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Python语言教学中问题解决能力和创新能力的培养实践
资料介绍
针对在财经类大学非计算机专业计算机公共课程中培养计算思维、解决问题能力和创新能力的问题,分析引入Python程序设计的优势,提出Python语言教学的四段教学法和演化式案例教学法,从心理认知机制角度探索培养计算思维、问题解决能力和创新能力的教学模式和方法。
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（完整内容请下载后查看）第9 期
计 算 机 教 育
Computer Education
6
2017 年9 月10 日
G642
中图分类号：
文章编号：1672-5913(2017)09-0006-05
Python 语言教学中问题解决能力和创新能力的
培养实践
赵 霞1，张 珣 1，韩忠明1，嵩 天2
（1. 北京工商大学 计算机与信息工程学院 食品安全大数据技术北京市重点实验室，北京 100048 ；
2. 北京理工大学 计算机学院，北京 100081）
摘 要：针对在财经类大学非计算机专业计算机公共课程中培养计算思维、解决问题能力和创新能力
的问题，分析引入 Python 程序设计的优势，提出 Python 语言教学的四段教学法和演化式案例教学法 ,
从心理认知机制角度探索培养计算思维、问题解决能力和创新能力的教学模式和方法。
关键词：课程改革；Python 语言；计算思维；创新能力；解决问题能力
计语言或者软件工具，将抽象概念和解决问题的
1 背 景
方法变成程序或者操作步骤的能力。因此，非计
对于非计算机专业人才培养的计算机技术课
算机专业的计算机公共课需要选择合适的教学内
程教学定位，近年来国内外教学领域已经形成共
容和教学模式作为计算思维和能力培养的载体，
识，即计算机技术课程的核心价值就是培养学生
降低学生在理解计算机系统上的难度，并体现出
的计算思维，培养学生用计算机解决问题的能
计算思维中计算、抽象、自动化等核心概念；更
力，应该以计算思维为导向进行计算机技术课
需要给学生提供易于掌握的工具载体，使学生在
程的教学改革[1 。在共识基础上，如何将计算
思维培养在程序设计课程教学中落地是一个重要
问题，由此带来一系列值得思考的问题：怎样结
合程序设计内容培养非计算机专业学生的计算思
维？如何结合学生所在专业（如注册会计、国际
贸易、金融、食品工程、机械等）需求，培养学
生使用程序解决问题的能力，同时提升学生的创
新意识和创新能力？
-4]
学习和实践中能够体会到“具体问题抽象化，抽
象解决方案具体化”的全过程。
2 研究现状
计算思维最早由周以真（Jeannette M. Wing）
教授准确提出并完整阐述[5]。计算思维是运用计
算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以
及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系
列思维活动。这些基础概念包括仿真、递归、并
行、抽象、分解、建模、启发式推理、规划、学
习、调度等，希望人们能够通过运用计算思维在
各自的学科领域里面进行创造性的科学发现与技
术创新。
对于非计算机专业人才培养而言，计算思维
教育的目的是培养一种思维习惯和用计算机解决
问题的能力，像计算机科学家一样思考、分析和
解决问题，面对具体而复杂的现实世界抽象出信
息处理的概念，基于概念来分析、综合和演绎问
题，进一步找出解决问题的方法；在实践层面体
现为利用计算机解决问题的能力，即利用程序设
国内许多高校都在寻求计算思维培养在程序
基金项目：北 京 市 教 委 科 研 计 划 面 上 项 目“分 布 式 大 数 据 处 理 平 台 任 务 调 度 优 化 方 法 及 应 用 研 究 ”
（KM201510011009）。
第一作者简介：赵霞，女，副教授，研究方向为大数据处理系统软件、高效能系统软件、智能视频监控软件等，
。
专题策划
第9 期
7
设计课程上的具体落地途径。能够讲授C 语言课
程的师资力量相对充足，因此许多高校开设C 语
言程序设计，采用传统的教学模式，从数据类型
开始由浅入深讲解知识点，并配以大量的针对知
识点的编程训练，然而C 语言体现的是“计算机
系统结构时代”的计算思维外延[6]，主要培养程
序的高效运行模式，其底层系统级的特性更适合
计算机专业学生学习。对于刚入学的非计算机专
业学生尤其是文科类专业学生，通过C 语言培养
良好的计算思维能力会遇到较大困难，主要有3
个原因：①高中阶段的数学、逻辑及抽象思维训
练尚未让学生达到顺畅理解C 语言的程度，表现
为学生对编程还“没有感觉”，学习C 语言相对
困难；②计算机体系结构相关知识和C 语言语法
的复杂性进一步增加了学习困难；③非计算机专
业学生的专业学习和未来工作缺少C 语言的应用
场景，导致学生的学习动力不足。为了取得更好
的C 语言教学效果，教师需要在教学内容和教学
方法上投入“更多”的时间和精力才能“略微”
提高学生的学习兴趣。
学最早从2013 年开始面向非计算机专业开设相
关课程，随后，南京大学、哈尔滨工业大学、中
南大学等也相继开设课程。截止2017 年6 月，
全国近百所高校相继开设针对非计算机专业的
Python 语言课程，国内教学改革如火如荼。在教
育部爱课程网中国大学MOOC 平台上，出现了
多门Python 语言相关MOOC 课程，在小象学院、
实验楼、优才学院等商业互联网+ 教学平台上，
也出现了几十门Python 相关的课程，年均学习
人数超过20 万。
面对Python 语言的迅速发展和普及以及互联
网上丰富的教学资源和在线学习课程，国内高校
面临程序设计课程教学改革的难得机遇。北京工
商大学从2016 年开始尝试把Python 教学引入非
计算机专业的计算机技术课程，已有教学实践表
明，Python 语言程序设计不仅是计算思维培养的
良好载体，而且利用Python 特有的计算生态和
优秀案例、基于MOOC 和SPOC 的混合教学模
式所衍生出来的创造性思维和能力培养成果，也
是令人鼓舞的。
Python 语言是一门发展了近30 年的通用编
程语言，语法简单，接近自然语言，是使学习者
不需要了解计算机底层知识而更多关注应用计
算机解决问题的思路和方法，是“复杂信息系统
时代”最直观的表达工具，降低了学习的门槛。
Python 语言发展成熟，全部开源，大量第三方
扩展库为各个学科领域的专业问题处理提供方便
易用的支持，学生可将其与各专业业务需求相结
合，快速编写解决复杂问题的可用程序和软件，
特别在图形图像、人工智能、数据处理和可视化
等方面有得天独厚的优势。
3 计算思维从零开始：四段教学法
面对不知道计算机编程是什么及其跟自己所
学专业有什么关系的学生讲授Python 语言程序
设计，如何设计教学内容、节奏和方式，是一个
挑战。笔者在两年的教学经历中总结出一个四段
教学的基本模式，即把一个学期的教学过程从预
备级到高级划分为4 个阶段——认识、会读、会
写、会解决问题，每个阶段的目标、做法、具体
目标见表1。
第1 阶段是认识Python，为期2 周。课堂教
学介绍计算机基础知识和Python 基础知识的同
时，演示各种小例子程序。课后作业是让学生执
Python 语言是目前美国大学最受欢迎的程序
设计语言，成为金融、商业、化学、工程等非计
算机专业的首选语言课程。在我国，北京理工大
表1 Python 语言程序设计的四段教学模式
阶段目标
章节
1、2
做法
具体目标
预备级：认识Python
初级：会读程序
中级：会写程序
带学生玩现成的例子
理解IPO；形成“Python程序蛮有趣”的认知
2、3
拆解、修改例题；演绎解决问题的过程 理解问题和程序的演化；训练计算思维
4、5、6
纠错：对齐、冒号；增量式编程
增量式编程；课外平台训练
理解逻辑流程与程序构造；训练逻辑、严谨性
理解问题建模、算法与数据结构；训练系统性、
优化、规范化
高级：会解决问题
7、8、9、10
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