Progettazione della lezione

Ultimo aggiornamento il 2025-03-02 | Modifica questa pagina

Richiamo

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Compiliamo gli esercizi [qui sotto] (#stage-3-learning-plan) per rendere più concreto il programma della lezione. I contributi (sia sotto forma di richieste di pull con esercizi compilati, sia di commenti su esercizi specifici, ordinamento e tempi) sono molto apprezzati.

Processo utilizzato

I consigli di Michael Pollan se insegnasse programmazione in R o Python:

  1. Scrivere il codice.
  2. Non troppo.
  3. Principalmente tracciati.

— Michael Koontz {: .quotation}

Questa lezione è stata sviluppata utilizzando una variante ridotta del processo “Understanding by Design”. Le sezioni principali sono:

  1. Assunzioni sul pubblico, sul tempo, ecc. (La bozza attuale include anche alcune conclusioni e decisioni in questa sezione - che dovrebbero essere riformulate)

  2. Risultati desiderati: obiettivi generali, valutazioni sommative a livello di mezza giornata, ciò che gli studenti saranno in grado di fare, ciò che gli studenti sapranno.

  3. Piano di apprendimento: ogni episodio ha un titolo che riassume ciò che verrà trattato, poi stima il tempo da dedicare all’insegnamento e agli esercizi, mentre gli esercizi sono indicati come punti elenco.

Fase 1: Presupposti

  • pubblico
    • Studenti laureati in discipline numeriche dalla cosmologia all’archeologia
    • Chi ha manipolato i dati in fogli di calcolo e con strumenti interattivi come SAS
    • Ma non ho programmato oltre il CPD (copy-paste-despair)
  • Vincoli
    • Un giorno intero 09:00-16:30
      • 06:15 ora di lezione
      • 0:45 pranzo
      • 0:30 totale per due pause caffè
    • Gli studenti utilizzano installazioni native sulle proprie macchine
      • Può utilizzare macchine virtuali o risorse cloud a discrezione dell’istruttore
      • Ma deve mantenere l’installazione locale nativa come opzione
    • Nessuna dipendenza da altri moduli Carpentry
      • In particolare, non richiede la conoscenza della shell o del controllo di versione
    • Usare il Quaderno Jupyter
      • Strumento autentico utilizzato da molti istruttori
      • non esiste un’alternativa
      • e significa che anche chi ha già visto un po’ di Python probabilmente imparerà qualcosa
  • Esempio motivante
    • Creazione di grafici 2D adatti all’inserimento in pubblicazioni
    • Si rivolge quasi a tutti
    • Rende la lezione utilizzabile da entrambe le Carpenterie
      • e significa che anche chi ha già visto un po’ di Python probabilmente imparerà qualcosa
  • Dati
    • Usare i dati di gapminder per tutto il tempo
    • Ma suddividere in più file per continente
      • Per rendere più ordinata la visualizzazione dell’output degli esempi (ad esempio, usare Australia/Nuova Zelanda, che è solo di due righe)
      • e consentire esempi che mostrino l’uso di insiemi di dati multipli
  • Concentrarsi su Pandas invece che su NumPy
    • Rende la lezione utilizzabile sia da Data Carpentry che da Software Carpentry
    • È probabile che i novizi vogliano analizzare i dati
    • E persone con qualche esperienza precedente:
      • accetterà l’analisi dei dati come compito autentico,
      • ed è improbabile che abbiano incontrato Pandas, quindi potranno comunque trarre qualcosa di utile dalla lezione
  • Le sfide saranno per lo più non “scrivere questo codice da zero”
    • Volete un sacco di esercizi brevi che possano essere completati in modo affidabile nel tempo stabilito
    • Quindi utilizzare MCQ, riempimento di spazi vuoti, problemi di Parsons, “modifica di questo codice”, ecc.

Fase 2: Risultati desiderati

Domande

Come faccio a…

  • … leggere dati tabellari?
  • … tracciare un singolo vettore di valori?
  • … creare un grafico di una serie temporale?
  • … creare un grafico per ciascuno dei diversi set di dati?
  • … ottenere dati extra da un singolo set di dati per il plottaggio?
  • … scrivere programmi che posso leggere e riutilizzare in futuro?

Competenze

Posso…

  • … scrivere brevi script utilizzando loop e condizionali.
  • … scrivere funzioni con un numero fisso di parametri che restituiscono un unico risultato.
  • … importare librerie usando alias e fare riferimento ai contenuti di tali librerie.
  • … fare semplici estrazioni e formattazioni di dati usando Pandas.

Concetti

So…

  • …che un programma è un’apparecchiatura di laboratorio che implementa un’analisi
    • Deve essere convalidato/calibrato prima/durante l’uso
    • Rende l’analisi riproducibile, rivedibile e condivisibile
  • … che i programmi sono scritti per le persone, non per i computer
    • Nomi di variabili significativi
    • Modularità per la leggibilità e per il riutilizzo
    • Nessuna duplicazione
    • Scopo e uso del documento
  • … che non c’è magia: i programmi che usano non sono diversi in linea di principio da quelli che costruiscono
  • … come assegnare valori a variabili
  • … cosa sono gli interi, i float, le stringhe, gli array NumPy e i dataframe di Pandas
  • … come tracciare l’esecuzione di un ciclo for
  • …come tracciare l’esecuzione delle istruzioni if/else
  • … come creare e indicizzare elenchi
  • … come creare e indicizzare array NumPy
  • … come creare e indicizzare i dataframe Pandas
  • …come creare grafici di serie temporali
  • … la differenza tra definire e chiamare una funzione
  • … dove trovare la documentazione sulle librerie standard
  • … come scoprire cos’altro offre Python scientifico

Fase 3: Piano di apprendimento

Valutazione sommativa

  • Midpoint: creare un grafico di serie temporali per ogni file in una directory.
  • Finale: estrarre i dati da un dataframe di Pandas e creare un grafico comparativo di serie temporali su più righe.

Esecuzione e chiusura interattiva (9:00)

  • Insegnamento: 15 min (per problemi di impostazione)
    • Avviare Jupyter Notebook, creare nuovi notebook e uscire dal Notebook.
    • Creare celle Markdown in un blocco note.
    • Creare ed eseguire celle Python in un blocco note.
  • Sfide: 0 min (considerati nel tempo di insegnamento - nessun esercizio separato)
    • Creazione di elenchi in Markdown
    • Cosa viene visualizzato quando più espressioni vengono inserite in una singola cella?
    • Cambiare una cella esistente da codice a Markdown
    • Rendering di equazioni in stile LaTeX

Variabili e assegnazione (9:15)

  • Insegnamento: 10 min
    • Scrivere programmi che assegnano valori scalari alle variabili ed eseguono calcoli con tali valori.
    • Tracciare correttamente i cambiamenti di valore nei programmi che utilizzano l’assegnazione scalare.
  • Sfide: 10 min
    • Traccia dell’esecuzione del codice che scambia due valori utilizzando una variabile intermedia.
    • Prevedere i valori finali delle variabili dopo diverse assegnazioni.
    • Cosa succede se si cerca di indicizzare un numero?
    • Qual è il nome migliore per una variabile, m, min o minutes?
    • Cosa producono le seguenti espressioni di slice?

Tipi di dati e conversione dei tipi (09:35)

  • Insegnamento: 10 min
    • Spiegare le principali differenze tra numeri interi e numeri in virgola mobile.
    • Spiegare le principali differenze tra numeri e stringhe di caratteri.
    • Utilizzare le funzioni integrate per convertire tra numeri interi, numeri in virgola mobile e stringhe.
  • Sfide: 10 min
    • Che tipo di valore è 3,4?
    • Che tipo di valore è 3,25 + 4?
    • Che tipo di valore usereste per rappresentare:
      • Numero di giorni dall’inizio dell’anno.
      • Tempo trascorso dall’inizio dell’anno.
      • Ecc.
    • Come si possono usare // (divisione di interi) e % (modulo)?
    • Cosa fa int("3.4")?
    • Dati questi valori float, int e stringa, quali espressioni stamperanno un risultato particolare?
    • Cosa vi aspettate che produca 1+2j + 3?

Funzioni integrate e guida (09:55)

  • Insegnamento: 15 min
    • Spiegare lo scopo delle funzioni.
    • Chiamare correttamente le funzioni integrate di Python.
    • Annidare correttamente le chiamate alle funzioni integrate.
    • Utilizzare la guida per visualizzare la documentazione delle funzioni integrate.
    • Descrivere correttamente le situazioni in cui si verificano SyntaxError e NameError.
  • Sfide: 10 min
    • Spiegate l’ordine delle operazioni nella seguente espressione complessa.
    • Cosa produrrà ogni combinazione annidata di chiamate min e max?
    • Perché max e min non restituiscono None quando non vengono dati argomenti?
    • Dato ciò che abbiamo visto finora, quale espressione indice otterrà l’ultimo carattere di una stringa?

Caffè: 15 min (10:20)

Librerie (10:35)

  • Insegnamento: 10 min
    • Spiegare cosa sono le librerie software e perché i programmatori le creano e le usano.
    • Scrivere programmi che importano e utilizzano librerie dalla libreria standard di Python.
    • Trovare e leggere la documentazione delle librerie standard in modo interattivo (nell’interprete) e online.
  • Sfide: 10 min
    • Quale funzione della libreria matematica standard si può usare per calcolare una radice quadrata?
    • Quale libreria usereste per selezionare un valore casuale dai dati?
    • Se help(math) produce un errore, cosa avete dimenticato di fare?
    • Riempite gli spazi vuoti nel codice sottostante in modo che la dichiarazione di importazione e il programma vengano eseguiti.

Lettura di dati tabellari (10:55)

  • Insegnamento: 10 min
    • Importare la libreria Pandas.
    • Utilizzare Pandas per caricare un semplice set di dati CSV.
    • Ottenere alcune informazioni di base su un DataFrame di Pandas.
  • Sfide: 10 min
    • Leggere i dati delle Americhe e visualizzare le statistiche di riepilogo.
    • Cosa fanno .head e .tail?
    • Quali stringhe passare a read_csv per leggere file da altre directory?
    • Come si possono scrivere dati CSV?

DataFrames (11:15)

  • Insegnamento: 15 min
    • Selezionare singoli valori da un dataframe Pandas.
    • Selezionare intere righe o intere colonne da un dataframe.
    • Selezionare un sottoinsieme di righe e colonne da un dataframe con una sola operazione.
    • Selezionare un sottoinsieme di un dataframe in base a un singolo criterio booleano.
  • Sfide: 15 min
    • Scrivete un’espressione per trovare il PIL pro capite della Serbia nel 2007.
    • Quale regola governa ciò che è (o non è) incluso nelle fette numeriche e nominate in Pandas?
    • Cosa fa ogni riga del seguente breve programma?
    • Cosa fanno idxmin e idxmax?
    • Scrivere espressioni per ottenere il PIL pro capite per tutti i paesi nel 1982, per tutti i paesi dopo il 1985, ecc.
    • Dato il modo in cui i suoi confini sono cambiati dal 1900, cosa fareste se vi chiedessero di creare una tabella del PIL pro capite della Polonia per il ventesimo secolo?

Plotting (11:45)

  • Insegnamento: 15 min
    • Creare un grafico di serie temporali che mostri un singolo set di dati.
    • Creare un grafico a dispersione che mostri la relazione tra due serie di dati.
  • Esercitazione: 15 min
    • Riempite gli spazi vuoti per tracciare il PIL minimo pro capite nel tempo per i paesi europei.
    • Modificare l’esempio per creare un grafico a dispersione del PIL pro capite nei paesi asiatici.
    • Spiegate cosa fa ogni argomento di plot nel seguente esempio.

Pranzo (12:15): 45 min

Liste (13:00)

  • Insegnamento: 10 min
    • Spiegare perché i programmi hanno bisogno di collezioni di valori.
    • Scrivere programmi che creano elenchi piatti, li indicizzano, li tagliano e li modificano attraverso assegnazioni e chiamate di metodi.
  • Sfide: 10 min
    • Riempite gli spazi vuoti in modo che il programma produca l’output mostrato.
    • Quanto sono grandi le seguenti fette?
    • Cosa stampano le espressioni di indice negativo?
    • Cosa fa uno “stride” in una slice?
    • Come trattano gli slices i limiti fuori range?
    • Quali sono le differenze tra l’ordinamento in questi due modi?
    • Qual è la differenza tra new = old e new = old[:]?

Loops (13:20)

  • Insegnamento: 10 min
    • Spiegare a cosa servono normalmente i cicli for.
    • Tracciare l’esecuzione di un semplice ciclo (non annidato) e indicare correttamente i valori delle variabili in ogni iterazione.
    • Scrivere cicli for che utilizzano lo schema Accumulator per aggregare i valori.
  • Sfide: 15 min
    • Un errore di indentazione è un errore di sintassi o un errore di runtime?
    • Tracciare le righe di questo programma in quale ordine vengono eseguite.
    • Riempite gli spazi vuoti di questo programma in modo da invertire una stringa.
    • Riempite gli spazi vuoti di questa serie di esempi per esercitarvi ad accumulare valori.
    • Riordinate e rientrate queste righe per calcolare la somma cumulativa dei valori dell’elenco.

Condizionali (15:00)

  • Insegnamento: 10 min
    • Scrivere correttamente programmi che utilizzano istruzioni if e else e semplici espressioni booleane (senza operatori logici).
    • Tracciare l’esecuzione di condizionali non annidati e di condizionali all’interno di loop.
  • Sfide: 15 min
    • Traccia l’esecuzione di questa dichiarazione condizionale.
    • riempite gli spazi vuoti in modo che questa funzione sostituisca i valori negativi con gli zeri.
    • Modificate questo programma in modo che elabori solo i file con meno di 50 record.
    • Modificate questo programma in modo che trovi sempre i valori più grandi e più piccoli di una lista, indipendentemente dai valori della lista stessa.

Looping su insiemi di dati (13:45)

  • Insegnamento: 5 min
    • Essere in grado di leggere e scrivere espressioni di globbing che corrispondono a insiemi di file.
    • Utilizzare glob per creare elenchi di file.
    • Scrivere cicli for per eseguire operazioni sui file dati i loro nomi in un elenco.
  • Sfide: 10 min
    • Quali nomi di file non corrispondono a questa espressione glob?
    • Modificate questo programma in modo che stampi il numero di record nel file più corto.
    • Scrivere un programma che legga e tracci tutti i set di dati regionali.

Caffè (14:45): 15 min

Funzioni di scrittura (14:00)

  • Insegnamento: 10 min
    • Spiegare e identificare la differenza tra definizione di funzione e chiamata di funzione.
    • Scrivete una funzione che accetta un piccolo numero fisso di argomenti e produce un unico risultato.
  • Sfide: 15 min
    • Questo codice definisce e chiama una funzione: cosa stampa quando viene eseguita?
    • Spiegate perché questo breve programma stampa le cose nell’ordine in cui le stampa.
    • Riempite gli spazi vuoti per creare una funzione che trovi il valore minimo in un file di dati.
    • Riempite gli spazi vuoti per creare una funzione che trovi il primo valore negativo in un elenco. Cosa fa la vostra funzione se l’elenco è vuoto?
    • Perché a volte è utile passare gli argomenti dando un nome ai parametri corrispondenti?
    • Riempite gli spazi vuoti e trasformate questo breve pezzo di codice in una funzione.

Ambito variabile (14:25)

  • Insegnamento: 10 min
    • Identificare le variabili locali e globali.
    • Identificare i parametri come variabili locali.
    • Leggere un traceback e determinare il numero di file, funzione e riga in cui si è verificato l’errore.
  • Sfide: 10 min
    • Tracciate le modifiche ai valori di questo programma, facendo attenzione a distinguere i valori locali da quelli globali.

Stile di programmazione (15:25)

  • Insegnamento: 15 min
    • Come posso rendere i miei programmi più leggibili?
    • Come la maggior parte dei programmatori formatta il proprio codice?
    • Come possono i programmi controllare il proprio funzionamento?
  • Sfide: 15 min
    • Quali righe di questo codice saranno disponibili come guida in linea?
    • Trasformare i commenti di questo programma in docstring.
    • Riscrivete questo breve programma per renderlo più leggibile.

Wrap-Up (15:55)

  • Insegnamento: 20 min
    • Nominare e localizzare i siti scientifici della comunità Python per software, workshop e assistenza.
  • Sfide: 0 min
    • Nessuno.

Feedback (16:15)

  • Insegnamento: 0 min
  • Sfide: 15 min
    • Raccolta di feedback

Fine (16:30)