調(diào)試和運行，解決編程中的基本問題。3．培養(yǎng)學生的編程邏輯思維和解決問題的能力，能夠靈活運用所學知識解決實際問題。（六）教學重點與難點重點：基本數(shù)據(jù)類型的理解和應用；變量與常量的定義和使用；運算符與表達式的構(gòu)成和計算；基本輸入輸出操作。難點：浮點數(shù)精度問題的理解；位運算符的使用和理解；邏輯運算符的惰性求值特性；變量內(nèi)存管理機制的理解。（七）作業(yè)/任務與思考題1．編寫一個程序，計算并輸出兩個數(shù)的和、差、積、商（注意除數(shù)不能為0）。2．使用input()函數(shù)獲取用戶輸入的三個數(shù)，判斷它們能否構(gòu)成三角形（包括等邊、等腰和不等邊三角形），并輸出結(jié)果。3．浮點數(shù)在Python中的表示方法和精度問題，如何避免精度問題帶來的誤差？【第4章】：Python程序控制結(jié)構(gòu)（一）教學目標1．使學生掌握Python程序中的基本控制結(jié)構(gòu)，包括順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)（if語句、if...else語句、if...elif...else語句及其嵌套）、循環(huán)結(jié)構(gòu)（while循環(huán)、for循環(huán)及其嵌套）、循環(huán)控制語句（break和continue）、以及random庫的基本使用方法。2．能夠熟練運用Python程序控制結(jié)構(gòu)解決實際問題，包括編寫帶有條件判斷、循環(huán)控制和隨機數(shù)生成的程序。3．培養(yǎng)學生的邏輯思維能力、問題解決能力和編程實踐能力，通過實際案例和項目實踐，提升學生的計算思維素養(yǎng)和編程創(chuàng)新能力。。（二）學時：8其中理論：4實踐：4（三）課程思政要素1.工匠精神：通過細致的程序設(shè)計，培養(yǎng)學生的精益求精、追求卓越的工匠精神。2．創(chuàng)新意識：鼓勵學生在解決問題時，嘗試不同的控制結(jié)構(gòu)和算法，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維。3．團隊協(xié)作：在課后作業(yè)和項目實踐中，可以引導學生分組完成任務，培養(yǎng)其團隊協(xié)作精神和溝通能力。（四）教學內(nèi)容1．程序的基本結(jié)構(gòu)順序結(jié)構(gòu)分支結(jié)構(gòu)（單分支、二分支、多分支及其嵌套）循環(huán)結(jié)構(gòu)（while循環(huán)、for循環(huán)及其嵌套）循環(huán)控制語句（break和continue）程序流程圖及其基本元素2．分支結(jié)構(gòu)詳解if語句及其語法格式if...else語句及其語法格式if...elif...else語句及其語法格式分支結(jié)構(gòu)的嵌套pass語句的作用和用法3．循環(huán)結(jié)構(gòu)詳解while循環(huán)及其擴展模式（withelse）for循環(huán)及其遍歷序列的方法range()函數(shù)的使用循環(huán)嵌套及其應用場景break和continue語句在循環(huán)中的應用4．random庫的使用random庫的概述和解析隨機數(shù)生成函數(shù)（如random.random()、random.randint()等）隨機數(shù)種子的設(shè)置和用途（五）課程基本要求1．學生需掌握Python程序中的基本控制結(jié)構(gòu)及其語法格式。2．能夠根據(jù)實際需求，靈活運用分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)編寫程序。3．了解random庫的基本功能，并能在程序中正確使用random庫生成隨機數(shù)。（六）教學重點與難點重點：分支結(jié)構(gòu)（if、if...else、if...elif...else）的語法和應用；循環(huán)結(jié)構(gòu)（while、for）的語法和應用；循環(huán)控制語句（break、continue）的使用；random庫的基本使用方法。難點：分支結(jié)構(gòu)的嵌套及其邏輯判斷；循環(huán)結(jié)構(gòu)的嵌套及其條件控制；break和continue語句在復雜循環(huán)結(jié)構(gòu)中的應用。（七）作業(yè)/任務與思考題1.完成教材中的所有示例程序，確保理解并掌握其實現(xiàn)原理。2．編寫程序?qū)崿F(xiàn)以下功能：輸入學生成績，輸出成績等級（使用if...elif...else結(jié)構(gòu)）。求1到100之間的所有偶數(shù)和（使用while循環(huán)）。使用for循環(huán)和random庫生成一個包含10個隨機整數(shù)的列表，并找出其中的最大值和最小值。3．break和continue語句在嵌套循環(huán)中的行為有何不同？【第5章】：Python容器（一）教學目標1．掌握Python中容器（字符串、列表、元組、字典、集合）的基本概念和使用方法。2．理解不同容器類型的特點及適用場景。3．能夠熟練使用容器相關(guān)的常用函數(shù)和方法。。（二）學時：4其中理論：4實踐：0（三）課程思政要素1.價值觀引領(lǐng)：通過Python容器的學習，引導學生認識到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在解決實際問題中的重要性，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實事求是的精神。2．愛國情懷：介紹國內(nèi)在數(shù)據(jù)處理和分析領(lǐng)域的成就，激發(fā)學生的愛國情感和民族自豪感。3．社會責任：討論數(shù)據(jù)安全與隱私保護的重要性，引導學生樹立正確的網(wǎng)絡(luò)安全意識和社會責任感。（四）教學內(nèi)容1．容器概述：介紹容器的基本概念和分類（字符串、列表、元組、字典、集合）。2．字符串的切片、拼接和操作3．列表（List）：列表的創(chuàng)建與刪除。元素的訪問與修改。常用方法（append,insert,pop,remove,sort,reverse等）。列表推導式與切片操作。4．元組（Tuple）：元組的創(chuàng)建與訪問。元組與列表的異同點。zip、map、filter函數(shù)與元組的應用。5．字典（Dictionary）：字典的創(chuàng)建與訪問。元素的添加、修改與刪除。字典推導式。6．集合（Set）：集合的創(chuàng)建與操作（add,update,pop,remove,discard,clear等）。集合運算（并集、交集、差集、對稱差集）。7．序列解包：序列解包的概念與應用。示例講解，如多變量賦值、迭代器等。（五）課程基本要求1．理解并掌握Python中各種容器類型的基本概念和特點。2．能夠熟練進行容器的創(chuàng)建、訪問、修改和刪除操作。3．能夠靈活運用容器相關(guān)的常用函數(shù)和方法進行數(shù)據(jù)處理。4．能夠根據(jù)實際需求選擇合適的容器類型進行數(shù)據(jù)存儲和操作。（六）教學重點與難點重點：各種容器類型的基本概念和特點；容器的創(chuàng)建、訪問、修改和刪除操作；常用函數(shù)和方法的應用。難點：理解不同容器類型之間的區(qū)別和適用場景；靈活運用容器解決復雜的數(shù)據(jù)處理問題。。（七）作業(yè)/任務與思考題1．編寫程序，創(chuàng)建一個包含多個學生信息的列表，每個學生信息為一個字典，包含姓名、學號、成績等字段。2．編寫程序，使用列表推導式生成一個包含1到10的平方數(shù)的列表。3．編寫程序，實現(xiàn)兩個集合的并集、交集、差集和對稱差集運算。4．思考題：在什么場景下使用列表比使用元組更合適？為什么？字典和集合在Python中的主要區(qū)別是什么？請舉例說明。列表推導式和for循環(huán)在生成列表時各有什么優(yōu)缺點？在什么情況下應優(yōu)先選擇列表推導式？【第6章】：函數(shù)與模塊（一）教學目標通過本章的學習，學生能夠了解Python函數(shù)和模塊的基本定義，掌握Python完成各種自定義函數(shù)的設(shè)計與使用。（二）學時：12其中理論：8實踐：4（三）課程思政要素1.通過函數(shù)的返回值、作用域等內(nèi)容，引導學生培養(yǎng)模塊化思維，將復雜問題分解為可管理的模塊，提高邏輯思維和代碼設(shè)計能力。2.引導學生理解模塊化設(shè)計對代碼維護和可擴展性的重要性，鼓勵創(chuàng)新地設(shè)計代碼結(jié)構(gòu)。（四）教學內(nèi)容1．函數(shù)的基本定義2．函數(shù)的返回值和作用域3.模塊的組織和調(diào)用4.包和命名空間的概念與應用（五）課程基本要求1．能夠設(shè)計帶有返回值的函數(shù)；2.理解變量的作用域和命名空間；3.掌握模塊的使用方法。（六）教學重點與難點重點：函數(shù)的返回值、作用域和參數(shù)傳遞；模塊的組織、調(diào)用和命名空間。難點：引導學生理解不同作用域內(nèi)變量的訪問規(guī)則，避免命名沖突；幫助學生理解模塊的概念和組織方式，以及如何有效地調(diào)用和管理模塊。（七）作業(yè)/任務與思考題1.編寫一個函數(shù)，計算斐波那契數(shù)列的第n個數(shù)，n由用戶輸入。2.創(chuàng)建一個包含多個模塊的小項目，模塊之間相互調(diào)用，實現(xiàn)不同功能的代碼復用?！镜?章】：文件操作（一）教學目標通過本章的學習，學生能夠掌握文件的打開、讀寫和關(guān)閉操作，了解文本文件和二進制文件的處理，熟悉CSV和JSON格式的文件操作，掌握文件路徑和目錄操作。（二）學時：10其中理論：6實踐：4（三）課程思政要素1.在學習文件操作時，強調(diào)文件數(shù)據(jù)的保護和隱私問題，培養(yǎng)學生處理敏感信息時的責任感。2.引導學生通過實際案例，學會使用文件操作解決實際問題，培養(yǎng)實際動手的能力。（四）教學內(nèi)容1．文件的打開、讀取、寫入和關(guān)閉操作2.文本文件和二進制文件的處理3.CSV和JSON格式的文件操作4.文件路徑和目錄操作（五）課程基本要求1．能夠編寫文件讀寫的程序；2.理解不同文件格式的特點和使用方法；3.掌握文件路徑和目錄操作。（六）教學重點與難點重點：引導學生掌握文件操作的基本步驟，避免文件資源泄漏等問題。難點：幫助學生理解文本文件和二進制文件的不同，熟悉它們的讀寫方式。（七）作業(yè)/任務與思考題1.從一個文本文件中讀取一篇文章，統(tǒng)計其中每個單詞的出現(xiàn)次數(shù)并輸出。2.編寫程序，將一個字典保存為JSON文件，然后讀取文件內(nèi)容并恢復成字典?！镜?章】：面向?qū)ο缶幊蹋ㄒ唬┙虒W目標通過本章的學習，學生能夠了解類和對象的定義與使用，掌握繼承和多態(tài)的概念與實現(xiàn)，了解面向?qū)ο笤O(shè)計原則和模式。（二）學時：8其中理論：4實踐：4（三）課程思政要素1.在學習類和對象的使用、繼承和多態(tài)時，鼓勵學生在團隊合作中合理分工，協(xié)同完成復雜項目，提高團隊合作能力。2.引導學生通過面向?qū)ο缶幊痰睦砟睿囵B(yǎng)創(chuàng)新意識，探索更好的解決方案。（四）教學內(nèi)容1．類和對象的定義與使用2.繼承和多態(tài)的概念與實現(xiàn)3.面向?qū)ο笤O(shè)計原則與設(shè)計模式（五）課程基本要求1．能夠定義簡單的類和對象，2.理解繼承和多態(tài)的概念，3.了解面向?qū)ο笤O(shè)計的基本原則和常用模式。（六）教學重點與難點重點：類和對象的關(guān)系和使用；繼承和多態(tài)的概念與實現(xiàn)。難點：引導學生理解類和對象的抽象關(guān)系，如何在代碼中實現(xiàn)現(xiàn)實世界的模型；幫助學生深入理解繼承和多態(tài)的概念，掌握如何實現(xiàn)代碼的靈活擴展和重用。（七）作業(yè)/任務與思考題1.創(chuàng)建一個簡單的類，表示圖書，包括屬性如書名、作者和出版年份等。然后實例化并打印一本書的信息。2．擴展上述圖書類，添加一個借閱功能，使圖書對象能夠記錄借閱人和日期。【第9章】：科學計算庫與工具（一）教學目標通過本章的學習，學生能夠熟悉NumPy庫的使用，了解SciPy庫和Matplotlib庫的基本用法，掌握Pandas庫進行數(shù)據(jù)分析與處理。（二）學時：10其中理論：6實踐：4（三）課程思政要素1.在學習使用科學計算庫時，引導學生通過實際數(shù)據(jù)分析、可視化等實踐，提升動手實踐能力，培養(yǎng)實際問題解決能力。2.鼓勵學生在數(shù)據(jù)科學領(lǐng)域展現(xiàn)創(chuàng)新思維，促進團隊合作，創(chuàng)造更有價值的數(shù)據(jù)分析解決方案。（四）教學內(nèi)容1．NumPy庫的數(shù)組操作與矩陣運算2.SciPy庫的科學計算功能3.Matplotlib庫的數(shù)據(jù)可視化4.Pandas庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與分析（五）課程基本要求1．能夠使用NumPy庫進行數(shù)組和矩陣運算；2.了解SciPy庫和Matplotlib庫的基本功能；3.掌握Pandas庫進行數(shù)據(jù)處理和分析。（六）教學重點與難點重點：NumPy庫的數(shù)組操作和矩陣運算；Pandas庫的數(shù)據(jù)處理和分析。難點：引導學生理解高效的NumPy數(shù)組運算，提高處理大量數(shù)據(jù)的能力；幫助學生掌握Pandas庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作，使其能夠在數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域應用靈活。（七）作業(yè)/任務與思考題1.使用NumPy創(chuàng)建一個包含隨機數(shù)的數(shù)組，計算數(shù)組的均值、標準差和中位數(shù)。2.利用Pandas讀取一個CSV文件，進行簡單的數(shù)據(jù)清洗和篩選，然后繪制相關(guān)的數(shù)據(jù)可視化圖表。實踐內(nèi)容與安排章節(jié)名稱內(nèi)容提要學時備注第一章第二章項目1：數(shù)據(jù)類型與運算實驗深入了解Python中的數(shù)字類型、運算符的使用。4第三章項目2：流程控制實驗掌握條件語句和循環(huán)語句的使用；continue和break的靈活運用。4第四章項目3：函數(shù)與模塊實驗掌握函數(shù)的返回值和作用域，了解模塊的組織和調(diào)用，以及包和命名空間的概念與應用。4第五章項目4：文件操作實驗掌握文件的打開、讀寫和關(guān)閉操作，了解文本文件和二進制文件的處理，熟悉CSV和JSON格式的文件操作，掌握文件路徑和目錄操作。4第六章項目5：面向?qū)ο缶幊虒嶒灹私忸惡蛯ο蟮亩x與使用，掌握繼承和多態(tài)的概念與實現(xiàn)，理解面向?qū)ο笤O(shè)計原則和模式。4第七章項目6：科學計算庫與工具實驗熟悉NumPy庫的使用，了解SciPy庫和Matplotlib庫的基本用法，掌握Pandas庫進行數(shù)據(jù)分析與處理。4【項目1】：數(shù)據(jù)類型與運算實驗（一）教學目的掌握數(shù)字類型及其運算操作。熟悉字符串的切片、拼接等操作。理解列表、元組和字典的創(chuàng)建和基本操作。（二）教學內(nèi)容1．數(shù)字類型及其運算符和操作。2.字符串的切片、拼接、查找等操作。3.列表、元組和字典的創(chuàng)建、遍歷和基本操作。（三）教學基本要求1．能夠使用不同的數(shù)字類型進行基本運算。2.能夠熟練處理字符串的各種操作。3.能夠創(chuàng)建并操作列表、元組和字典。（四）教學考核標準1．成功編寫程序完成數(shù)字類型的運算操作。（30%）2.正確實現(xiàn)字符串的切片、拼接和查找操作。（30%）3.能夠創(chuàng)建、遍歷和操作列表、元組和字典。（40%）【項目2】：流程控制實驗（一）教學目的1.熟練運用條件語句和循環(huán)語句解決問題。2.理解函數(shù)的定義、參數(shù)傳遞和調(diào)用。3.掌握異常處理的基本思想和實現(xiàn)方法。（二）教學內(nèi)容1．條件語句（if、else、elif）的使用。2.循環(huán)語句（for、while）的運用。3.函數(shù)的定義、參數(shù)傳遞和調(diào)用。4.異常處理的基本原理與語法。（三）教學基本要求1．能夠編寫包含條件語句和循環(huán)語句的程序。2.能夠定義和調(diào)用簡單的函數(shù)。3.理解異常處理的基本思想。（四）教學考核標準1．成功編寫包含條件語句和循環(huán)語句的程序。（30%）2.能夠定義并成功調(diào)用簡單的函數(shù)。（30%）3.能夠處理程序中可能出現(xiàn)的異常情況。（40%）【項目3】：函數(shù)與模塊實驗（一）教學目的1.理解函數(shù)的返回值、局部變量和全局變量的作用域。2.掌握模塊的組織與調(diào)用。3.了解包和命名空間的基本概念和應用。（二）教學內(nèi)容1．函數(shù)的返回值、局部變量和全局變量的作用域。2.模塊的組織、導入和調(diào)用。3.包和命名空間的概念與應用。（三）教學基本要求1．能夠設(shè)計帶有返回值的函數(shù)。2.理解局部變量和全局變量的作用域。3.掌握模塊的導入和使用方法。（四）教學考核標準1．成功編寫含有返回值的函數(shù)。（30%）2.能夠正確區(qū)分局部變量和全局變量。（30%）3.能夠?qū)氩⑹褂猛獠磕K中的函數(shù)和變量。（40%）【項目4】：文件操作實驗（一）教學目的1.掌握文件的打開、讀取、寫入和關(guān)閉操作。2.了解文本文件和二進制文件的處理方法。3.熟悉CSV和JSON格式文件的讀寫操作，掌握文件路徑和目錄操作。（二）教學內(nèi)容1．文件的打開、讀取、寫入和關(guān)閉操作。2.文本文件和二進制文件的處理方法。3.CSV和JSON格式文件的讀寫操作。4.文件路徑和目錄操作的基本原理。（三）教學基本要求1．能夠獨立編寫程序完成文件的打開、讀取、寫入和關(guān)閉操作。2.能夠區(qū)分文本文件和二進制文件，并正確處理。3.能夠使用CSV和JSON格式讀寫數(shù)據(jù)，掌握文件路徑和目錄操作。（四）教學考核標準1．正確實現(xiàn)文件的打開、讀取、寫入和關(guān)閉操作。（30%）2.能夠區(qū)分并處理文本文件和二進制文件。（30%）3.成功使用CSV和JSON格式讀寫數(shù)據(jù)，能夠正確操作文件路徑和目錄。（40%）【項目5】：面向?qū)ο缶幊虒嶒灒ㄒ唬┙虒W目的1.掌握類和對象的定義與使用。2.理解繼承和多態(tài)的概念與實現(xiàn)。3.了解面向?qū)ο笤O(shè)計的原則和模式。（二）教學內(nèi)容1．類和對象的定義與使用。2.繼承和多態(tài)的概念與實現(xiàn)。3.面向?qū)ο笤O(shè)計原則與模式的介紹。（三）教學基本要求1．能夠獨立編寫類和對象的代碼。2.理解繼承和多態(tài)的概念，能夠應用于編程實踐。3.了解面向?qū)ο笤O(shè)計的基本原則和常用模式。（四）教學考核標準1．成功編寫包含類和對象的程序，能夠正確調(diào)用方法和訪問屬性。（30%）2.實現(xiàn)繼承和多態(tài)的功能，正確使用基類和派生類。（30%）3.能夠解釋并應用面向?qū)ο笤O(shè)計的原則和模式。（40%）【項目6】：科學計算庫與工具實驗（一）教學目的1.NumPy庫的數(shù)組操作與矩陣運算。2.SciPy庫的科學計算功能與應用。3.Matplotlib庫的數(shù)據(jù)可視化方法。4.Pandas庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)分析方法。（二）教學內(nèi)容1．能夠使用NumPy庫進行數(shù)組操作和矩陣運算。2.了解SciPy庫和Matplotlib庫的基本功能，能夠進行簡單應用。3.掌握Pandas庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠進行數(shù)據(jù)分析和處理。（三）教學基本要求1.能夠使用NumPy庫進行數(shù)組操作和矩陣運算。2.了解SciPy庫和Matplotlib庫的基本功能，能夠進行簡單應用。3.掌握Pandas庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠進行數(shù)據(jù)分析和處理。（四）教學考核標準1．正確使用NumPy庫實現(xiàn)數(shù)組操作和矩陣運算。（20%）2.能夠運用SciPy庫解決科學計算問題。（20%）3.使用Matplotlib庫繪制簡單的數(shù)據(jù)可視化圖表。（20%）4.能夠使用Pandas庫進行數(shù)據(jù)分析與處理。（40%）六、課程考核方式（一）考核方式和記分制本課程考核方式為考試；考核成績采用百分制記分。（二）考核形式和成績構(gòu)成考核成績?yōu)榭傇u成績，由平時成績和期末成績兩部分組成，其中平時成績占比50%，期末成績占比50%。成績構(gòu)成構(gòu)成項目成績比例考核要求平時成績出勤考核10%說明:滿分100分。曠課每次扣除6分，事假每次扣除1分、早退每次扣除2分，遲到每次扣除3分，曠課超1/3取消期末考試資格。課堂表現(xiàn)10%課堂遵守規(guī)范情況和課堂回答問題表現(xiàn)。課后作業(yè)10%一學期總共提交7次作業(yè)，分別占比1/7。實驗20%共6次實驗，根據(jù)實驗完成的效率和質(zhì)量評分。期末成績期末考試50%閉卷筆試。總評成績100%七、教學手段與方法本課程通過系統(tǒng)的Python編程內(nèi)容，深入淺出地介紹了Python語言基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)類型與運算、流程控制、函數(shù)與模塊、文件操作、面向?qū)ο缶幊?、科學計算庫與工具等主題，從基礎(chǔ)到實際應用全面提升學生的編程能力。課程教學內(nèi)容既注重理論傳授，又注重實踐操作，通過豐富的案例和實驗環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的問題解決能力、創(chuàng)新思維以及實際動手能力。課程思政元素融入其中，強化學生對計算機科技發(fā)展歷程的認知、培養(yǎng)團隊合作和社會責任感，促進綜合素質(zhì)的提升。通過多種教學手段和方法的有機結(jié)合，提高了教學趣味性和參與度，達到了促進教學效果的目標。同時，教學大綱緊跟最新的知識和技術(shù)，確保了課程內(nèi)容的前沿性和實用性。Python語言基礎(chǔ)講授與演示：通過講授Python語言的歷史、特點以及版本安裝方法，配合實際演示，讓學生對Python有一個整體了解。互動討論：引導學生就開發(fā)工具和編輯器進行討論，分享各自的經(jīng)驗和偏好，促進學生之間的交流與合作。實踐編程：學生在實驗室環(huán)境中實際操作，安裝Python環(huán)境，編寫并運行第一個簡單的Python程序，鞏固所學知識。思考引導：提出問題，讓學生思考Python在不同領(lǐng)域的應用，引導他們從多個角度思考Python的潛在價值。數(shù)據(jù)類型與運算理論講解：詳細介紹數(shù)字類型、字符串類型以及常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過示例演示不同數(shù)據(jù)類型的特點和用法。互動練習：設(shè)計互動練習，讓學生在課堂上通過小組合作完成數(shù)據(jù)類型和運算的練習題，提升問題解決能力。編程實驗：學生編寫包含不同數(shù)據(jù)類型和運算的程序，如判斷偶數(shù)、字符串操作等，從實踐中鞏固所學概念。問題解析：引導學生分析排序算法的原理，與實際排序問題進行對比，從而理解排序算法的應用和優(yōu)化。流程控制案例展示：通過實際案例，展示條件語句和循環(huán)語句在解決實際問題中的應用，激發(fā)學生學習的興趣。編程實踐：學生通過編寫包含條件語句和循環(huán)語句的程序，鍛煉編程邏輯，增強實際問題解決能力。小組討論：設(shè)計小組討論環(huán)節(jié)，讓學生分享自己在函數(shù)定義和調(diào)用上的經(jīng)驗，相互學習并解決遇到的問題。異常處理演示：演示異常處理的基本原理，以及如何避免程序崩潰，通過實際案例引導學生理解異常處理的重要性。函數(shù)與模塊講解與實踐：通過理論講解，學生了解函數(shù)的返回值、作用域，模塊的組織與調(diào)用，包和命名空間的概念。案例演示：展示不同函數(shù)和模塊的實際應用，如如何封裝功能、提高代碼的復用性等，激發(fā)學生的興趣。設(shè)計實戰(zhàn)：學生在實驗環(huán)境中設(shè)計一個含有多個函數(shù)的模塊，通過實際操作理解模塊的設(shè)計和調(diào)用流程。問題解決：引導學生思考在模塊開發(fā)中可能遇到的問題，如命名沖突、模塊之間的交互等，培養(yǎng)解決問題的能力。文件操作講解與示范：講解文件的打開、讀寫和關(guān)閉操作，結(jié)合示范演示如何讀取和處理文本文件、二進制文件等。編程實驗：學生通過編寫程序，實現(xiàn)從文件讀取數(shù)據(jù)、寫入數(shù)據(jù)，熟悉文件處理的基本操作。實際應用：引導學生思考實際應用場景，如日志文件的記錄、數(shù)據(jù)持久化等，加深對文件操作的理解。分析異常：指導學生分析在文件操作過程中可能出現(xiàn)的異常情況，如文件不存在、權(quán)限問題等，培養(yǎng)問題解決能力。面向?qū)ο缶幊汤碚撽U述：通過講解類和對象的概念，展示面向?qū)ο缶幊痰暮诵乃枷耄龑W生理解其在軟件設(shè)計中的重要性。案例分析：分析實際案例，展示如何定義類、創(chuàng)建對象，以及如何應用繼承和多態(tài)的概念解決問題。編程實踐：在實驗環(huán)境中，引導學生創(chuàng)建自定義類、實現(xiàn)繼承和多態(tài)，培養(yǎng)實際問題的分析與解決能力。設(shè)計原則討論：引導學生討論面向?qū)ο笤O(shè)計原則與設(shè)計模式，促進創(chuàng)新思維和軟件設(shè)計能力的培養(yǎng)?？茖W計算庫與工具理論講解：解釋NumPy庫的數(shù)組操作和矩陣運算的基本原理，介紹SciPy庫和Matplotlib庫的核心功能，以及Pandas庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與分析方法。實驗演示：在計算機環(huán)境中，展示如何使用NumPy進行數(shù)組運算，通過實例展示SciPy庫的科學計算功能，以及Matplotlib庫和Pandas庫的使用。實際應用：引導學生在實際問題中使用NumPy解決數(shù)據(jù)處理和計算問題，利用Matplotlib可視化數(shù)據(jù)，以及通過Pandas進行數(shù)據(jù)分析。小組討論：安排小組討論，讓學生分享使用科學計算庫解決問題的經(jīng)驗和方法，促進合作學習和知識交流。八、課程教學資源（一）教材選用建議使用教材：1．《Python程序設(shè)計—項目驅(qū)動式教程》．鄭純軍．電子工業(yè)出版社，2022年7月版。2．《Python科學計算》.王英強、張文勝等.電子工業(yè)出版社，2022年10月版。（二）參考書目建議參考書：1．《Python編程從入門到精通》麥叔瑞清華大學出版社，2021年2.《Python核心編程》WesleyJ.Chun人民郵電出版社，2018年3.《Python數(shù)據(jù)科學手冊》JakeVanderPlas機械工業(yè)出版社，2019年（三）網(wǎng)絡(luò)資源1.