許丹楊

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

在計算機(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。計算機(jī)教學(xué)包含兩個部分，其一是課程教學(xué)，其二是上機(jī)實踐教學(xué)。在Python 教學(xué)中，教師通過開展課程教學(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；而在上機(jī)實踐教學(xué)中，更加注重對于學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生能夠靈活應(yīng)用計算思維自主解決各類問題，提升Python 知識的應(yīng)用能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提高。因此，對Python 教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計算思維的教學(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)實踐經(jīng)驗，提出自己的觀點和看法，并與相關(guān)研究者進(jìn)行交流，以期為Python 課程教學(xué)與實踐的提升提供參考。

一、計算思維概述

科學(xué)思維是人類理性認(rèn)識世界的過程，首先在感性階段獲取豐富材料，再對各類信息進(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)而反映出某個事物的本質(zhì)規(guī)律。在科學(xué)思維中，計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、實驗以及計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。

計算思維指的是利用計算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)概念對問題進(jìn)行計算和分析的活動，具有抽象性和自動化特征。在工業(yè)革命時代，機(jī)器技術(shù)不斷創(chuàng)新，逐漸替代傳統(tǒng)的手工勞動，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。在信息革命時代，計算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，大量計算機(jī)組成互聯(lián)網(wǎng)，并成為通信的重要載體。通過應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)，可對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫男畔⒑椭R。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋憬菪?，通信技術(shù)以計算思維為基礎(chǔ)不斷創(chuàng)新。在未來的機(jī)器智能時代，通過將計算思維應(yīng)用于編程中，可實現(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。通過上述分析可見，由于人類社會不斷發(fā)展，計算思維已逐漸發(fā)展成為人類適應(yīng)社會變化所必須具備的技能。

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

二、Python的特點

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

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。Python 為腳本語言，直接運行源代碼即可完成執(zhí)行，因此，程序運行與源代碼密切相關(guān)。與C 語言相比，Python 中的計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)元素比較簡單，對于各類變量，可直接使用，無須定義，并且可通過解釋器自動匹配。Python 內(nèi)部可應(yīng)用UTF-8 編碼實現(xiàn)，語言文本操作簡單，支持中文。

三、Python教學(xué)中存在的問題

1.認(rèn)知不足

近年來，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)生對于Python 的功能已具備基礎(chǔ)了解，但是對于Python 的應(yīng)用領(lǐng)域依然不夠明確，對于其未來的發(fā)展，有些認(rèn)識不清，缺少足夠的前景展望。

2.重語法輕語義

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

3.算法教學(xué)較少

在很多計算機(jī)編程語言教學(xué)中，算法是十分重要的基礎(chǔ)知識，同時也是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的關(guān)鍵。對此，在計算機(jī)課程教學(xué)中，教師一般將算法作為程序設(shè)計教學(xué)的引入部分。比如，在程序設(shè)計教學(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，很多教師沒有關(guān)注到對學(xué)生計算思維能力的培養(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行，而在此過程中，學(xué)生的應(yīng)用能力依然比較低，無法將專業(yè)知識應(yīng)用于實際問題分析解決中，并且很多學(xué)生沒有對解決問題的重要性、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)生無法充分利用自身思維進(jìn)行學(xué)習(xí)和獨立思考，不利于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

四、基于計算思維的Python課程教學(xué)策略

1.Python語法的快速學(xué)習(xí)

為了幫助學(xué)生更好地掌握Python，同時使學(xué)生能夠利用Python 解決各類實際問題，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，在課堂教學(xué)中，教師首先應(yīng)為學(xué)生介紹基礎(chǔ)的Python 語法和其他知識點。課程內(nèi)容共包含兩個部分，其一為理論課程，其二為實踐課程。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 庫使用方法等，在指導(dǎo)學(xué)生自主練習(xí)時，應(yīng)當(dāng)將選擇、循環(huán)作為重點，比如π的運算方法、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)活動中，應(yīng)當(dāng)合理安排理論課程和實踐課程的學(xué)時。在基礎(chǔ)教學(xué)完成后，為考查學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，可組織開展知識點考核活動，考核重點包括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)計語言中，Python 是十分重要的組成部分。Python 的學(xué)習(xí)方法比較簡單，為了幫助學(xué)生強(qiáng)化對于基礎(chǔ)知識點的掌握情況，提升Python 運用能力，應(yīng)當(dāng)為學(xué)生詳細(xì)介紹Python 的語法知識，指導(dǎo)學(xué)生將Python 應(yīng)用于實際問題的分析、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)，對預(yù)習(xí)過程中遇到的問題做好詳細(xì)的記錄，然后觀看MOOC以及SPOC 中的教學(xué)視頻資料，讓學(xué)生帶著問題觀看并思考。對于重難點知識，可根據(jù)實際需要反復(fù)觀看，強(qiáng)化記憶效果。另外，還可以鼓勵學(xué)生在教學(xué)平臺中參與討論，與教師和其他同學(xué)溝通交流，分享知識點，共同對學(xué)習(xí)中的重點和難點進(jìn)行討論，并將自身的學(xué)習(xí)體會進(jìn)行交流，教師給予及時的指導(dǎo)。通過以上方法，可以有效提升Python 的學(xué)習(xí)效果。我國積極推進(jìn)教育教學(xué)體制改革創(chuàng)新，在計算機(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，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)，通過預(yù)習(xí)明確課堂教學(xué)重難點，對Python 知識點獲得初步了解，為后續(xù)課堂教學(xué)奠定基礎(chǔ)。另外，在課堂教學(xué)時，可采用團(tuán)隊合作教學(xué)模式，將全班學(xué)生劃分為若干個小組，將具有不同特點的學(xué)生組合在一起，鼓勵小組成員展示學(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)生對這段數(shù)字進(jìn)行分析，并找出素數(shù)，在問題求解計算中，可設(shè)計基本算法，并應(yīng)用第三方NumPy 庫進(jìn)行加速運算。通過應(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，培養(yǎng)學(xué)生自主分析和解決問題的能力，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)生的計算思維。

3.開設(shè)班級博客

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，并開展測試活動，可組織專家參與測試活動，保證測試的科學(xué)性。Python 課程教師負(fù)責(zé)開設(shè)班級博客，然后再邀請學(xué)生加入班級博客中。在班級博客中，學(xué)生可自由發(fā)布相關(guān)博文，在發(fā)布完成后，即可自動顯示在班級博客的列表中，教師可直接閱讀博文并做出評價。另外，通過對班級博客的使用功能以及作業(yè)功能進(jìn)行分析，在班級博客的使用過程中，不會對學(xué)生發(fā)布的內(nèi)容做出限制，學(xué)生可根據(jù)實際情況自由發(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)生拓展知識點。通過充分發(fā)揮班級博文的重要作用，鼓勵學(xué)生發(fā)表優(yōu)秀博文，便于學(xué)生更好地掌握Python知識點，拓展計算思維，強(qiáng)化問題分析、解決能力。

4.創(chuàng)新實驗

為了能夠培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，提高學(xué)生問題分析、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)庫的使用方法，并設(shè)計綜合性實驗，通過采用實驗教學(xué)方式提升學(xué)生創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。比如在Python 實驗教學(xué)中，可將Arduion、Python、MAX30100 心率血氧數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)作為實驗內(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。在本次實驗教學(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 庫的使用方法、文件讀寫方法、繪圖技巧、網(wǎng)絡(luò)爬蟲、PySeial 庫使用、Arduino 使用等。在上述課程教學(xué)中，將Python 教學(xué)中的各類軟件、硬件融合于實驗課程教學(xué)中，要求學(xué)生能夠扎實掌握Python 基礎(chǔ)知識，并將其應(yīng)用于實際問題解決中。為了提高教學(xué)效率，應(yīng)當(dāng)堅持循序漸進(jìn)的原則，逐步培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，使學(xué)生能夠盡快形成計算思維。另外，通過為學(xué)生介紹Arduino 編程方法，可顯著提升C++語言的應(yīng)用效果，使學(xué)生在實驗教學(xué)中掌握更多的Python 知識要點。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的便捷性，在本次實驗教學(xué)中為學(xué)生提供Arduino 示例代碼，學(xué)生可根據(jù)實際需要直接應(yīng)用，或者對Arduino 程序代碼進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，高效完成實驗任務(wù)。

5.Python課程與學(xué)生學(xué)習(xí)實際相契合

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，便于制定針對性教學(xué)策略，提高課堂教學(xué)的實效性。同時，教師要結(jié)合不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)接受能力，實施分層教學(xué)，根據(jù)每個層次的學(xué)生特點布置相應(yīng)的作業(yè)，使學(xué)習(xí)的知識內(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)的實效，又不增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)，使他們保持對學(xué)習(xí)的興趣。在實際教學(xué)中，教師要將學(xué)生對Python 課程的學(xué)習(xí)興趣作為出發(fā)點，據(jù)此開展Python 教學(xué)活動，采取各種行之有效的教學(xué)手段，打造高效課堂。在實際教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)注意以下幾點：一是關(guān)注各項細(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，據(jù)此激發(fā)學(xué)生對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)生實際情況。比如在為學(xué)生介紹文本詞頻、分詞講解時，為了提升教學(xué)質(zhì)量，教師可以選擇不同難度的知識內(nèi)容，提高學(xué)生的辨識度，使他們能夠根據(jù)各自的能力獲得知識內(nèi)容；三是提高教學(xué)的實戰(zhàn)性。為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，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，讓知識變得簡易化、明晰化，減少學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。同時，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，提升教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

總之，隨著時代的發(fā)展，在計算機(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)勢和重要作用，然后對教學(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)計算思維。