高中信息技術(shù)python模擬程序的編寫及應(yīng)用

于雁

摘要：Python程序設(shè)計語言具有開源性、語言結(jié)構(gòu)和形式簡潔、擴展性強等特點，是目前計算機編程領(lǐng)域中主流編輯語言。由于其簡單易懂容易上手和人門的優(yōu)勢，目前已經(jīng)在國內(nèi)外很多高中學(xué)習(xí)中開設(shè)課程。因此，研究高中信息技術(shù)python模擬程序的編寫及應(yīng)用具有重要意義。介紹了Python程序設(shè)計語言的優(yōu)勢，從Python語言程序設(shè)計的教學(xué)層次和具體實施方案兩個維度介紹了Python模擬程序在高中信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用思路。設(shè)計了包括基本數(shù)據(jù)類型、基本數(shù)據(jù)類型、復(fù)合數(shù)據(jù)類型、函數(shù)與模塊等課程理論教學(xué)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：高中信息技術(shù);python;模擬程序;編寫;應(yīng)用

中圖分類號：x799 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）30-0224-02

1概述

隨著信息社會的發(fā)展以及計算機技術(shù)日益進(jìn)步，新時代初高中學(xué)生除了要掌握基礎(chǔ)的計算機操作和應(yīng)用外，還需要具備一定的編程能力。計算機程序設(shè)計是高中信息技術(shù)的核心課程，是實現(xiàn)程序編寫的高級語言，介紹了程序設(shè)計的基本思維，是學(xué)生后續(xù)計算機課程學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的編程語言，如C語言，Java等為了功能的全面性往往采用了復(fù)雜的語言結(jié)構(gòu)，在編程語言的學(xué)習(xí)中，學(xué)生往往需要掌握大量語法細(xì)節(jié)，學(xué)習(xí)量和學(xué)習(xí)任務(wù)較重，限制了編程語言在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。Py-thon程序設(shè)計語言以其開源性、語言結(jié)構(gòu)和形式簡潔、擴展性強等優(yōu)勢已經(jīng)逐漸成為計算機編程領(lǐng)域中主流編輯語言。因此，研究高中信息技術(shù)python模擬程序的編寫及應(yīng)用具有重要意義。

2Python語言的優(yōu)勢

Python程序設(shè)計語言起源于1989年，由荷蘭計算機數(shù)學(xué)家吉多·范羅蘇姆設(shè)計。自Python程序設(shè)計語言問世以來便在教育界和計算機領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注，國外一些學(xué)校和研究院從很早便發(fā)覺了Python程序設(shè)計語言在教學(xué)領(lǐng)域的潛在價值，并開展了相關(guān)教學(xué)實踐。在國外一些發(fā)達(dá)國家中，排名前百的高中和大學(xué)超過6成均開設(shè)了Python以及相關(guān)課程編程語言的課程，其中部分學(xué)校已經(jīng)將計算機專業(yè)課程設(shè)計中的第一編程語言從java改成了Python，逐漸淘汰了早期包括c語言在內(nèi)的一些計算機編程語言。相比于國外，國內(nèi)計算機教育相對保守和滯后，目前開設(shè)Python程序設(shè)計語言課程的學(xué)校不多，北京一些高中在近幾年開設(shè)了Python程序設(shè)計語言課程，并且得到了較好的教學(xué)反饋，學(xué)生在計算機編程專業(yè)的成績也有所提高。隨著python編程語言的發(fā)展，將在校園信息技術(shù)教學(xué)中占據(jù)越來越重要的位置。

Python程序設(shè)計語言的語法結(jié)構(gòu)相對簡單，程序語言形式簡潔，對于語法要求相對較低，風(fēng)格上非常解決英語，對于高中學(xué)生及編程基礎(chǔ)少的初學(xué)者來說容易人門和上手。Python程序設(shè)計語言注重計算編程問題的解值，作為利用計算機解決問題的工具語言之一，Python語言是公認(rèn)的、最接近自然語言的編程語言。

Python程序設(shè)計語言是一種開源軟件，擁有開放的編程語言交流社區(qū)，能夠為全世界范圍內(nèi)的編程愛好者提供學(xué)習(xí)和交流的互動平臺。Python語言還具有較強的移植擴展性，由于Python程序設(shè)計語言的設(shè)計思想及語言風(fēng)格代表了近幾年計算機編程技術(shù)的發(fā)展，與其他語言的兼容性較強，可以用C語言進(jìn)行編寫，另外Python程序設(shè)計語言作為一個腳本，擁有程序運行的所必須的源代碼，因而可實現(xiàn)跨平臺的交流，為物聯(lián)網(wǎng)、人工智能以及大數(shù)據(jù)云計算提供了語言基礎(chǔ)。Python語言具有豐富的數(shù)據(jù)資源庫，涵蓋了數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域中的web開發(fā)、數(shù)據(jù)庫接口以及科學(xué)計算等功能，為學(xué)生進(jìn)一步的擴展學(xué)習(xí)提供了途徑。

3Python模擬程序在高中信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用思路

3.1Python語言程序設(shè)計的教學(xué)層次

由于Python程序設(shè)計語言具有很強的開源性和可讀性，因而可以將Python語言的設(shè)計內(nèi)容分為Pvthon基礎(chǔ)和Python生態(tài)圈兩大部分。Python基礎(chǔ)是標(biāo)準(zhǔn)意義上的程序語言設(shè)計，主要解決程序設(shè)計方法問題，梳理問題的提出到解決過程中的思路。Python生態(tài)圈主要指第三方函數(shù)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，Python生態(tài)圈也是Pvthon程序語言有別于其他編程語言的關(guān)鍵功能。針對與不同的部分，Python語言設(shè)計教學(xué)可分為兩個不同的層次，第一種就是計算機基礎(chǔ)程序設(shè)計，一般在高中計算機課程中開設(shè)，作為非專業(yè)的入門公共課程;另一種是專業(yè)編程課程，一般為有一定專業(yè)知識基礎(chǔ)的人群開設(shè)。

兩種層次的教學(xué)目標(biāo)有所不同。作為公共基礎(chǔ)課，Pymon語言教學(xué)側(cè)重Python基礎(chǔ)，Python生態(tài)圈僅提供一定的方向指導(dǎo)，具體課程內(nèi)容偏重基礎(chǔ)算法講解。以排列組合問題為例，在介紹列表sort方法和內(nèi)置函數(shù)外，還應(yīng)介紹選擇排序、插入排序等基本排序算法。作為專業(yè)應(yīng)用課程，Python語言教學(xué)側(cè)重第三方函數(shù)庫的應(yīng)用，重點介紹了利用Python語言解決學(xué)科領(lǐng)域相關(guān)問題的方法，不需要在講解基礎(chǔ)的邏輯和算法。

3.2Python高中信息技術(shù)教學(xué)中的具體實施方案

（1）課程理論教學(xué)內(nèi)容。Python教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以問題為導(dǎo)向，按照問題一算法一程序的思維邏輯進(jìn)行問題求解。具體設(shè)計內(nèi)容框架見圖1。

基本數(shù)據(jù)類型主要包括Python編程語言中各類數(shù)據(jù)對象的表示方法、常用函數(shù)及表達(dá)式、基本運算規(guī)則和表達(dá)形式等內(nèi)容。

基本數(shù)據(jù)類型主要指順序、循環(huán)和選擇三種控制結(jié)構(gòu)。其中，順序結(jié)構(gòu)包括語句賦值、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出等，選擇結(jié)構(gòu)包括運算條件的描述、選擇結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)和條件運算等，循環(huán)結(jié)構(gòu)主要包括了while循環(huán)結(jié)構(gòu)、for循環(huán)結(jié)構(gòu)、各類循環(huán)控制和循環(huán)嵌套語句等。

復(fù)合數(shù)據(jù)類型主要是字符串的處理、列表與元組的應(yīng)用、字典與集合的應(yīng)用。字符串處理具體指字符串的檢索、編碼、分片等字符串相關(guān)操作。列表與元組具體指針對序列的通用操作、針對列表的特有操作和列表與元組的相互轉(zhuǎn)化。字典與集合的應(yīng)用則是指與字典、集合相關(guān)的操作。

函數(shù)與模塊主要包括了相關(guān)函數(shù)的定義和函數(shù)的調(diào)用，具體還包括了函數(shù)的參數(shù)設(shè)置、函數(shù)嵌套以及遞歸調(diào)用等。

其余課程內(nèi)容設(shè)置相對簡單，文件操作主要指文件的打開、關(guān)閉操作，二進(jìn)制文件的處理等。圖形繪制主要涉及Tkint-er圖形數(shù)據(jù)庫、圖形事件處理及應(yīng)用。圖形用戶界面主要對常用控件進(jìn)行布局，設(shè)置調(diào)整對話框參數(shù)等。第三方模塊庫主要指函數(shù)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，包括Python語言在其他專業(yè)學(xué)科和領(lǐng)域中的應(yīng)用。

（2）課程實踐內(nèi)容設(shè)置。學(xué)生在學(xué)習(xí)過Python編程語言基礎(chǔ)課程內(nèi)容后需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)實踐內(nèi)容，實踐課程要求學(xué)生能夠獨立完成具有一定復(fù)雜度的設(shè)計項目，在完成項目設(shè)計的過程中，需要綜合利用Python編程語言基礎(chǔ)知識分析和解決實際問題。在運用Python編程語言的過程中，通過分析問題、編輯算法、編寫程序、調(diào)試程序后，學(xué)生的基本計算機能力會有大幅度提高，在分析問題、解決問題能力上會有質(zhì)的提升。

典型的課程設(shè)計內(nèi)容主要包括以下幾點：繪制各類型曲線和特殊圖形、設(shè)計相關(guān)程序、設(shè)計用戶圖形界面、求解線性方程等科學(xué)計算問題、處理和轉(zhuǎn)義自然語言等。這設(shè)計課程內(nèi)容時，要求學(xué)生首先根據(jù)要分析的問題建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型，設(shè)計和編輯最優(yōu)的算法，在對程序進(jìn)行設(shè)計和調(diào)試后，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行評估和分析。一般來講，在問題求解方式上通常有基本算法、Python標(biāo)準(zhǔn)庫求解、第三方庫代碼復(fù)用三種主流算法。這其中的重點是第三方庫的正確使用，如矩陣算法中NumPy模塊的使用，SciPy模塊的科學(xué)計算，Matplotlib模塊的數(shù)據(jù)可視化管理。由于高中學(xué)生Python編程課時相對較短，前期專業(yè)知識基礎(chǔ)缺乏，一些相對專業(yè)的高級應(yīng)用暫時無法開展，如網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等。

4結(jié)束語

高中信息技術(shù)課程是一門對技術(shù)條件、師資力量、實踐性等內(nèi)容要求較高的計算機課程。由于Python是開源語言，擁有很多第三方動態(tài)庫，在高中信息技術(shù)課程教學(xué)中對于Python內(nèi)容和庫的選擇尚且缺乏標(biāo)準(zhǔn)。另外，Python語言進(jìn)人高中信息技術(shù)課程內(nèi)容的時間相對較短，缺少完善的教學(xué)體系和師資隊伍。從目前高中信息技術(shù)課程發(fā)展情況來說，python模擬程序的編寫及應(yīng)用是高中信息技術(shù)課程發(fā)展過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。