《Python程序设计基础与应用（第3版）》教学大纲

一、课程简介课程名称：Python程序设计基础与应用课程编号：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或32+32二、教学目的和要求通过本课程的学习，使得学生能够理解Python的编程规范与编程模式，熟练运用内置函数、列表、元组、字典、集合、字符串等基本数据类型以及列表推导式、切片等语法来解决实际问题，熟练掌握Python分支结构、循环结构、异常处理结构、函数设计与使用，了解正则表达式基本语法和使用，熟练使用Python读写文本文件与二进制文件，了解Python程序的调试方法，了解Python面向对象程序设计基础知识，熟练使用Python编写网络爬虫程序，熟练掌握pandas数据处理的基本用法，熟练掌握matplotlib数据可视化的用法，熟练掌握Python调用智谱清言、DeepSeek等AI大模型的方法并能够借助于AI大模型进行辅助编程，了解使用tkinter进行图形用户界面设计的方法，了解Python操作SQLite数据库的方法，了解使用Flask和Django开发网站的方法。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，充分利用高级数据类型自身支持的操作，充分利用标准库和扩展库，尽快解决问题。不建议在内存管理等底层语言细节上花费太多时间。引导学生在实现预定功能要求之后，养成优化代码的习惯和意识，尽量降低程序的时间复杂度和空间复杂度，并考虑程序的健壮性、容错性和安全性。使得程序在不正常的环境和条件下仍能有相对正常的表现，并对可能的黑客攻击手段进行一定程度的防范。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，多使用函数式编程模式，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，尽量避免自己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，同时还能保证代码质量。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，没有必要再自己使用选择法排序、冒泡法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，不要再自己编写辗转相除法代码；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()、choices()或sample()函数；判断年份是否闰年应使用标准库calendar中的isleap()函数；生成组合和排列应使用标准库itertools中的combinations()和permutation()函数；数据分析与处理时尽量使用扩展库Pandas中的功能，数据可视化与科学计算可视化时尽量使用Matplotlib或其他类似扩展库中的功能，网站开发时尽量使用Flask、Django或类似扩展库中的功能，以此类推。教学和应用开发过程中，还应注意一些函数和方法的高级用法。例如，内置函数sorted()、max()、min()和列表方法sort()都可以指定key参数实现自定义排序规则；内置函数int()可以使用第二个参数来指定进制；扩展库pandas中很多方法都支持inplace参数实现原地操作；扩展库matplotlib中的很多函数都支持大量的参数来指定图形的高级属性。在教学过程中，还应注意培养学生一题多解的习惯，多探索和挖掘Python语言的用法。完成一段程序之后，还要多问自己“这段代码还可以怎么写？”“这段代码还可以写的更好吗？”“这段代码中的技术还可以用来做什么？”“这段代码有安全漏洞吗？”，争取写出更优、更妙、更高效、更安全的代码。四、教学内容第1章Python概述1.1Python语言简介教学内容：Python命令式编程和函数式编程的概念，Python语言常见应用领域。习题：11.2Python开发环境的安装与配置教学内容：官方安装包的安装与IDLE使用，Anaconda3的安装与使用，系统环境变量的设置，VSCode+Continue环境配置，TRAE安装与使用。教学重点：IDLE环境的使用。习题：2、4、61.4Python编程规范教学内容：缩进，空格与空行，多行与换行，不同数据类型的选择对程序运行效率的影响。教学难点：代码缩进。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。1.5扩展库安装方法教学内容：使用pip安装和管理Python扩展库，在线安装、离线安装、指定国内源，本机多Python版本的扩展库安装。教学难点：离线安装扩展库，指定国内源，多版本安装。习题：51.6标准库与扩展库中对象的导入与使用教学内容：三种导入方法。教学难点：优先考虑使用from...import...的方式导入对象。思政元素：工匠精神，精益求精。习题：3、71.7Python程序的__name__属性教学内容：不同方式执行Python程序时__name__属性的值。习题：8第2章内置对象、运算符、表达式、关键字2.1Python常用内置对象教学内容：常量与变量的概念，整数、实数、复数，字符串，列表、元组、字典、集合。教学重点：不需要事先声明变量名及其类型，变量动态类型特点，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。教学难点：变量动态类型的特点。2.2Python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。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，复杂表达式中适当使用括号增加代码可读性。教学难点：运算符优先级。思政元素：网上很多关于Python运算符优先级的文章是错的，应查阅官方资料。平时也应养成查阅官方信息的习惯，不轻易相信小道消息，做到不造谣、不信谣、不传谣。思政元素：(1+0.01)**365的值为37.78343433288728，(1-0.01)**365的值为0.025517964452291125。业精于勤荒于嬉，引导学生重视每节课的学习。习题：1、2、3、4、5、10、11、12、18、19、20、212.3Python常用内置函数用法教学内容：类型转换与判断函数，最值与求和函数，基本输入与输出函数，排序与逆序函数，枚举函数，map()、reduce()、filter()函数，range()函数，zip()函数。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，例如max()、min()、sorted()函数的key参数，print()函数的sep和end参数，int()函数的base参数，enumerate()函数的start参数，sum()函数的start参数；理解函数式编程模式和map()、reduce()、filter()这三个函数的使用。教学难点：函数参数的高级用法，函数式编程。习题：6、7、8、9、13、14、15、16、17、222.4Python关键字简要说明教学内容：Python常用关键字含义第3章Python容器对象3.1概述教学内容：容器对象的分类。3.2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、切片。教学重点：列表对象的创建与删除，其他类型到列表的转换，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，切片。教学难点：Python基于值的内存管理方式，切片操作，列表推导式，排序方法的key参数。习题：1、2、3、4、5、8、9、10、14、15、16、19、20、21、24、25、263.3元组与生成器表达式教学内容：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，生成器对象的惰性求值特点。习题：22、233.4字典教学内容：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，使用字典来计数。教学重点：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且不允许重复。教学难点：get()方法，使用下标为字典修改元素和增加元素的用法。习题：7、13、183.5集合教学内容：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。教学重点：并集、交集、差集等集合运算，集合中的元素都是唯一的。教学难点：使用集合快速提取唯一元素。习题：6、12、173.6序列解包教学内容：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：序列解包语法中多个变量赋值的同时性。习题：11第4章选择结构与循环结构4.1条件表达式教学内容：Python关系运算符可以连用，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、空字符串作为条件表达式与False等价。教学重点：关系运算符可以连用，作为条件表达式时与False等价的对象，几乎所有Python表达式都可以作为条件表达式来使用。教学难点：关系运算符连用时表达式的理解。4.2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、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关键字表示elseif的意思。教学难点：代码缩进。习题：134.3循环结构教学内容：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else子句的循环结构，编写多层嵌套的循环语句时应尽量减少内循环中的计算；break与continue语句的作用。教学难点：break和continue语句的作用，带else子句的循环结构，循环代码的优化。教学难点：循环代码的优化。思政元素：代码优化，精益求精，工匠精神。习题：1、2、3、4、10、11、124.4综合案例解析教学重点：体会Pythonic的含义，感受Python程序的美。习题：5、6、7、8、9、14、15第5章函数5.1函数定义与使用教学内容：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。思政元素：从函数定义与调用到接口定义再到契约精神。习题：1、2、3、45.2函数参数教学内容：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与区别。传递参数时的序列解包。教学重点：位置参数、默认值参数、关键参数、长度可变参数的区别。教学难点：调用函数时把实参的引用传递给形参，不建议使用可变对象作为参数默认值。习题：105.3变量作用域教学内容：局部变量与全局变量。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。在函数中任意位置有变量赋值语句则变量为隐式的局部变量，除非已使用关键字global进行声明。5.4lambda表达式教学内容：lambda表达式语法、功能与应用。教学重点：使用lambda表达式声明匿名函数和命名函数，在lambda表达式中可以调用函数，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生成器函数教学内容：生成器函数，生成器对象。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。习题：5、6、7、8、95.6综合案例解析习题：11、12、13第6章面向对象程序设计6.1类的定义与使用教学内容：Python类的定义，class关键字，创建对象，访问对象中的成员。习题：1、96.2数据成员与成员方法教学内容：私有成员与公有成员，数据成员，成员方法，属性。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，self参数与cls参数。习题：5、6、7、86.3继承教学内容：继承的作用与Python实现，在派生类中访问基类中的成员。教学重点：继承是实现设计复用的重要技术。6.4特殊方法教学内容：构造方法__init__()，析构方法__del__()，__add__()、__mul__()、__pow__()及其他Python类特殊方法与运算符或内置函数的对应关系。教学难点：特殊方法与运算符及内置函数的对应关系。习题：2、3、46.5综合案例解析习题：10、11、12第7章字符串7.1字符串概述教学重点：字符串界定符之间可以互相嵌套7.2字符串编码格式教学内容：字符串编码格式。教学重点：ASCII、UTF8、GBK的区别，字节串与字符串之间的互相转换。教学难点：把字符串转换为字节串的意义和作用。7.2转义字符与原始字符串教学内容：常见转义字符，原始字符串的概念与形式。教学重点：转义字符的形式与用法，字符串前面加字母r或R的含义。7.4字符串格式化教学内容：%运算符，format()方法，f-字符串。教学重点：format()方法，f-字符串。教学难点：f-字符串。7.5字符串常用操作教学内容：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lstrip()、rstrip()、strip()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，字符串支持的运算符与内置函数，字符串切片。教学重点：index()、rindex()、split()、join()、lower()、upper()、replace()、maketrans()、translate()、strip()、startswith()、endswith()、center()、ljust()、rjust()方法。教学难点：字符串属于不可变对象，所有涉及修改的方法都是返回处理后的新字符串。习题：1、2、3、4、5、6、7、8、97.6字符串常量教学内容：标准库string中提供的英文字母、数字、标点符号等字符串常量。7.7中英文分词教学内容：Python扩展库jieba和snownlp的安装与使用。思政元素：以习近平总书记“七一讲话”原文为例，演示分词与词频统计技术。7.8汉字到拼音的转换教学内容：Python扩展库pypinyin的安装与使用。7.9精彩案例赏析习题：10、11、12第8章正则表达式8.1正则表达式语法教学内容：正则表达式基本语法与扩展语法。教学重点：常用正则表达式的写法。习题：15、16、17、188.2正则表达式模块re教学内容：compile()、match()、search()、findall()、split()、sub()、escape()等re模块常用函数。教学重点：findall()、sub()。习题：1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、148.3Match对象教学重点：Match对象方法的用法。8.4综合案例解析习题：19、20、21第9章文件与文件夹操作9.1文件的概念与分类教学内容：文本文件与二进制文件的概念和区别。教学难点：二进制文件也可以使用记事本等文本编辑器打开，只是无法正常阅读、理解和修改。9.2文件操作基本知识教学内容：open()函数的file、mode、encoding参数，文件对象的flush()、close()、read()、readline()、readlines()、tell()、write()、writelines()等常用方法，上下文管理语句with的作用与用法。教学重点：文件对象的encoding参数，文件对象的read()、write()方法，with关键字。教学难点：读写文件内容时会自动修改文件指针当前位置。9.3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。教学难点：在读写文件的同时会修改表示当前位置的文件指针。习题：1、29.4文件夹操作教学内容：标准库os、os.path、shutil。教学重点：listdir()函数返回的列表中不包含子文件夹中的内容。listdir(path)函数返回的列表中的路径都是相对于参数path的相对路径，如果参数path不是当前文件夹，那么listdir(path)返回的列表中的路径都无法直接访问。listdir()函数返回的列表中的字符串是按字符串转换为大写或小写之后的Unicode编码升序排序的。如果需要的话（例如按文件名编号升序排序后导入其他文件或系统），可以对列表中的字符串进行排序之后再使用。习题：5、6、7、89.5Excel与Word文件操作案例教学内容：Excel、Word等常见类型文件的操作。习题：3、4第10章异常处理结构10.1异常的概念与常见表现形式教学内容：异常的概念与表现形式。教学重点：如何编写健壮性强的代码。10.2常用异常处理结构教学内容：try...except...、try...except...else...、try...except...finally...，带多个except子句的异常处理结构教学难点：异常处理结构本身的代码也可能会出错并抛出异常。10.3断言语句与上下文管理语句教学内容：关键字assert和with的作用与用法。教学重点：with语句在文件操作、数据库连接等方面的应用。习题：1、2、3、4第11章网络爬虫入门与应用11.1HTML与JavaScript基础教学内容：HTML常用标签，JavaScript语法基础、事件、常用对象。教学重点：HTML常用标签。习题：1、211.2urllib基本应用与爬虫案例教学内容：标准库urllib的应用。教学重点：urlopen()函数，Request类，提交网页参数，自定义请求对象的头部。思政元素：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：3、411.3scrapy爬虫案例教学内容：scrapy爬虫程序编写流程，选择器应用。教学重点：XPath选择器与CSS选择器。习题：6、7、8、911.4BeautifulSoup用法简介教学内容：代码补全，HTML代码解析，获取标签内容或属性。11.5requests基本操作与爬虫案例教学内容：requests基本操作与应用。习题：5、10、11、1211.6使用大模型和智能体采集网页数据教学内容：使用豆包、DeepSeek大模型采集和分析数据第12章Python数据分析与处理12.1数据分析与处理概述教学内容：数据分析与处理的意义与应用领域。12.2Pandas基本操作教学内容：创建Series与DataFrame对象，查看统计信息，排序，数据选择与筛选，数据修改，异常值、重复值、缺失值的处理，数据离散化，移位与频次统计，拆分与合并，分组与聚合，数据差分，读写文件。教学重点：数据筛选，异常值、重复值、缺失值处理，分组与聚合，数据差分。思政元素：在分析数据时应选择真实可靠的数据来源，保证分析结果的正确。思政元素：修改数据时必须有充分且经过严格论证的理由，不可滥用技术。习题：1至2912.3Pandas应用案例习题：30、31、3212.4AI辅助数据分析应用案例教学内容：使用AI分析小区业主用水数据第13章数据可视化13.1matplotlib简介教学内容：使用pylab和pyplot绘图的一般过程。13.2绘制折线图教学内容：绘制折线图的原理，设置中文标签、标题，设置图例。习题：1、25、2613.3绘制散点图教学内容：绘制散点图的原理，设置散点位置、符号形状、颜色、大小。习题：2、6、7、8、9、2713.4绘制饼状图教学内容：绘制饼状图的原理，设置饼心位置、半径、扇形颜色、标签、裂出效果、起始角度、百分比显示格式、阴影效果，pie()函数参数含义与应用。习题：4、16、17、1813.5绘制柱状图教学内容：绘制柱状图的原理，设置柱的宽度和位置、内部填充、边线属性，绘制文本显示柱的高度。思政元素：本节例题“集体过马路”根据网上的“中国式过马路”改编而来，原名具有一定的歧视性，实际上案例描述的现象在所有国家都是存在的。案例改编为“集体过马路”，培养学生的家国情怀，要处处维护国家声誉和尊严。习题：3、10、11、12、2813.6绘制雷达图教学内容：绘制雷达图的原理，创建极坐标系，polar()、thetagrids()、fill()函数的应用。习题：513.7绘制箱线图教学内容：绘制箱线图的原理，箱线图属性设置，中值、离群点的绘制。13.8绘制三维图形教学内容：创建三维坐标系，三维曲线、曲线与柱状图的绘制。习题：2913.9切分绘图区域教学内容：subplot()函数参数的含义与应用。习题：19、22、2313.10设置图例教学内容：legend()函数参数的含义。13.11设置坐标轴刻度距离和文本教学内容：xticks()与yticks()函数参数的含义。习题：13、14、15、20、21、24、3013.12绘制交互式图形教学内容：绘制交互式图形，鼠标按下、移动、抬起等事件的响应与处理13.13绘制动态图形教学内容：绘制动态图形，动画制作原理，保存动画为GIF文件。第14章AI大模型应用14.1调用DeepSeek大模型接口教学内容：DeepSeek大模型简介与常用参数含义，使用扩展库openai、requests、deepseek和标准库http.client、urllib调用DeepSeek大模型的方法。思政元素：国产大模型的发展轨迹与创新亮点习题：1、2、3、4、5、614.2调用“智谱清言”大模型接口教学内容：批量检查Excel文件中的题库答案，图像生成与文字识别，根据图片和文字生成视频并自动下载习题：7、8第15章其他常见领域应用15.1tkinter图形用户界面设计教学内容：tkinter应用程序开发基本流程，设计用户登录界面，选择类组件应用，抽奖游戏，电子时钟，汉语拼音与词组学习软件，生成自动跳转到网页的二维码，旋转图片式验证码习题：1、2、3、4、5、10、11、1215.2SQLite数据