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Python语言程序设计教学案例新思维
资料介绍
Python语言简洁、高效和生态的3个特点能够较好地培养大学生解决计算问题的思维和能力。文章首先提出一种培养程序设计思维能力的教学案例设计新思维,该思维“面向问题、引发兴趣、培养能力、引导创新”;其次,以Python语言程序设计入门课程为例,介绍交替开展“有趣”和“有用”案例教学的方式,设计出“海龟绘图作品”和“人物出场统计”两个阶段案例及教学实践方案;最后,展示该方案在北京理工大学开展教学实践的效果及部分学生作品。实践表明,在程序设计教学案例新思维指导下的Python语言教学案例设计显著提高了学生学习程序设计的兴趣,激发了学生的创新意识和创造性,取得了良好的教学效果。
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（完整内容请下载后查看）第 12 期
计 算 机 教 育
Computer Education
2017 年 12 月 10 日
11
专题策划
G642
中图分类号：
文章编号：1672-5913(2017)12-0011-04
Python 语言程序设计教学案例新思维
1
嵩 天 ，黄天羽2
（1. 北京理工大学计算机学院，北京100081；
2. 北京理工大学软件学院，北京100081）
摘要： Python语言简洁、高效和生态的3个特点能够较好地培养大学生解决计算问题的思维和能力。
文章首先提出一种培养程序设计思维能力的教学案例设计新思维，该思维“面向问题、引发兴趣、培
养能力、引导创新”；其次，以Python语言程序设计入门课程为例，介绍交替开展“有趣”和“有用”
案例教学的方式，设计出“海龟绘图作品”和“人物出场统计”两个阶段案例及教学实践方案；最后，
展示该方案在北京理工大学开展教学实践的效果及部分学生作品。实践表明，在程序设计教学案例新
思维指导下的Python语言教学案例设计显著提高了学生学习程序设计的兴趣，激发了学生的创新意识
和创造性，取得了良好的教学效果。
关键词：程序设计；Python语言；教学案例；新思维；计算生态
2016 年，教育部高等学校大学计算机课程
语法逻辑，可以进行语句级、面向过程和面向对
象的程序开发，变量类型使用无需定义，强制缩
教学指导委员会发布了《大学计算机基础课程教
[1]
学基本要求》（简称《基本要求》） 。《基本要求》 进能显著提高可读性；相比其他语言，Python 能
首次建议将Python 语言作为首门程序设计课程
的教学语言，在其推动下，国内高校逐步开设了
Python 语言，成为教学改革热点。与此同时，构
建Python 语言教学案例就成为教学进程中必不
可少的环节。我们认为，Python 语言并非其他编
程语言的简单替代，而是伴随计算机技术发展时
代变化的必然选择[2]。因此，在构建教学案例时，
要充分结合Python 语言特点，采用新思维进行
设计，而不应将其他编程语言已有案例进行简单
移植。因为只有采用新思维设计的案例才能让学
生认识到Python 语言的价值，并体会到程序设
计过程的快乐。
更加纯粹地表达算法和程序逻辑意图。
（2）高效：Python 代码编写高效。同样功能
的计算任务，Python 语言实现的代码行数约是
C 语言的10% 左右；程序越复杂，Python 越具
有优势，而更少的代码行数意味着更高的编程效
率、更少的调试代价和更短的实现时间。
（3）生态：Python 具有全球最大的单一程序
语言计算生态，是一门计算生态语言。截至2017
年11 月，Python 语言提供超过12 万个第三方库，
几乎覆盖计算的各个领域，已有功能简洁实用，
避免“重复造轮子”，进一步提高了编程效率。
针对Python 语言上述特点，北京理工大学
相比其他语言，Python 具有3 个明显的优势： 提出“理解和运用计算生态”的教学理念和实施
-
4]
简洁、高效和生态。
方案[3 ，得到全国众多高校的积极响应，许多
（1）简洁：Python 语法简洁，却具有完整的
高校以此为基础开展了大量的教学设计和教学实
基金项目：北京高等学校青年英才计划项目（No.688）；2016年教育部产学合作协同育人项目（No.201601005011，
No.201602002003）；北京理工大学优秀青年教师资助计划；2016年全国高校计算机基础教育研究会教学改革课题
（No.2016048）。
第一作者简介：嵩天，男，副教授，研究方向为计算机网络、网络信息安全、计算机系统结构，songtian@ bit.edu.cn。
计 算 机 教 育
Computer Education
12
2017
表1 教学案例设计思维比较
践，并取得一批优秀的教学成果。本文将进一步
探讨Python 语言程序设计教学案例设计的新思
维及实施效果。
视角
传统思维
新思维
服务教学，讲解知
识点
案例目的
解决问题，不限于知识点
确定输入输出，便 不确定输出，发挥学生的
创造力
1 程序设计教学案例新思维
案例形式
于自动评阅
1.1 教学案例新思维的产生背景
案例来源
案例开放性
案例规模
教师完全构造
教师基本构造，学生驱动
计算机程序设计已经成为当代信息社会的基
础技术方法之一，基于计算机的计算思维也成为
与逻辑思维和实证思维并列的第三种思维范式。
随着云计算、物联网、移动互联网、大数据、人
工智能等重大技术和科技需求的不断发展，人
们对计算问题及程序设计的认识发生了根本的转
变，从以知识验证为主的问题求解转变为面向实
际问题解决为主的计算求解。这种根本转变反映
了信息技术对人类生活和工作的影响程度，在未
来的10～20 年中，这种影响程度将更加深入，甚
至将引发一批非信息类工作的消亡。
对知识点闭包，教 对知识点发散，师生讨论
式学习
师能讲解
控制规模
不限规模，发挥想象
面向问题和需求，有趣和
有用
案例意义
围绕知识点教学
动评阅，且案例完全由教师设计，可重点讲解。
这是传统课堂教学思路在程序设计课程中的具
体反映。新思维则希望程序设计教学案例用于服
务问题解决，案例对应大类知识体系，但不限于
个别知识点；案例可以激发学生的创造力，而不
是统一的固定输出形式；案例要有一定的运用空
间，不限制规模，从有趣和有用两个方面引导学
生学习。
对于高校程序设计类课程，这种认识转变所
带来的直接影响是学生的学习期待将不断增长。
现阶段，学生对网络爬虫、数据处理、机器学
习、人工智能等计算问题十分关注，希望通过程
序设计课程掌握相关技能。然而，以C语言为例，
传统的教学案例以字符打印输出、数列计算、基
本文件读写等作为主要内容，学习期待与实际问
题相差较大，客观上影响了教学质量的提升。
程序设计教学案例新思维产生于计算时代发
展新阶段的背景下，以符合时代发展的应用需求
为对象，主张设计既能满足学生期待又符合学生
认知水平以及程序设计教学规律的教学案例，兼
顾兴趣和创新，培养学生通过程序设计解决问题
的能力。
程序设计教学案例新思维要“面向问题、引
发兴趣、培养能力、引导创新”。其中，问题、
兴趣、能力和创新4 个要素兼具，面向问题是原
则，引发兴趣和培养能力是手段，引导创新是目
的。结合实际教学，我们发现，兴趣、能力和创
新是相辅相成的关系，当采用创新型教学案例
时，学生的兴趣和能力会快速提高，而兴趣和能
力的提高又为进一步创新引导提供坚实基础。
1.3 新思维的适用性与Python 计算生态
针对程序设计课程教学，案例教学新思维
具有普遍的适用性，即适用于各种编程语言教
学案例的实践，然而，从各编程语言生态性考
虑，Python 语言具有最佳适用性，主要有以下3
个原因。
1.2 教学案例新思维的阐述
为了更好地阐述程序设计教学案例新思维，
表1 给出不同视角下传统思维和新思维的对比。
程序设计教学案例新思维是一整套视角，从
案例设计目的、形式、来源、开放性、规模和意
义多角度进行综合诠释，核心理念在于设计教学
案例需要符合时代对问题求解和创新的要求，满
足学生对程序设计课程的学习预期。
第一，Python 语言符合计算机技术发展阶段。
Python 语言是一门通用语言，尤其适合在云计
算、物联网、移动互联网、大数据、人工智能等
重大技术和应用需求下完成功能开发，更符合学
生对编程应用的预期。Python 语言不仅符合计算
机技术发展方向，也是面向未来的教学内容，最
传统思维下，程序设计教学案例用于服务知
识点讲解，案例需要有确定的输入输出，便于自
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