許丹楊

（連云港開發(fā)區(qū)高級(jí)中學(xué)，江蘇 連云港 222000）

在計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)中，要求學(xué)生能夠?qū)W習(xí)程序組成、編程方法以及軟件開發(fā)思路。計(jì)算機(jī)教學(xué)包含兩個(gè)部分，其一是課程教學(xué)，其二是上機(jī)實(shí)踐教學(xué)。在Python 教學(xué)中，教師通過(guò)開展課程教學(xué)，要求學(xué)生能夠掌握Python的基本概念，積累豐富的Python 專業(yè)知識(shí)；而在上機(jī)實(shí)踐教學(xué)中，更加注重對(duì)于學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生能夠靈活應(yīng)用計(jì)算思維自主解決各類問(wèn)題，提升Python 知識(shí)的應(yīng)用能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提高。因此，對(duì)Python 教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)模式進(jìn)行研究意義重大。筆者多年在教育教學(xué)一線，基于教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出自己的觀點(diǎn)和看法，并與相關(guān)研究者進(jìn)行交流，以期為Python 課程教學(xué)與實(shí)踐的提升提供參考。

一、計(jì)算思維概述

科學(xué)思維是人類理性認(rèn)識(shí)世界的過(guò)程，首先在感性階段獲取豐富材料，再對(duì)各類信息進(jìn)行整理和調(diào)整，據(jù)此形成概念，并做出推理和判斷，進(jìn)而反映出某個(gè)事物的本質(zhì)規(guī)律。在科學(xué)思維中，計(jì)算思維是十分重要的組成部分，在人類科技創(chuàng)新、文明進(jìn)步中，理論、實(shí)驗(yàn)以及計(jì)算可作為三大重要支柱，尤其是在科學(xué)技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新中，公理化方法為主要的理論思維，比如代數(shù)、幾何均顯著促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展。

計(jì)算思維指的是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)概念對(duì)問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算和分析的活動(dòng)，具有抽象性和自動(dòng)化特征。在工業(yè)革命時(shí)代，機(jī)器技術(shù)不斷創(chuàng)新，逐漸替代傳統(tǒng)的手工勞動(dòng)，要求人類充分發(fā)揮讀、寫和算的能力，掌握機(jī)器設(shè)備的使用方法。在信息革命時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，大量計(jì)算機(jī)組成互聯(lián)網(wǎng)，并成為通信的重要載體。通過(guò)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，可對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫男畔⒑椭R(shí)。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋憬菪?，通信技術(shù)以計(jì)算思維為基礎(chǔ)不斷創(chuàng)新。在未來(lái)的機(jī)器智能時(shí)代，通過(guò)將計(jì)算思維應(yīng)用于編程中，可實(shí)現(xiàn)人類與機(jī)械設(shè)備協(xié)同作業(yè)，提升人機(jī)交互能力。通過(guò)上述分析可見(jiàn)，由于人類社會(huì)不斷發(fā)展，計(jì)算思維已逐漸發(fā)展成為人類適應(yīng)社會(huì)變化所必須具備的技能。

在計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，指導(dǎo)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題，使學(xué)生能夠應(yīng)用計(jì)算思維解決社會(huì)問(wèn)題，提升問(wèn)題分析和問(wèn)題解決能力。

二、Python的特點(diǎn)

1989年，吉多·范羅蘇姆開發(fā)出Python（計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言），其屬于面向?qū)ο蟮慕忉屝途幊陶Z(yǔ)言，主要被應(yīng)用于各類比較常見(jiàn)的任務(wù)中。Python 的語(yǔ)法簡(jiǎn)單，具有開源性特征，在各類編程語(yǔ)言中與自然語(yǔ)言最為接近。在Python 的實(shí)際應(yīng)用中，可對(duì)各類計(jì)算問(wèn)題進(jìn)行求解，由于語(yǔ)法為輕量級(jí)，并且為高層次語(yǔ)言，可充分展現(xiàn)出計(jì)算思維。

在Python 教學(xué)中，涵蓋的內(nèi)容比較多，各類分支、循環(huán)以及函數(shù)等基礎(chǔ)的程序邏輯關(guān)系和豐富的功能形成函數(shù)庫(kù)。Python 為腳本語(yǔ)言，直接運(yùn)行源代碼即可完成執(zhí)行，因此，程序運(yùn)行與源代碼密切相關(guān)。與C 語(yǔ)言相比，Python 中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)元素比較簡(jiǎn)單，對(duì)于各類變量，可直接使用，無(wú)須定義，并且可通過(guò)解釋器自動(dòng)匹配。Python 內(nèi)部可應(yīng)用UTF-8 編碼實(shí)現(xiàn)，語(yǔ)言文本操作簡(jiǎn)單，支持中文。

三、Python教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.認(rèn)知不足

近年來(lái)，Python 發(fā)展迅速，日益受到人們的關(guān)注，并且在人工智能以及大數(shù)據(jù)領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用。很多學(xué)生對(duì)于Python 的功能已具備基礎(chǔ)了解，但是對(duì)于Python 的應(yīng)用領(lǐng)域依然不夠明確，對(duì)于其未來(lái)的發(fā)展，有些認(rèn)識(shí)不清，缺少足夠的前景展望。

2.重語(yǔ)法輕語(yǔ)義

在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言教學(xué)中，一般由教師為學(xué)生講解抽象的概念以及語(yǔ)法知識(shí)，但是現(xiàn)階段，計(jì)算機(jī)語(yǔ)言教學(xué)的重要性顯著降低。在Python 教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，指導(dǎo)學(xué)生掌握分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。對(duì)于計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，僅可作為工具，如果為學(xué)生講解大量函數(shù)知識(shí)，往往很難培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，同時(shí)在課程講解中所需時(shí)間比較長(zhǎng)，無(wú)法滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

3.算法教學(xué)較少

在很多計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言教學(xué)中，算法是十分重要的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)也是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的關(guān)鍵。對(duì)此，在計(jì)算機(jī)課程教學(xué)中，教師一般將算法作為程序設(shè)計(jì)教學(xué)的引入部分。比如，在程序設(shè)計(jì)教學(xué)前為學(xué)生介紹各類基礎(chǔ)算法，包括查找、排序、迭代等，通過(guò)增加算法教學(xué)內(nèi)容，能夠幫助學(xué)生降低學(xué)習(xí)難度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

4.缺乏計(jì)算思維的培養(yǎng)

在Python 教學(xué)中，一般將教師作為課堂教學(xué)的主體，很多教師沒(méi)有關(guān)注到對(duì)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng)。在課堂教學(xué)中，學(xué)生根據(jù)教師的指導(dǎo)，按照參考程序輸入和運(yùn)行，而在此過(guò)程中，學(xué)生的應(yīng)用能力依然比較低，無(wú)法將專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題分析解決中，并且很多學(xué)生沒(méi)有對(duì)解決問(wèn)題的重要性、步驟、程序拆解方法等進(jìn)行深入思考。因此，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，學(xué)生無(wú)法充分利用自身思維進(jìn)行學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考，不利于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

四、基于計(jì)算思維的Python課程教學(xué)策略

1.Python語(yǔ)法的快速學(xué)習(xí)

為了幫助學(xué)生更好地掌握Python，同時(shí)使學(xué)生能夠利用Python 解決各類實(shí)際問(wèn)題，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，在課堂教學(xué)中，教師首先應(yīng)為學(xué)生介紹基礎(chǔ)的Python 語(yǔ)法和其他知識(shí)點(diǎn)。課程內(nèi)容共包含兩個(gè)部分，其一為理論課程，其二為實(shí)踐課程。在理論課程教學(xué)中，須詳細(xì)介紹課程概論、Python 安裝方法、數(shù)據(jù)類型、格式化輸出、循環(huán)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、函數(shù)、文件類操作方法等。在實(shí)踐課程教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)為學(xué)生介紹Python安裝方法、示例類程序、Math 庫(kù)使用方法等，在指導(dǎo)學(xué)生自主練習(xí)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將選擇、循環(huán)作為重點(diǎn)，比如π的運(yùn)算方法、列表排序、文本文件讀寫、數(shù)據(jù)組合練習(xí)等。在具體的教學(xué)活動(dòng)中，應(yīng)當(dāng)合理安排理論課程和實(shí)踐課程的學(xué)時(shí)。在基礎(chǔ)教學(xué)完成后，為考查學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，可組織開展知識(shí)點(diǎn)考核活動(dòng)，考核重點(diǎn)包括Python 判斷結(jié)構(gòu)、單層循環(huán)結(jié)構(gòu)、格式化輸出等。在各類程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中，Python 是十分重要的組成部分。Python 的學(xué)習(xí)方法比較簡(jiǎn)單，為了幫助學(xué)生強(qiáng)化對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，提升Python 運(yùn)用能力，應(yīng)當(dāng)為學(xué)生詳細(xì)介紹Python 的語(yǔ)法知識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生將Python 應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的分析、求解中，據(jù)此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及計(jì)算思維。

2.MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂

在Python 教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)為學(xué)生準(zhǔn)備豐富的學(xué)習(xí)資源，提升教學(xué)質(zhì)量?，F(xiàn)如今，智能手機(jī)已經(jīng)被廣泛使用，學(xué)生可利用智能手機(jī)學(xué)習(xí)Python。在Python 教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)指導(dǎo)學(xué)生在課堂教學(xué)前自主預(yù)習(xí)，對(duì)預(yù)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題做好詳細(xì)的記錄，然后觀看MOOC以及SPOC 中的教學(xué)視頻資料，讓學(xué)生帶著問(wèn)題觀看并思考。對(duì)于重難點(diǎn)知識(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要反復(fù)觀看，強(qiáng)化記憶效果。另外，還可以鼓勵(lì)學(xué)生在教學(xué)平臺(tái)中參與討論，與教師和其他同學(xué)溝通交流，分享知識(shí)點(diǎn)，共同對(duì)學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行討論，并將自身的學(xué)習(xí)體會(huì)進(jìn)行交流，教師給予及時(shí)的指導(dǎo)。通過(guò)以上方法，可以有效提升Python 的學(xué)習(xí)效果。我國(guó)積極推進(jìn)教育教學(xué)體制改革創(chuàng)新，在計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)中，可將MOOC 與SPOC 以及“翻轉(zhuǎn)課堂”進(jìn)行有效結(jié)合，據(jù)此形成新型教學(xué)模式，將優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源與傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行有效結(jié)合，保障學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，調(diào)整學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和自主學(xué)習(xí)意識(shí)，在日常學(xué)習(xí)、生活中充分利用智能手機(jī)學(xué)習(xí)Python。比如，在Python“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)中，很多學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性比較高，自主參與到“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)中。在課堂教學(xué)前，教師可指導(dǎo)學(xué)生利用MOOC 以及SPOC 進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，通過(guò)預(yù)習(xí)明確課堂教學(xué)重難點(diǎn)，對(duì)Python 知識(shí)點(diǎn)獲得初步了解，為后續(xù)課堂教學(xué)奠定基礎(chǔ)。另外，在課堂教學(xué)時(shí)，可采用團(tuán)隊(duì)合作教學(xué)模式，將全班學(xué)生劃分為若干個(gè)小組，將具有不同特點(diǎn)的學(xué)生組合在一起，鼓勵(lì)小組成員展示學(xué)習(xí)成果。比如教師可為學(xué)生出示一段數(shù)字，要求學(xué)生對(duì)這段數(shù)字進(jìn)行分析，并找出素?cái)?shù)，在問(wèn)題求解計(jì)算中，可設(shè)計(jì)基本算法，并應(yīng)用第三方NumPy 庫(kù)進(jìn)行加速運(yùn)算。通過(guò)應(yīng)用創(chuàng)新型教學(xué)模式，可充分發(fā)揮MOOC 與SPOC 以及“翻轉(zhuǎn)課堂”的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)學(xué)生自主分析和解決問(wèn)題的能力，引導(dǎo)學(xué)生積極參與課堂教學(xué)，據(jù)此創(chuàng)建高效課堂，提高教學(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

3.開設(shè)班級(jí)博客

為了保證Python 課堂教學(xué)效率以及教學(xué)質(zhì)量，可將博客應(yīng)用于Python 教學(xué)中，并開展測(cè)試活動(dòng)，可組織專家參與測(cè)試活動(dòng)，保證測(cè)試的科學(xué)性。Python 課程教師負(fù)責(zé)開設(shè)班級(jí)博客，然后再邀請(qǐng)學(xué)生加入班級(jí)博客中。在班級(jí)博客中，學(xué)生可自由發(fā)布相關(guān)博文，在發(fā)布完成后，即可自動(dòng)顯示在班級(jí)博客的列表中，教師可直接閱讀博文并做出評(píng)價(jià)。另外，通過(guò)對(duì)班級(jí)博客的使用功能以及作業(yè)功能進(jìn)行分析，在班級(jí)博客的使用過(guò)程中，不會(huì)對(duì)學(xué)生發(fā)布的內(nèi)容做出限制，學(xué)生可根據(jù)實(shí)際情況自由發(fā)表感興趣的話題、內(nèi)容，與全班同學(xué)和教師共同分享，幫助學(xué)生拓展知識(shí)點(diǎn)。通過(guò)充分發(fā)揮班級(jí)博文的重要作用，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表優(yōu)秀博文，便于學(xué)生更好地掌握Python知識(shí)點(diǎn)，拓展計(jì)算思維，強(qiáng)化問(wèn)題分析、解決能力。

4.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

為了能夠培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，提高學(xué)生問(wèn)題分析、解決能力。在Python 教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)指導(dǎo)學(xué)生掌握多種數(shù)據(jù)庫(kù)的使用方法，并設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)，通過(guò)采用實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式提升學(xué)生創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。比如在Python 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可將Arduion、Python、MAX30100 心率血氧數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在課堂教學(xué)中，首先為學(xué)生介紹開源硬件Arduino UNOR3 的基本原理，然后再將接觸人的手指通過(guò)心率血氧傳感器MAX30100 接入進(jìn)去，據(jù)此即可采集到血氧數(shù)據(jù)以及心率數(shù)據(jù)，再通過(guò)串口上位機(jī)Python 即可完成數(shù)據(jù)傳輸，在數(shù)據(jù)傳輸完成后進(jìn)行整理分析，即可根據(jù)結(jié)果繪制血樣圖。在本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所應(yīng)用的Python 形式比較多，包括MatPlotliP、PySerial 以及turtle 等。在課堂教學(xué)中，要求學(xué)生能夠掌握turtle 庫(kù)的使用方法、文件讀寫方法、繪圖技巧、網(wǎng)絡(luò)爬蟲、PySeial 庫(kù)使用、Arduino 使用等。在上述課程教學(xué)中，將Python 教學(xué)中的各類軟件、硬件融合于實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，要求學(xué)生能夠扎實(shí)掌握Python 基礎(chǔ)知識(shí)，并將其應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題解決中。為了提高教學(xué)效率，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持循序漸進(jìn)的原則，逐步培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生能夠盡快形成計(jì)算思維。另外，通過(guò)為學(xué)生介紹Arduino 編程方法，可顯著提升C++語(yǔ)言的應(yīng)用效果，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中掌握更多的Python 知識(shí)要點(diǎn)。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的便捷性，在本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)中為學(xué)生提供Arduino 示例代碼，學(xué)生可根據(jù)實(shí)際需要直接應(yīng)用，或者對(duì)Arduino 程序代碼進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，高效完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

5.Python課程與學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際相契合

只有激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，才能夠使學(xué)生積極主動(dòng)地參與Python 學(xué)習(xí)中。為了保證課程教學(xué)的有效性，在Python 教學(xué)前，教師可采用問(wèn)卷調(diào)查的方式了解學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)需求，便于制定針對(duì)性教學(xué)策略，提高課堂教學(xué)的實(shí)效性。同時(shí)，教師要結(jié)合不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)接受能力，實(shí)施分層教學(xué)，根據(jù)每個(gè)層次的學(xué)生特點(diǎn)布置相應(yīng)的作業(yè)，使學(xué)習(xí)的知識(shí)內(nèi)容和作業(yè)都在學(xué)生的能力范圍之內(nèi)，這樣既保證了學(xué)習(xí)的實(shí)效，又不增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)，使他們保持對(duì)學(xué)習(xí)的興趣。在實(shí)際教學(xué)中，教師要將學(xué)生對(duì)Python 課程的學(xué)習(xí)興趣作為出發(fā)點(diǎn)，據(jù)此開展Python 教學(xué)活動(dòng)，采取各種行之有效的教學(xué)手段，打造高效課堂。在實(shí)際教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)：一是關(guān)注各項(xiàng)細(xì)節(jié)內(nèi)容。比如為學(xué)生介紹華氏溫度和攝氏溫度的轉(zhuǎn)換方法，首先要介紹二者的概念和起源以及它們的不同特點(diǎn)，據(jù)此激發(fā)學(xué)生對(duì)于字符串處理以及聯(lián)系選擇結(jié)構(gòu)編程的學(xué)習(xí)興趣；二是教學(xué)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)符合學(xué)生實(shí)際情況。比如在為學(xué)生介紹文本詞頻、分詞講解時(shí)，為了提升教學(xué)質(zhì)量，教師可以選擇不同難度的知識(shí)內(nèi)容，提高學(xué)生的辨識(shí)度，使他們能夠根據(jù)各自的能力獲得知識(shí)內(nèi)容；三是提高教學(xué)的實(shí)戰(zhàn)性。為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，教師可選擇真題，增加挑戰(zhàn)意味，利用多媒體向?qū)W生介紹詞頻，讓知識(shí)變得簡(jiǎn)易化、明晰化，減少學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。同時(shí)，教師要采取多種教學(xué)方式，使得學(xué)生能夠掌握Python 學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，提升教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

總之，隨著時(shí)代的發(fā)展，在計(jì)算機(jī)學(xué)科教學(xué)中，要求不斷推進(jìn)教學(xué)改革。尤其是在Python 教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)避免采用傳統(tǒng)的編程教學(xué)模式，為學(xué)生介紹Python 的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和重要作用，然后對(duì)教學(xué)理念和模式進(jìn)行創(chuàng)新調(diào)整，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及思維模式，并強(qiáng)化引導(dǎo)，為學(xué)生創(chuàng)建高效課堂，全面提升Python 教學(xué)質(zhì)量，幫助學(xué)生培養(yǎng)計(jì)算思維。