《Python

程序設(shè)計》教學大綱課程名稱（漢）：《Python程序設(shè)計》課程名稱（英）：PythonProgramming課程代碼：262101041課程類型：專業(yè)基礎(chǔ)課程模塊適用對象：自動化和機器人工程專業(yè)大一本科；人工智能專業(yè)大二本科學時/學分：64學時（理論課48學時、實驗課16學時）/3.5學分先修課程：《程序設(shè)計基礎(chǔ)》、《高等數(shù)學》、《學科導(dǎo)論》等。方案版本：2021版課程簡介《Python程序設(shè)計》是自動化、人工智能和機器人工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。Python是一種跨平臺的計算機程序設(shè)計語言，是一個高層次的結(jié)合了解釋性、編譯性、互動性和面向?qū)ο蟮哪_本語言。最初被設(shè)計用于編寫自動化腳本(shell)，隨著版本的不斷更新和語言新功能的添加，越多被用于獨立的、大型項目的開發(fā)。本課程內(nèi)容包括Python編碼規(guī)范，函數(shù)式編程模式，內(nèi)置函數(shù)與運算符、列表、元組、字典、集合、字符串等基本數(shù)據(jù)類型以及推導(dǎo)式、切片、序列解包等語法。通過本課程的學習使學生掌握Python內(nèi)置函數(shù)與運算符、列表、元組、字典、集合、字符串等基本數(shù)據(jù)類型和Python的函數(shù)式編程模式，具有一定的代碼調(diào)試與集成能力，具備較強的學習能力、資料查閱能力和代碼閱讀能力。二、課程的教學目標課程目標1：了解Python編碼規(guī)范，能夠編寫出優(yōu)雅的Python程序；熟練使用Python的函數(shù)式編程模式；熟練運用Python內(nèi)置函數(shù)與運算符、列表、元組、字典、集合、字符串等基本數(shù)據(jù)類型以及推導(dǎo)式、切片、序列解包等語法來解決實際問題；課程目標2：熟練掌握Python選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、異常處理結(jié)構(gòu)的語法和應(yīng)用，能夠編寫魯棒性較強的程序；熟練掌握函數(shù)設(shè)計與面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計有關(guān)內(nèi)容，具備一定的代碼復(fù)用和設(shè)計復(fù)用能力；熟練使用字符串對象方法和正則表達式處理文本；熟練掌握文本文件與常見類型的二進制文件操作；課程目標3：了解不同領(lǐng)域的Python擴展模塊并能夠解決文件操作、GUI、圖形圖像處理、音樂編程與語音識別、視頻采集與處理、多線程與多進程編程、數(shù)據(jù)庫編程、套接字編程、網(wǎng)絡(luò)爬蟲、逆向工程與軟件分析、數(shù)據(jù)分析、科學計算可視化、密碼學、安卓等領(lǐng)域中的實際問題；具有一定的代碼調(diào)試與集成能力；具有較強的學習能力、資料查閱能力和代碼閱讀能力；具有一定的代碼優(yōu)化與安全編程意識和能力。三、課程目標對自動化專業(yè)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求畢業(yè)要求指標點（非認證專業(yè)可以省略本項內(nèi)容）課程目標支撐權(quán)重工程知識1、2問題分析設(shè)計/開發(fā)解決方案2、3工程與社會使用現(xiàn)代工具方面1、2、30.08四、教學內(nèi)容及其基本要求序號教學內(nèi)容教學要求（包括重點難點、教學方法、學生掌握的程度等）對應(yīng)課程目標1基礎(chǔ)知識實驗1Python安裝與開發(fā)環(huán)境搭建教學目的與要求熟練安裝和搭建Python開發(fā)環(huán)境，掌握使用pip在線安裝與離線安裝擴展庫的方法。熟練掌握運算符、內(nèi)置函數(shù)的用法；了解列表、元組、字典、集合、字符串等常用Python內(nèi)置類型；理解變量的作用和命名規(guī)則；掌握標準庫對象與擴展庫對象的導(dǎo)入和使用。了解Python代碼編寫規(guī)范。理解.py、.pyw、pyc擴展名的不同。教學重點與難點重點：使用pip安裝和升級Python擴展庫。列表、元組、字典、集合、字符串基本概念，運算符，內(nèi)置函數(shù)，變量命名。難點：Python自動內(nèi)存管理功能。使用pip命令通過離線whl文件安裝擴展庫。教學手段及方式方法講解+演示+練習。12Python數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗2Python運算符、內(nèi)置函數(shù)、序列用法教學目的與要求熟練掌握元素常用方法、切片和列表推導(dǎo)式、元組用法、序列解包和生成器推導(dǎo)式的用法、字典常用方法和字典在頻次統(tǒng)計方面的應(yīng)用。理解元組不可變的特定以及對用法的影響、集合中元素不重復(fù)的特點并能夠熟練運用這個特點。教學重點與難點重點：列表對象的方法，列表推導(dǎo)式。序列解包。字典的get()方法，使用“鍵”作為下標為字典元素賦值語句的兩種含義。集合運算。難點：原地操作與非原地操作的區(qū)別。生成器對象的惰性求值特點。使用“鍵”作為下標為字典元素賦值語句的兩種含義。集合的大小比較。教學手段及方式方法講解+練習。13選擇與循環(huán)實驗3使用蒙特·卡羅方法計算圓周率近似值實驗4實用列表實現(xiàn)篩選法求素數(shù)教學目的與要求理解表達式的值與True/False的等價關(guān)系、不同形式選擇結(jié)構(gòu)的執(zhí)行流程。理解for循環(huán)和while的執(zhí)行流程、帶else的循環(huán)結(jié)構(gòu)執(zhí)行流程。養(yǎng)成優(yōu)化循環(huán)結(jié)構(gòu)代碼的習慣和意識。理解break和continue語句對程序執(zhí)行流程的影響。教學重點與難點重點：表達式與True/False的等價關(guān)系。縮進對代碼邏輯的影響。for循環(huán)、while循環(huán)執(zhí)行流程和使用場合，帶有else子句的循環(huán)結(jié)構(gòu)；循環(huán)代碼的優(yōu)化。break語句的作用。難點：表達式與True/False的等價關(guān)系。for循環(huán)的本質(zhì)，帶有else子句的循環(huán)結(jié)構(gòu)。break語句對帶else語句的循環(huán)結(jié)構(gòu)的影響。編寫Pythonic代碼、代碼優(yōu)化。教學手段及方式方法講解+練習+作業(yè)。24字符串與正則表達式實驗5檢測密碼安全強度實驗6凱撒加密算法原理與實現(xiàn)教學目的與要求理解字符串編碼格式，熟練掌握字符串常用方法。了解正則表達式基本語法和標準庫re中的常用函數(shù)。教學重點與難點重點：正則表達式元字符，re模塊函數(shù)findall()、sub()、split()。難點：正則表達式語法。教學手段及方式方法講解+演示+練習。25函數(shù)設(shè)計與使用實驗7設(shè)計和實現(xiàn)聰明的尼姆游戲（人機對戰(zhàn)）實驗8模擬報數(shù)游戲（約瑟夫環(huán)問題）教學目的與要求熟練掌握函數(shù)定義和調(diào)用的語法。理解形參和實參的概念。理解不同形式的參數(shù)傳遞的區(qū)別和用法。理解return語句的作用、理解沒有返回值的函數(shù)和有返回值的函數(shù)在用法上的區(qū)別。理解作用域的概念以及對變量訪問的影響和lambda表達式的功能及其適用場合并且能夠熟練編寫函數(shù)解決實際問題。理解并熟練掌握Python的函數(shù)式編程模式；理解函數(shù)嵌套定義與修飾器的原理和生成器函數(shù)與生成器對象的工作原理。教學重點與難點教學重點：調(diào)用函數(shù)時實參的引用傳遞給形參。不同類型參數(shù)的形式和函數(shù)調(diào)用方式。局部作用域，全局作用域。lambda表達式在功能上等價于函數(shù)，lambda表達式的應(yīng)用場景。代碼功能與思路，如何編寫Pythonic代碼。函數(shù)嵌套定義，修飾器，生成器函數(shù)。常用內(nèi)置函數(shù)和標準庫函數(shù)的返回值。教學難點：可變長度參數(shù)，參數(shù)傳遞時的序列解包。沒有返回值的函數(shù)調(diào)用不能出現(xiàn)在等于號的右側(cè)。global關(guān)鍵字的作用，變量訪問順序。函數(shù)嵌套定義，修飾器。教學手段及方式方法講解+演示+練習。26面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計實驗9自定義類實現(xiàn)帶超時功能的隊列結(jié)構(gòu)教學目的與要求了解面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計有關(guān)的基本概念與術(shù)語；熟練定義和使用類；理解self參數(shù)的含義和類成員與實例成員以及私有成員與公有成員的概念和區(qū)別。理解類方法、實例方法、靜態(tài)方法的不同。熟練定義和使用屬性。理解特殊方法與運算符、內(nèi)置函數(shù)的對應(yīng)關(guān)系和繼承機制的作用和工作原理和方法解析順序MRO。教學重點與難點教學重點：class關(guān)鍵字，self參數(shù)，私有成員與公有成員。實例方法，類方法，類成員和實例成員的訪問權(quán)限。只讀屬性、可讀可寫屬性、可讀可寫可刪除屬性的定義。特殊方法與運算符、內(nèi)置函數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。Python支持多繼承，如果多個父類中有相同名字的成員，Python解釋器將按照從左向右的順序在所有父類中進行搜索，并且使用第一個遇到的成員。教學難點：self參數(shù)，私有成員。類成員和實例成員的訪問權(quán)限。函數(shù)property()的用法。特殊方法與運算符、內(nèi)置函數(shù)的對應(yīng)關(guān)系和方法解析順序MRO。教學手段及方式方法講解+演示+練習。27文件操作實驗10批量生成姓名、家庭住址、電子郵箱等隨機信息實驗11使用正則表達式查找Word文件中AABB形式的詞語教學目的與要求理解文本文件與二進制文件的區(qū)別并熟練掌握內(nèi)置函數(shù)open()以及文件對象的常用方法。理解編碼格式對文本文件內(nèi)容讀寫的影響并熟練掌握文本文件的讀寫操作。理解二進制序列化的基本原理、了解pickle、struct模塊的用法。熟練掌握os、os.path、shutil模塊中關(guān)于文件操作的函數(shù)的用法和os、os.path模塊中關(guān)于目錄操作的函數(shù)的用法；理解深度優(yōu)先和廣度優(yōu)先的文件夾遍歷方法并了解使用Python操作Office文件的方法。教學重點與難點重點：內(nèi)置函數(shù)open()的mode和encoding參數(shù)，以及read()、readline()、readlines()、write()、writelines()、seek()方法。pickle、struct、shelve模塊的用法。os.path.join()函數(shù)，目錄樹遍歷的深度優(yōu)先和廣度優(yōu)先方式。難點：使用不同模式打開文件時，文件指針的位置有所不同；讀寫文件時，文件指針的位置會隨著讀寫操作而移動；使用讀模式打開的文件不能寫，使用寫模式打開的文件也不能讀。文本文件的編碼格式對內(nèi)容讀寫操作的影響。相對路徑與絕對路徑。教學手段及方式方法講解+練習+作業(yè)。28異常處理結(jié)構(gòu)與程序調(diào)試教學目的與要求理解異常表現(xiàn)形式、可能發(fā)生異常的原因和異常類層次結(jié)構(gòu)。熟練掌握不同形式異常處理結(jié)構(gòu)的用法。了解assert和with語句的用法并熟練掌握使用IDLE調(diào)試代碼的方法。了解使用pdb模塊調(diào)試程序的方法。教學重點與難點重點：異常概念與表現(xiàn)形式。常見異常處理結(jié)構(gòu)的形式。Python內(nèi)建異常類。難點：閱讀異常信息，準確定位有問題的代碼。異常處理代碼中可能再次引發(fā)異常。Python內(nèi)建異常類的層次關(guān)系。教學手段及方式方法講解+演示+練習。39GUI編程實驗12tkinter版小學數(shù)學口算題生成器設(shè)計與實現(xiàn)教學目的與要求了解tkinter常用組件以及tkinter應(yīng)用程序開發(fā)基本流程。熟練使用tkinter開發(fā)GUI程序。教學重點：常用組件的用途。可以選擇3-5個案例進行講解。教學重點與難點教學難點：tkinter應(yīng)用程序開發(fā)流程。教學方式講解+演示+練習+作業(yè)。310網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計實驗13使用TCP協(xié)議實現(xiàn)智能聊天機器人教學目的與要求了解計算機網(wǎng)絡(luò)常見概念和術(shù)語，能夠編寫程序使用TCP和UDP協(xié)議進行通信。熟練掌握標準庫socket和擴展庫psutil的用法。了解HTML基本語法、網(wǎng)頁基本結(jié)構(gòu)，能夠編寫程序采集網(wǎng)頁上的內(nèi)容。教學重點與難點教學重點：使用UDP和TCP協(xié)議進行通信。socket、psutil模塊函數(shù)應(yīng)用。urllib模塊的應(yīng)用、網(wǎng)頁爬蟲實戰(zhàn)。教學難點：使用UDP和TCP協(xié)議進行通信。目標網(wǎng)頁源代碼分析，使用正則表達式提取網(wǎng)頁中的信息。教學方式：講解+演示+練習+作業(yè)。3五、各教學環(huán)節(jié)及學時分配知識模塊教學內(nèi)容教學環(huán)節(jié)及學時講授課習題課討論課實驗（實踐）合計基本知識第1章基礎(chǔ)知識426基本語法第2章Python序列628第3章選擇與循環(huán)426第4章字符串與正則表達式426函數(shù)第5章函數(shù)設(shè)計與使用628面向?qū)ο蟮?章面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計426文件第7章文件操作628異常處理第8章異常處理結(jié)構(gòu)與程序調(diào)試、測試22選講第9章GUI編程617第10章網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計617合計64六、成績考核及基本要求考核環(huán)節(jié)建議分值考核/評價細則對應(yīng)課程目標考勤（含上機）10曠課、遲到、早退1次扣1分；曠課、遲到、早退超過3次的學生取消考試資格，直接認定為成績不及格。課堂表現(xiàn)10根據(jù)平常上課過程中的學習態(tài)度、回答問題等情況進行評價，表現(xiàn)優(yōu)秀得9-10分，表現(xiàn)良好得8-9分，表現(xiàn)中等得7-8分，表現(xiàn)合格得6-7分，表現(xiàn)不合格得4-6分。作業(yè)5根據(jù)作業(yè)完成情況進行評價，超過3次不交作業(yè)，5分全部扣除。優(yōu)秀得5分，良好得4分，中等得3分，3分以下不及格。上機考試15學期的最后一次上機安排上機考試，隨機抽取試卷。根據(jù)程序的運行結(jié)果進行評價。優(yōu)秀得14-15分，良好得12-13分，中等得10-11分，及格得8-9分，不及格得6-7分。1、2、3期末卷面考試60期末考核方式：筆試；試卷總成績：100；試卷成績*60%為考試成績。1、2、3七、教材與主要教學參考資源（一）推薦教材董付國.《Python程序設(shè)計（第3版）》（ISBN：978-7-302-55083-9），清華大學出版社，20