Python程序设计基础教学大纲

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《Python程序设计基础》

教学大纲

一、课程简介

二、教学目的和要求

三、教学中应注意的问题

四、教学内容

五、教学课时分配

六、教材与参考书目

一、课程简介

课程名称：Python程序设计基础

课程编号：**********

课程性质：必修

适用专业：非计算机专业

前导课程：无

考核方式：考试

建议学时：48+16（可根据实际需要进行调整）

建议学期：2、4、5

二、教学目的和要求

通过本课程的学习，使得学生能够理解Python的编程模式（命令式编程、函数式编程），熟练运用Python运算符、内置函数以及列表、元组、字典、集合等基本数据类型和相关列表推导式、切片等特性来解决实际问题，熟练掌握Python分支结构、循环结构、函数设计以及类的设计与使用，熟练使用字符串方法，适当了解正则表达式，熟练使用Python读写文本文件，适当了解二进制文件操作，了解Python程序的调试方法，了解Python面向对象程序设计模式，掌握使用Python操作SQLite数据库的方法，掌握Python+pandas进行数据处理的基本用法，掌握使用Python+matplotlib进行数据可视化的用法,同时还应培养学生的代码优化与安全编程意识。

在教学和学习过程中，应充分发挥Python语言的优势，从最简单、最直观的思路出发，尽快解决问题。不建议在内存地址或类似的底层细节上花费太多时间。

三、教学中应注意的问题

Python编程模式中非常重要的一条是代码简单化、问题简单化，同时应保证代码具有较强的可读性。在教学过程中，尽量避免在Python程序中带有其他编程语言的痕迹，要尽量从最简单的角度去思考和解决问题、实现自己的想法和思路，尽量多使用Python内置函数、标准库对象和合适的扩展库对象，保证代码的优雅、简洁，让代码更加Pythonic。

使用Python编程解决问题应充分借鉴和使用成熟的标准库和扩展库，尽量避免自主编写完整的业务逻辑，部分具体操作完全可以使用扩展库来实现，大幅度提高开发效率。例如：如果需要进行排序则直接使用内置函数sorted()或列表的sort()方法进行排序，切不可再使用选择法排序、插入法排序、冒泡法排序、快速排序或堆排序等排序算法来编写代码实现；计算最大公约数应习惯于使用math标准库的gcd()函数，而不应该自己编写代码实现辗转相除法的计算；对数据进行随机乱序应使用random标准库中的shuffle()函数；从给定数据集中随机选择元素应使用random标准库中的choice()函数；等等。

四、教学内容

第1章 Python概述

1.1 Python是这样一种语言

教学重点：Python的命令式编程和函数式编程。

1.2 Python版本之争

教学重点：系统环境变量的设置。

1.3 Python编程规范与代码优化建议

教学重点：缩进，空格与空行，不同数据类型的选择对程序运行效率的影响。

1.4 Anaconda3开发环境的安装与使用

1.5 安装扩展库的几种方法

教学重点：熟练使用pip安装和管理Python扩展库。

1.6 标准库与扩展库中对象的导入与使用

教学重点：三种导入方法之间的区别。

1.7 __name__属性的作用

教学重点：不同方式使用Python程序时__name__属性的值。

第2章运算符、表达式与内置对象

2.1 Python常用内置对象

教学重点：不需要事先声明变量名及其类型，变量命名规范，数字、字符串、列表、元组、字典、集合的简单使用，数字大小无限制。

2.2 Python运算符与表达式

教学重点：同一个运算有不同含义，关系运算符和逻辑运算符的惰性求值特点。

2.3 Python关键字简要说明

2.4 Python常用内置函数用法精要

教学重点：很多函数有基本用法和高级用法，注意这些函数的可选参数；理解函数式编程的模式。

教学难点：函数式编程。

2.5 精彩案例赏析

第3章详解Python序列结构

3.1 列表

教学重点：列表对象的创建与删除，其他类型到列表的转换，内置range()，使用+运算符、append()方法、extend()方法、insert()方法为列表增加元素，使用del命令、pop()方法、remove()方法删除列表元素，使用下标访问列表元素，使用index()方法获取列表元素下标，使用count()方法获取列表元素出现次数，有序序列的双向索引，使用成员资格判断运算符in判断列表中是否存在指定元素，使用切片访问、修改、删除、增加列表元素，列表排序方法sort()与内置排序函数sorted()以及列表逆序方法reverse()与内置逆序函数reversed()，len()、max()、min()、sum()、zip()、enumerate()等内置函数对列表对象的操作，使用列表推导式快速生成列表。

教学难点：自动内存管理，切片操作，列表推导式，排序方法的key参数。

3.2 元组

教学重点：元组对象的创建与删除，其他类型到元组的转换，元组与列表的区别，生成器推导式。

教学难点：元组与列表的区别，元组的不可变特点，生成器表达式与列表推导式的效率比较。

3.3 字典

教学重点：字典对象的创建与删除，字典元素、键、值的访问方法，字典元素的添加与修改，使用字典对象的get()方法获取指定键对应的值，有序字典对象的使用，使用字典来计数，有序字典。

教学难点：字典对象的get()方法，访问字典对象时可以使用键作为下标，字典对象的键必须为不可变对象。

3.4 集合

教学重点：集合对象的创建与删除，其他类型数据到集合的转换，使用add()方法为集合增加元素，使用pop()和remove()方法删除元素，使用clear()方法清空集合，集合的并、交、差以及对称差等运算，使用集合来提取序列中的唯一元素。

教学难点：Python运算符的多重含义，集合运算。

3.5 序列解包的多种形式和用法

教学重点：序列解包的本质——对多个变量同时赋值；序列解包的要求——等号右侧值的数量与等号左侧变量的数量一致。

教学难点：多个变量同时赋值。

第4章程序控制结构

4.1 条件表达式

教学重点：Python关系运算符可以连用，枚举序列元素时多使用成员测试运算符in，算数运算符/和//的区别，任何合法的Python表达式都可以作为条件表达式，False、0（或0.0、0j等）、空值None、空列表、空元组、空集合、空字典、空字符串、空迭代对象作为条件表达式与False等价。

教学难点：关系运算符可以连用，Python中的False等价值，几乎所有Python表达式都可以作为条件表达式来使用。

4.2 选择结构

教学重点：单分支选择结构、双分支选择结构、多分支选择结构、选择结构的嵌套，条件表达式后必须有冒号且换行缩进后开始写代码块，elif关键字表达else if的意思。

教学难点：缩进体现代码的业务逻辑。

4.3 循环结构

教学重点：for循环、while循环，range对象在循环中的使用，成员测试符in与序列解包在循环语句中的使用，带有else子句的循环结构，循环代码的优化，break与continue语句的作用。

教学难点：带有else子句的循环结构，循环代码的优化。

4.4 精彩案例赏析

教学重点：体会Pythonic的含义，感受Python程序的美。

第5章函数

5.1 函数定义与使用

教学重点：Python函数的定义形式，def关键字，不需要声明函数的参数类型和返回值类型，括号不可以省略，冒号必须有。函数嵌套定义。函数递归调用。

5.2 函数参数

教学重点：形参与实参的概念，在函数内部直接修改形参不会影响实参。位置参数、默认值参数、关键参数和长度可变参数的用法。传递参数时的序列解包。

5.3 变量作用域

教学重点：在函数内如果只引用某个变量的值而没有为其赋新值，该变量为（隐式的）全局变量；如果在函数内任意位置有为变量赋新值的操作，该变量即被认为是（隐式的）局部变量，除非在函数内显式地用关键字global进行声明。

教学难点：局部作用域与全局作用域的区别，在函数内部定义全局变量的方法。

5.4 lambda表达式

教学重点：使用lambda表达式声明匿名函数和命名函数，在lambda表达式中调用函数，把lambda表达式作为函数参数。

教学难点：lambda表达式作为其他函数的参数。

5.5 生成器函数设计要点

教学重点：yield语句和return语句的区别，生成器对象的惰性求值特点。

教学难点：生成器对象的惰性求值。

5.6 精彩案例赏析

第6章面向对象程序设计

6.1 类的定义与使用

教学重点：Python类的定义，class关键字，创建对象的方法，通过对象访问成员的方法。

6.2 数据成员与成员方法

教学重点：私有成员与公有成员，数据成员与成员方法，类方法与静态方法，属性的定义与使用，混入机制。

6.3 继承与多态

教学重点：继承的作用与Python实现，多态的概念。

6.4 特殊方法与运算符重载

教学重点：构造函数__init__()，析构函数__del__()，__add__()、__mul__()、__pow__()及其他Python类特殊方法与运算符的对应关系。

教学难点：特殊方法与运算符及内置函数的对应关系。

6.5 精彩案例赏析

第7章字符串

7.1 字符串编码格式简介

教学重点：ASCII、UTF8、GBK的区别。

7.2 转义字符与原始字符串

教学重点：转义字符的用法，字符串前面加字母r的含义。

7.3 字符串格式化

教学重点：format()方法，格式化的字符串常量。

7.4 字符串常用操作

教学重点：使用find()、index()、count()等方法以及关键字in确定字符串中是否包含另一个字符串，使用split()、partition()方法对字符串进行切分，使用join()方法连接字符串，使用replace()、translate()对字符串进行“修改”，使用strip()方法删除字符串开始、结束或两侧的指定字符，使用lower()、upper()、capitalize()、title()、swapcase()等方法进行大小写转换，使用startswith()、endswith()方法测试字符串是否以另一个字符串开始或结束，使用center()、ljust()、rjust()等方法对字符串进行排版。

7.5 字符串常量

7.6 中英文分词

教学重点：Python扩展库jieba和snownlp的用法。

7.7 汉字到拼音的转换

教学重点：Python扩展库pypinyin的用法。

7.8 精彩案例赏析

第8章正则表达式（选讲）

8.1 正则表达式语法

教学重点：正则表达式基本语法与扩展语法，常用正则表达式的写法。

8.2 直接使用正则表达式模块re处理字符串

教学重点：compile()、match()、search()、findall()、split()、sub()、escape()等re模块常用方法。

8.3 使用正则表达式对象处理字符串

教学重点：正则表达式对象方法的用法。

8.4 match对象

教学重点：match对象方法的用法。

8.5 精彩案例赏析

第9章文件内容操作

9.1 文件操作基本知识

教学重点：文本文件与二进制文件的概念与访问方法的区别，文件对象，open()方法以及flush()、close()、read()、readline()、readlines()、tell()、write()、writelines()等常用方法，上下文管理语句with的优点与用法。

教学难点：文件操作三步骤：打开文件、操作文件、关闭文件。

9.2 文本文件基本操作案例精选

教学重点：文本文件读写方法，read()、write()、seek()等文件对象常用方法的运用。

9.3 二进制文件操作案例精选

教学重点：二进制文件读写方式，对象序列化，pickle、struct、shelve等模块的用法，Excel、Word等常见类型文件的操作。

第10章文件与文件夹操作

10.1 os模块

教学重点：文件夹遍历。

10.2 os.path模块

教学重点：路径类型判断，路径连接，获取文件属性。

10.3 shutil模块

教学重点：复制文件，压缩与解压缩，删除目录树。

10.4 精彩案例赏析

第11章异常处理结构与单元测试（选讲）

11.1 异常处理结构

教学重点：异常的概念与表现形式，Python内置异常类层次结构，常见异常处理结构，断言与上下文管理语句。

11.2 单元测试

教学重点：单元测试的意义和目的，标准库unittest的用法。

第12章数据库应用开发（选讲）

12.1 使用Python操作SQLite数据库

教学重点：sqlite3模块基本用法，Connection对象，Cursor对象，常用SQL语句。

12.2 使用Python操作其他关系型数据库

教学重点：Access、SQL Server、MySQL等数据库的接口。

12.3 操作MongoDB数据库

教学重点：NoSQL的含义，MongoDB数据库的配置和使用。

第13章数据分析与科学计算可视化（选讲）

13.1 扩展库numpy简介

教学重点：数组运算，矩阵运算。

13.2 科学计算扩展库scipy

教学重点：constants模块，special模块，signal模块，ndimage模块。

13.3 扩展库pandas简介

教学重点：DataFrame基本操作，缺失值、重复值、异常值处理，数据差分，读写文件。

13.4 统计分析标准库statistics用法简介

13.5 matplotlib

教学重点：绘制折线图、散点图、饼状图、柱状图，设置图例，绘制三维图形。

13.6 创建词云

教学重点：扩展库wordcloud的用法。

五、教学课时分配

教学课时分配表（参考）

章节名称	课堂学时	实验学时
第1章 Python概述	2
第2章运算符、表达式与内置对象	4	2
第3章 Python数据结构	6	2
第4章程序控制结构	4	2
第5章函数	4	2
第6章面向对象程序设计	4
第7章字符串	6	2
第8章正则表达式（选讲）	2
第9章文件内容操作	4	2
第10章文件与文件夹操作	2
第11章异常处理结构与单元测试（选讲）	1
第12章数据库应用开发（选讲）	3	2
第13章数据分析与科学计算可视化（选讲）	6	2
合计	48	16