2. 素养目标

二、教学中应注意的问题

三、教学内容与教学重点

第1 章 Python开发环境搭建与使用

第2 章 内置类型、内置函数与运算符

第3 章 程序控制结构

第4 章 列表、元组

第5 章 字典与集合

第6 章 字符串

第7 章 函数定义与使用

第8 章 基于文件和设备的数据采集

第9 章 基于SQLite数据库的数据采集

第10 章 基于网页的数据采集

四、各章节课时分配

五、教材、参考书目与在线练习平台

课程名称：Python 程序设计/Python数据采集 课程编号：

课程性质：限制性选修考核方式：考查

建议学时：32+32 或48+16

前导课程：无

适用专业：计算机科学与技术、数据科学与大数据技术等相关专业

一、总体教学目标和要求

1.能力目标

1） 能够熟练搭建Python开发环境，了解Python 编码规范；

2） 熟练使用Python 的函数式编程模式，能够编写出优雅的Python程序；

3） 熟练运用Python 内置函数与运算符、列表、元组、字典、集合、字符串等基本数据类型以及推导式、切片、序列解包等语法来解决实际问题；

4） 熟练掌握Python 选择结构、循环结构、异常处理结构的语法和应用，能够编写鲁棒性较强的程序；

5） 熟练掌握函数设计有关内容，具备一定的代码复用和设计复用能力；

6） 熟练使用字符串对象方法以及运算符、内置函数、部分标准库函数和扩展库对字符串的操作；

7） 熟练掌握文本文件与常见类型的二进制文件操作，熟练掌握文件夹遍历的方法；

8） 熟练掌握从文本文件、Word 文件、Excel文件、PowerPoint文件、PDF文件、图像文件、音频文件、视频文件等不同类型文件中采集数据的技术；

9） 熟练掌握从麦克风、扬声器、摄像头、温度湿度传感器等不同类型设备中采集数据的技术；

10） 熟练掌握从SQLite 数据库中采集数据的相关技术；

11） 熟练掌握从网页上采集文字、图像、文件等不同类型数据的技术；

12） 具有一定的代码调试与集成能力，具有较强的学习能力、资料查阅能力和代码阅读能力，具有一定的代码优化与安全编程意识和能力。

2. 素养目标

1）培养学生关注程序设计语言的发展现状与前景；

2）培养学生动手能力和探索精神；

3）引导学生遵守标识符命名规范、接口定义与调用规范、数据采集规范；

4）培养学生优化代码、复用代码的意识；

5）培养学生编写优雅代码的习惯和意识；

6）培养学生学以致用的习惯和意识；

7）培养学生精益求精的工匠精神；

8）引导学生遵守大数据伦理学与相关职业道德；

9）培养学生团队协作能力和交流沟通能力；

10）培养学生的民族责任感、社会责任感和家国情怀。

二、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要优雅、简洁、直观。除了保证功能正确和适当优化之外，同时还应保证代码具有较强的可读性和可维护性。

在教学过程中需要特别注意的是，不要使用其他编程语言的思维去理解和使用Python ，不要在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，保证代码的优雅、简洁，让代码更加Pythonic。

Python 是以快速解决问题为目的的编程语言，教学过程中不建议在语言细节和内置对象、标准库对象实现原理上花费太多时间，尤其不要纠结内存管理的问题。使用Python 编程解决问题应充分借鉴和使用成熟的内置对象、标准库对象和扩展库对象，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，在开发速度和运行速度之间达到最佳平衡。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、冒泡法排序、快速排序算法或堆排序等排序算法来编写代码实现；如果要测试一段代码的运行时间，应使用标准库time或timeit中的有关函数；要测试一个年份是否为闰年，应使用calendar标准库中的isleap函数；词频统计推荐使用标准库collections中的Counter类；组合、排列推荐使用标准库itertools中的combinations和permutations函数；要进行编写爬虫程序，建议使用标准库urllib或扩展库requests、bs4、scrapy；中文分词推荐使用扩展库jieba；拼音处理推荐使用pypinyin；视频处理推荐使用moviepy。

授课过程中，应把主要精力放在解决问题的代码实现原理和调试分析上。例如，讲解操作docx 格式文件的案例时应讲清楚Word和WPS这两个软件创建的文件内部实现有什么区别，然后再讲解代码，要让学生理解为什么要这样写。在讲解网络爬虫程序时，要让学生理解程序代码和网页源代码之间的对应关系，以及网页源代码发生改变时如何修改爬虫程序代码，采集另一个同类网站的数据时如何修改爬虫程序代码。讲解所有案例时，尽量不给学生源码，而是让学生自己输入代码运行程序，发生错误时引导学生阅读提示信息、定位错误位置、修改代码，让学生充分思考。

三、 教学内容与教学重点

第1 章 Python开发环境搭建与使用

1.1 Python 语言特点与应用领域

教学内容：Python 语言的特点，Python语言的应用领域。

授课方式：讲授。

习题：简答题1 、2，选择题5，判断题3

1.2 Python 安装与IDLE简单使用

教学内容：安装Python 官方解释器和开发环境IDLE，IDLE 交互模式和程序模式的使用，在IDLE中运行程序的方式。

教学重点：IDLE 交互模式和程序模式的使用。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：操作题1 ，选择题4

1.3 在PowerShell或命令提示符环境运行Python程序

教学内容：系统变量Path 的设置，运行Python程序的不同方式。

教学重点：在PowerShell 和命令提示符环境运行Python 程序。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：判断题1

1.4 安装扩展库

教学内容：内置模块、标准库、扩展库的基本概念，在线、离线安装扩展库，安装扩展库过程中的常见问题与解决方法。

教学重点：在线安装扩展库，离线安装扩展库，设置国内源提高下载速度。

教学难点：设置国内源提高下载速度。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题1 、2、5，判断题2，操作台2

1.5 标准库、扩展库对象的导入与使用

教学内容：导入和使用标准库、扩展库对象的不同方法及其优劣。

教学重点：几种导入方式的区别和优劣。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题2 、3，选择题3，判断题5

1.6 Python 代码编写规范

教学内容：缩进，空行与空格，标识符命名，续行，注释，对象导入，代码优化。

教学重点：缩进，标识符命名。

授课方式：讲解+演示。

思政元素：职业素养、行业规范、契约精神、团队合作能力、沟通能力。

习题：选择题1 、2，判断题4，简答题3

第2 章 内置类型、内置函数与运算符

2.1 常用内置类型

教学内容：整数、实数、复数、列表、元组、字典、集合、字符串、函数等基本概念与简单使用。

授课方式：讲解+演示+练习。

习题：判断题1 、3、5、6、7、8

2.2 运算符与表达式

教学内容：算术运算符、关系运算符、成员测试运算符、集合运算符、逻辑运算符、下标运算符与属性访问运算符、赋值运算符，功能与语法。

教学重点：各运算符功能。

教学难点：逻辑运算符、关系运算符、元素测试运算符的惰性求值特点。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题1~10 ，选择题4，判断题10

2.3 常用内置函数

教学内容：input 、print、dir、help、range、类型转换函数、max、min、len、sum、sorted、reversed、zip、enumerate、next、map、reduce、filter，函数语法与功能。

教学重点：内置函数语法与功能，函数式编程模式。

教学难点：内置函数sorted、max、min的key参数，max、reduce、filter对函数式编程模式的支持，reversed、zip、enumerate、map、filter等函数返回的迭代器对象的惰性求值特点。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：选择题1 、2、3、5，判断题2、4、9

2.4 综合例题解析

教学内容：本节全部例题。

授课方式：讲解+练习。

习题：程序设计题1~4

第3 章 程序控制结构

3.1 条件表达式

教学内容：表达式的概念，表达式与True/False 的等价关系。

教学重点：表达式与True/False 的等价关系。

授课方式：讲授。

习题：填空题1 、2，选择题4，判断题1

3.2 选择结构

教学内容：单分支选择结构、双分支选择结构、多分支选择结构、嵌套选择结构的语法与应用。

教学重点：代码缩进。

授课方式：讲解+演示+练习。

习题：判断题3 、8

3.3 循环结构

教学内容：for 循环结构、while循环结构、break与continue语句。

教学重点：else 关键字的应用场景，使用for循环遍历可迭代对象，break语句对循环结构执行流程的影响。

教学难点：带else的循环结构执行流程。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

思政元素：精益求精，从代码优化到工匠精神。

习题：填空题3 、4、5、6，选择题1、2、5，判断题4

3.4 异常处理结构

教学内容：常见异常表现形式、异常处理结构语法与应用。

教学重点：常见异常表现形式、异常处理结构语法。

授课方式：讲解+演示。

思政元素：避免让异常暴露在终端用户面前，没有被处理的异常应转换为提示信息告诉用户接下来应该怎么做，避免给终端用户造成困扰。注重高效沟通。

习题：选择题3 、6，判断题2、5、6、7

3.5 综合例题解析

教学内容：本节全部例题。

授课方式：讲解+练习。

习题：程序设计题1~5

第4 章 列表与元组

4.1 列表

教学内容：列表创建与删除、列表元素访问、列表常用方法、列表对象支持的运算符、内置函数对列表的操作，列表推导式语法与应用，使用切片访问列表、元组、字符串中部分元素。

教学重点：列表常用方法，运算符和内置函数对列表的操作，切片。

教学难点：双向索引，浅复制与深复制的区别。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题1~6 、8，选择题1~5、7、8，判断题1、4、5、6

4.2 元组

教学内容：元组创建、元组方法与常用操作、元组与列表的区别、生成器表达式语法。

教学重点：元组与列表的区别，生成器对象的概念与使用。

教学难点：元组的元素数量和引用不可变，生成器对象具有惰性求值的特点，生成器对象中的每个值只能使用一次。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题7 ，判断题2、3、7、8、9、10

4.3 序列解包

教学内容：序列解包的语法和应用。

教学重点：等号左侧变量的数量和等号右侧值得数量必须相同，且所有变量的赋值是同时进行的。

教学难点：多个变量的赋值是同时进行的。

授课方式：讲解+演示。

习题：选择题6

4.4 综合例题解析

教学内容：本节全部例题。

授课方式：讲解+练习。

习题：程序设计题1~6

第5 章 字典与集合

5.1 字典

教学内容：创建字典的几种形式、字典常用方法。

教学重点：字典对象的get 方法，使用下标为字典赋值的两种含义。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题1~5 、13、14，选择题2、3、6、7、10、11、12，判断题1~5、7、8、15

5.2 集合

教学内容：创建集合的几种形式、集合常用方法。

教学重点：集合内元素不重复，且必须可哈希。

授课方式：讲解+练习。

习题：填空题6~12 、15，选择题1、4、5、8、9、13、14、15，判断题6、9~14

5.3 综合例题解析

教学内容：本节全部例题。

授课方式：讲解+练习。

习题：程序设计题1~5

第6 章 字符串

6.1 字符串方法及应用

教学内容：字符串编码与字节串解码、字符串格式化、find 、rfind、index、rindex、split、rsplit、splitlines、join、replace、maketrans、translate、center、ljust、rjust、字符串测试、strip、rstrip、lstrip、removeprefix、removesuffix。

教学重点：字符串所有方法都不修改原字符串。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题1~16 ，选择题1~8，判断题1~15

6.2 部分扩展库对字符串的处理

教学内容：中英文分词、中文拼音处理。

授课方式：讲解+练习。

6.3 综合例题解析

教学内容：本节全部例题。

授课方式：讲解+练习。

习题：程序设计题1~4

第7 章 函数定义与使用

7.1 函数定义与调用

教学内容：函数定义与调用基本语法、递归函数定义与调用、函数嵌套定义与调用，实参与形参的概念。

教学重点：普通函数的定义与调用语法，递归函数的执行过程。

思政元素：从函数定义与调用到接口定义再到契约精神。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题1 、2，选择题1、2，判断题3、10

7.2 函数参数

教学内容：位置参数、默认值参数、关键参数、可变长度参数，实参解包。

教学重点：几种形式的函数参数传递方式，调用函数时是把实参的引用传递给形参。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题6 、10，选择题3、4、5，判断题1、2、5、7

7.3 变量作用域

教学内容：变量作用域的分类，作用域的搜索顺序。

教学重点：作用域的搜索顺序。

授课方式：讲解+演示。

习题：填空题7 ，判断题4、6、8

7.4 lambda 表达式语法与应用

教学内容：lambda 表达式的功能，lambda表达式的应用场合。

教学重点：lambda 表达式的功能，lambda表达式的应用场合。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题3 、4、5、8、9，选择题6

7.5 生成器函数定义与使用

教学内容：yield 语句的作用，生成器函数与普通函数的区别。

教学难点：生成器函数的返回值是生成器对象。

授课方式：讲解+演示。

习题：判断题9

7.6 综合例题解析

教学内容：本节全部例题。

授课方式：讲解+练习。

思政元素：在例7-4的演示字符串中使用“雾锁山头山锁雾”类似的回文，引导学生发现中文的美与博大精深；讲解例7-9的秦九韶算法时，适当展开介绍我国古代和现代的成就。

习题：程序设计题1~5

第8 章 基于文件和设备的数据采集

8.1 文本文件操作与二进制文件内容操作

教学内容：内置函数open 、文件对象常用方法、上下文管理语句with、文本文件操作例题解析。

教学重点：内置函数open 的参数file、mode和encoding，读写文件内容时会自动修改文件指针的位置，使用关键字with管理文件对象的用法。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题1~4，选择题1、2、3、7、8、9，判断题1~7，程序设计题1

8.2 文件级与文件夹级操作

教学内容：标准库os 、os.path、shutil中的常用成员、文件夹操作例题解析。

教学重点：遍历目录树。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题5~16，程序设计题2

8.3 Word 、Excel、PowerPoint、PDF文件内容读取

教学内容：Word 、Excel、PowerPoint、PDF等不同类型文件内容的读取，采集需要的数据。

教学难点：文件结构分析。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题17，选择题4、5、6，判断题8、9、10，程序设计题3、4

8.4 图像、音频、视频等文件数据采集

教学内容：从图像文件、音频文件、视频文件等不同类型的多媒体文件中采集数据。

教学重点：相关扩展库安装和使用。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：程序设计题5

8.5 麦克风、扬声器、摄像头、传感器等设备数据采集

教学内容：从麦克风、扬声器、摄像头、温度湿度传感器等不同类型的设备中采集数据。

教学重点：相关扩展库安装和使用。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

思政元素：介绍隐私保护、大数据伦理学的有关内容。

习题：程序设计题6

第9 章 基于SQLite数据库的数据采集

9.1 SQLite 数据库基础

教学内容：介绍SQLite 数据库特点、适用场景等基础知识。

授课方式：讲授。

习题：选择题1、2、9，判断题5、6

9.2 标准库sqlite3用法简介

教学内容：转换Python 函数为SQL函数的方法，Connection对象、Cursor对象的用法，执行SQL语句的不同方法，为SQL语句传递参数的不同形式。

教学重点：为SQL 语句传递参数的不同形式。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题1~7，判断题1、2、3、4、7、8、9

9.3 常用SQL语句

教学内容：CREATE TABLE ，DROP TABLE，INSERT INTO，SELECT，UPDATE，DELETE等不同SQL语句的语法与功能。

授课方式：讲授。

习题：填空题8，选择题3~8

9.4 综合例题解析

教学内容：查询数据库中用户表记录数量，从数据库中导出数据并写入Excel 文件，数据库备份。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题9，程序设计题

第10 章 基于网页的数据采集

10.1 HTML 基础

教学内容：常用HTML 标签含义，网页源代码阅读方式，动态网页提交参数方式GET和POST的区别。

教学重点：网页源代码阅读方式，动态网页提交参数方式GET 和POST的区别。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：选择题7~13，判断题1、2，判断题22，简答题1

10.2 使用标准库urllib和正则表达式re模块编写网络爬虫程序

教学内容：正则表达式基本语法，常用正则表达式元字符含义，标准库re 常用函数功能和语法，使用urllib读取网页源代码，使用正则表达式采集指定内容，常见反爬机制与对抗。

教学重点：使用urllib 读取网页源代码，使用正则表达式采集指定内容，常见反爬机制与对抗。

教学难点：网页源代码阅读与分析，正则表达式与网页源代码之间的对应关系。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

思政元素：告诫学生不可滥用爬虫技术，举例说明滥用的严重后果。尊重知识产权，遵守职业道德和行业规范，不滥用技术。《刑法》第二百一十七条，《刑法》第二百五十三条。

习题：填空题1~5，选择题1、2、14、15，判断题3~8、23，简答题2，程序设计题1

10.3 使用扩展库requests和bs4编写网络爬虫程序

教学内容：使用扩展库requests 读取网页源代码，使用扩展库bs4提取网页源代码中的指定内容。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题6，判断题9、10、11，程序设计题3

10.4 使用扩展库Scrapy编写网络爬虫程序

教学内容：使用扩展库Scrapy 编写爬虫项目，采集网页源代码，XPath选择器与CSS选择器语法。

教学重点：XPath 选择器与CSS选择器语法。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

习题：填空题7~10，选择题3~6，判断题12~21，程序设计题2

10.5 使用扩展库Selenium和MechanicalSoup编写网络爬虫程序

教学内容：借助百度搜索引擎，控制浏览器。

授课方式：讲解+演示+ 练习。

四、各章节课时分配

教学课时分配表（参考）

五、教材、参考书目与在线练习平台

主教材：

1. 董付国. 《Python程序设计与数据采集》（ISBN：9787115611833），人民邮电出版社，2023.5

实验教材：

2. 董付国. 《Python程序设计实验指导书》（ISBN：9787302525790），清华大学出版社

在线练习平台：

1.Python “Python小屋”发送消息“小屋刷题”下载。

其他参考资源：

1. 微信公众号：Python 小屋

2. 董付国编著.Python 数据分析、挖掘与可视化（慕课版）[M].北京：人民邮电出版社,2020

3. 董付国编著.Python 程序设计（第3版）[M].北京：清华大学出版社,2020

4. 董付国编著.Python 程序设计基础（第3版）[M].北京：清华大学出版社,2022

5. 董付国著.Python 程序设计基础与应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社,2022

6. 董付国著.Python 网络程序设计[M].北京：清华大学出版社,2021

7. 董付国著.Python 程序设计入门与实践[M].西安：西安电子科技大学出版社,2021

8. 董付国著.Python 数据分析与数据可视化[M].北京：清华大学出版社，2023

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