项目驱动下的Python 编程教学：创新思维与实践能力的协同培养

1 概述

在信息技术快速发展的时代，编程能力已成为高等教育培养学生综合素质的重要组成部分 [1]。Python 作为一种易学易用、功能强大的编程语言，在人工智能（AI）、数据分析等多个领域具有广泛的应用。目前许多高校的 Python 课程仍然采用传统的课堂讲授方式，学生主要通过完成课后习题和小型实验来掌握基本语法和算法。这种教学模式存在以下问题：（1）缺乏实际应用场景：学生主要通过代码练习来学习编程，但缺乏实际应用背景，导致其对编程的理解局限于语法层面，难以形成创新思维。（2）创新能力培养不足：教学内容以知识传授为主，缺少实践和探索环节，难以激发学生的创新能力。（3）团队协作能力欠缺：传统编程课程多为个人完成任务，缺乏团队合作的机会，而现实开发环境往往要求团队协作。（4）学习兴趣难以持续：编程学习初期往往较枯燥，部分学生由于缺乏实践应用的驱动，容易失去兴趣，影响学习效果。

然而，传统的编程教学往往过于侧重理论知识的讲解，而忽视了学生创新能力和实践能力的培养 [2]。如何通过教学改革，提升学生在Python 编程学习中的创新能力，成为当前高校计算机教学改革的重要研究方向。本研究依托大学生创新创业项目探索如何在 Python 编程教学中结合实际应用，以项目驱动的方式提升学生的创新能力和团队协作能力 [3]。通过项目实践，使学生在真实问题背景下学习编程，提高其解决实际问题的能力，同时激发其对 AI 技术的兴趣。本研究不仅有助于提升学生的编程技能，还能为高校 Python 教学改革提供实践经验和理论支持。

2 Python 编程教学中学生创新能力的重要性

2.1 Python 的优势

Python 作为一种高效、易于了解和扩展的编程语言，具备以下优势：（1）语法简洁：Python 相比C/C++ 等语言，语法更加简洁，更适合创新性实践中的快速原型设计和实验。（2）应用广泛：Python 应用范围广泛，可用于人工智能、大数据、数据分析等领域。（3）完善的库支持：Python 拥有强大的库支持，如NumPy、Pandas、TensorFlow 等，为学生的创新实践提供了丰富的工具。

2.2 学生创新思维和实践能力培养的重要性

在传统的Python 编程教学中，大多学生仅能熟悉基础语法，但缺乏创新性的实践能力。通过实际项目驱动学习，学生可以：（1）实现知识转化：将基础编程技巧转化为解决实际问题的方法。（2）培养团队协作能力：在大型项目中，学习团队协作，分工协同，提高项目管理能力。（3）提升解决问题能力：通过自主调研、实际应用，学习如何找到最优解决方案。

2.3 Python 编程教学中创新能力培养

2.31教学方法与创新能力接差策略

在 Python 编程教学过程中，教师采用以下策略培养学生的创新能力 :（1）项目驱动学习（PBL,Project-Based Learning）: 通过真实问题引导学习，使学生在解决问题的过程中掌握Python 编程技能；以该项目为例，引导学生研究智能渔业的数据采集与分析方法。2.3.2 分工协作与团队合作

设定不同角色，如数据处理、模型构建、系统开发、可视化展示等，明确团队成员的责任；通过定期组会和代码复查，促进团队协作，提高项目质量。本教学创新项目通过实践，使学生在编程能力、工程实践、创新思维和团队协作等方面得到了显著提升。任务分配情况如下表1。

（1）编程能力的提升：学生在Python 编程教学过程中，不仅掌握了基本的语法和算法设计，还通过物联网数据采集、数据库管理、智能分析等任务，加深了对数据处理、机器学习和系统开发的理解，提高了编程实践能力[4]。（2）工程实践能力的培养：项目涵盖物联网架构、饲料信息管理系统及数据库设计等核心技术，学生在实际开发过程中学习从需求分析到系统实现的完整流程，提升了对软硬件结合的工程实践能力。结合实测数据，优化代码，提高系统性能；通过阶段性展示和教师指导，及时调整方向，提高实践能力。下图1 是物联网框架图。

（3）创新思维的锻炼：在解决饲料信息管理系统中的关键技术问题时，学生结合人工智能、大数据分析等多学科知识，不断优化算法和系统架构，培养了问题分析、解决方案优化和技术创新的能力。（4）团队协作与项目管理能力的提升：项目采用团队合作的方式，学生在分工协作、沟通协调等方面得到锻炼，熟悉了团队开发流程和工程项目管理方法，提高了跨学科协作能力。鼓励学生查阅最新文献，结合前沿技术优化算法；允许学生自由尝试不同的编程方案，鼓励创新性解决方案。

（5）科研素养的提升：学生在项目过程中参与了实验设计、数据分析和结果验证，并撰写了相关报告和论文，为未来的学术研究和工

程开发奠定了坚实基础。通过本教学创新项目，学生不仅掌握了专业知识，还在实践中培养了创新能力和工程素养，为未来的职业发展和学术研究提供了有力

支撑。

3 饲料信息管理系统

饲料信息管理系统是一套针对水产养殖饲料数据的综合管理系统，旨在提高饲料使用的科学性、管理的便捷性以及数据的可追溯性，该系统是项目中的核心模块之一。系统通过添加、查询、修改和删除四大核心功能，实现对饲料信息的全面管理，并采用 MySQL 数据库进行数据存储，确保信息的安全性和稳定性。

饲料信息管理系统实现了对饲料信息的添加、修改、删除和查询等功能的全面管理。在添加功能中，管理员可以添加饲料的基本信息，并通过数据库连接保存到 MySQL 数据库中；在查询功能中，用户可以根据时间等条件从数据库表中进行查询，并显示查询结果，支持灵活检索，提高管理效率；在修改及删除功能中，管理员可以选择要修改或删除的饲料信息进行相应的操作，保障数据的实时更新，保持信息准确性，清理无效数据，优化数据库性能。

本系统为水产养殖行业提供了一套高效、精准的饲料管理方案，有助于优化饲料使用策略、降低养殖成本，并提升整体生产效益。主要分为以下几个方面：（1）环境控制：负责水质监测系统的开发，使用Python 编写数据采集与分析程序。结合传感器数据，构建水质预测模型。监测与控制页面主要进行实时数据显示，用户可查看当前水温、pH 值、溶解氧等关键参数。数据更新：定时采集传感器数据，并自动更新至数据库。参数修改：用户可以修改每个池塘的目标环境参数，如目标水温、目标 pH 值、目标溶解氧等，修改后的数据更新到数据库的 environment_settings 表中，并记录日志。（2）饲料管理：研究不同饲料对鱼类生长的影响，利用Python 进行数据分析。通过机器学习优化饲料配方，降低成本，提高饲养效率。饲料管理页面主要进行出入库信息录入：提供入库编号、入库时间、数量和操作员等信息的输入框。库存更新：通过触发器自动更新 feed_inventory 表中的库存数量和最后更新时间，增加或减少相应的饲料数量。如下图 2是入库信息图。（3）生长指标与市场链接：负责记录鱼类的生长情况，使用Python 进行数据可视化。分析市场需求，建立供需预测模型。（4）运行监测：负责系统界面的开发，使用Flask 或Django 搭建前端后端。调整系统参数，提高用户体验。

4 项目驱动式实践预期效果

项目驱动式教学（PBL）已成为培养学生创新实践能力的重要方式。该模式通过真实项目的实施，使学生在实践中学习，在探索中创新，从而有效提升综合素养和工程应用能力。本项目作为一项集成多种技术的实践教学成果，全面展现了 PBL 的教学优势，并实现了预期的教学目标。本节将详细分析该项目在学生创新能力和工程实践能力方面的培养效果，以及PBL 模式所带来的教学成效[5]。

4.1 学生创新能力的提升

本项目要求学生从零开始搭建完整的系统，促使他们从被动接受知识转变为主动探索和创新。教学目标不仅是让学生掌握编程技能，更重要的是培养其独立思考和创造性解决问题的能力。

本项目不仅要求学生进行系统开发，还鼓励他们撰写研究报告、技术文档、学术论文，并在团队内外进行技术分享。这一过程锻炼了学生的学术表达能力，并帮助他们掌握从技术实现到理论总结的完整学术思维体系。参与论文写作，提升研究思维和学术表达能力；在组内进行技术讲解，提高逻辑思维和团队交流能力；参与竞赛和项目展示，增强演讲能力和学术汇报能力。学生通过这些实践，能够更清晰地表达自己的创新想法，并具备将技术成果转化为可复用知识的能力，为未来科研和技术发展奠定了坚实基础。

4.2 工程实践能力的提升

本项目按照软件工程开发流程进行实施，学生不仅学习了编程，还完整体验了从需求调研到系统部署的全流程开发，培养了其软件工

程思维。需求分析：学生深入调研养殖企业的饲料管理需求，并据此设计系统架构。系统设计与开发：采用前后端分离架构，实现高效的

数据交互等。学生在这一过程中，不仅学会了如何编写高质量代码，更掌握了如何设计高效的系统架构，具备了一定开发的工程实践能力。4.3 教学目标达成情况

该项目的实施，使学生在以下方面取得了较大的进步，与教学预期目标吻合，如下表2 ：

该项目的成功实施，为计算机实践教学提供了优秀案例，证明了 PBL 模式在培养技术人才方面的有效性；学生在开发过程中，学生不仅提升了自身的技术能力，收获了技术经验，锻炼了学科研究能力，还培养了与行业需求对接、解决实际问题的能力。未来，这种教学模式可以进一步深化，让学生在校期间就能接触到行业问题，实现从课堂知识到技术落地的转变，为社会培养更多具备实践能力和创新精神的人才。

5 总结与展望

本研究探讨了如何在 Python 编程教学中培养学生的创新能力，并通过项目进行了实践。通过项目驱动教学能够有效提升学生的编程能力、创新思维和团队协作能力，同时增强其学习兴趣。相比传统教学模式，该方法更能激发学生的学习积极性，使学生在实践中掌握Python 技能。未来，Python 编程教学改革可以在以下方面进一步优化：（1）引入更多跨学科项目，如结合物联网、大数据等新技术，提高实践教学的深度。（2）加强企业合作，让学生在实际产业环境中应用所学知识，提升实践能力。（3）开发智能学习平台，利用人工智能技术自动评估学生的学习情况，提高教学效率。总而言之，Python 教学改革应当注重创新能力培养，结合实际应用的情况，让学生在实践中成长，从而更好地适应未来的技术发展和社会需求。

参考文献：

[1] 张佳 , 左震宇 , 王赛男 , 等 . Python 编程教育对大学生创新能力的影响——以网络游戏项目为驱动 [J]. 网络游戏技术与应用 ,2025(1):145-147.

[2] 范敏. 高校教育数字化转型促进教学内容创新与优化——以Python 教学创新设计为例[J]. 计算机应用文摘,2025,41(5):1-3

[3] 鲁迪 , 李粟 , 刘生智 , 等 . 项目式教学在”Python 语言程序设计”课程中的应用与实践 [J]. 科技风 ,2024(27):120-122.

[4] 李斌 . 传统与现代 Python 编程教学方法的对比分析与展望 [J]. 电脑知识与技术 ,2024, 20(23):145-147.

[5] 刘鹏 , 杨海峰 , 王建丽 , 等 . 实践开发和科研创新有机融合的 Python 案例教学探讨 [J]. 工业和信息化教育 ,2025(1):64-69.

作者简介：唐璐，女，（1996-），硕士研究生，研究方向为人工智能、软件工程。项目课题：2024 年省级大学生创新创业训练计划项目( 项目编号: S202413714003）成果。科研项目：多模态深度学习智能文档理解与分析系统(kyHX2025021)

唐璐，(1996.02-)，女，硕士研究生，研究方向为人工智能、软件工程。魏敏婷，(2003.11-)，女，本科在读，研究方向为人工智能、软件工程，林炜熹，(2004.11-)，男，本科在读，研究方向为人工智能、软件工程。