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Python课程助力计算思维和创新能力培养

更新时间：2019-12-26 14:31:36 大小：615K 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：python 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对大学计算机基础课程培养学生计算思维能力的目标,分析Python语言的优势,探讨Python作为程序设计课程教学语言如何培养学生的计算思维和创新能力。


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Python课程助力计算思维和创新能力培养.pdf 615K

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第9 期  
计 算 机 教 育  
Computer Education  
2017 年9 月10 日  
11  
G642  
中图分类号：  
文章编号：1672-5913(2017)09-0011-04  
Python 课程助力计算思维和创新能力培养  
肖胜刚，袁 方，安海宁  
（河北大学 计算机教学部，河北 保定 071002）  
摘 要：针对大学计算机基础课程培养学生计算思维能力的目标，分析 Python 语言的优势，探讨  
Python 作为程序设计课程教学语言如何培养学生的计算思维和创新能力。  
关键词：Python；计算机基础课程；计算思维；创新能力  
是非计算机专业的学生，选择一门入门难度低、  
1 背 景  
学习难度曲线适中、功能强大、应用范围广的程  
自2006年卡内基· 梅隆大学周以真（Jeannette  
M. Wing）教授提出并阐释了“计算思维”[1] 概念  
序设计语言非常重要。  
Python 语言由荷兰人Guido van Rossum 于  
1989 年设计，并于1991 年发布第一个版本[6]，其  
以来，把培养学生计算思维能力作为目标已经成  
为大学计算机教育工作者的共识[2]。计算机基础  
读，具有丰富和强大的类库[7]，应用非常广泛，  
课肩负着培养大学生——特别是非计算机专业大  
最新版本为3.x。Python 语言语法简洁、清晰、易  
学生计算思维能力的重要责任，同时，计算机基  
是一门非常适合低年级及非计算机专业大学生学  
习、培养其计算思维和提高创新能力的编程语言。  
2.1 语言特点  
-4]  
础课也肩负着培养大学生创新能力的责任[3 。  
《大学计算机基础课程教学基本要求》（2016 版）  
指出：计算思维的核心概念是经过高度概括和  
理论总结的，还不能成为直接的教学材料，其  
培养要渗透在传授学科知识、训练应用能力的  
过程中[5]。计算机教育工作者在“计算思维”概  
念落地上进行了广泛而深入的研究与探索。程序  
设计自身具有逻辑严谨、实践性强的特点，适合  
作为加强培养学生计算思维能力的课程，也适合  
学生依托程序设计实现专业构思、解决专业问  
题，培养和提高自身的创新能力。  
Python 是一种解释性的编程语言，其特点  
是轻语法、重解决问题。Python 语言的设计哲  
学是简洁、优雅、易使用。这决定了学生在学  
习Python 时，学习难度曲线起点低，容易入门。  
为了保证Python 程序代码的优雅性和易读性，  
Python 语言采用强制缩进方式，易于学生阅读和  
学习他人的代码。  
在使用计算机程序解决实际问题时，编程  
语言本质上是解决问题的工具，问题能不能被解  
决，更多的在于解决问题的思路和专业知识，编  
程语言在解决实际问题时的作用是浮在水面上的  
冰山一角，水面之下看不到的大部分，是解决问  
题所需的专业知识和能力。Python 语言正是这样  
的一种工具，易学、易用、使用范围广。借助计  
算机程序解决实际问题时，可以让学生将更多的  
精力放在要解决的问题上，而不是将大量时间耗  
费在学习语法知识及其使用等内容上。  
2 Python语言的优势  
当前，大学计算机程序设计类课程可供选  
择的高级语言种类很多，常见的包括C、C++、  
C#、Java、PHP、Basic、Python 等。这些编程语  
言各有其特点和应用领域。不同编程语言的学习  
难度曲线也各不相同。对于低年级大学生，尤其  
基金项目：全国高等院校计算机基础教育研究会计算机基础教学改革课题（2016056）；河北省高等教育教学改革研  
究与实践项目（2016GJJG005）。  
第一作者简介：肖胜刚，男，讲师，研究方向为计算机教育、教育技术、物联网，。  
计 算 机 教 育  
Computer Education  
12  
2017  
使学生尽早地借助Python 工具解决实际问题，  
培养计算思维和创新能力。结合Python 语言的  
特点和集成编程环境IDLE 简洁良好的交互体验，  
本课程精炼学生应掌握的Python 最基础语法知  
识，在Python 语言语法学习上，共安排6 周（12  
个理论课时和12 个实验课时），构建学生使用  
Python 语言解决实际问题的最基本知识体系。课  
时安排见表1。  
2.2 开发环境对比  
相对于其他编程语言，Python 拥有对于初学  
者安装和使用更简单、更友好的集成开发环境。  
随着高级编程语言的发展，很多编程工具本身功  
能越来越丰富，配置上、使用上越来越复杂，用  
户投入在掌握开发工具使用上的时间和精力越来  
越多，学编程语言变成了学编程语言工具的配置  
和使用，反而忽略了程序设计语言本身的很多内  
容。更不用说学完语言之后，还要将所学的编程  
语言和自己要解决的实际问题关联起来。  
表1 基础语法学习课时安排  
教学周  
第1周  
理论课程  
实践课程  
Python 语言本身是开源的，开发环境种类  
众多。对于有经验的开发人员可以选择PyCharm  
等高级集成开发环境，功能丰富、易于调试。对  
于初学者，Python 语言自身所带的集成开发环境  
（Integrated Development Environment，IDLE）基  
本可以满足其学习Python 语言所需的一切功能。  
IDLE 随用户安装Python 语言自动安装，安装完  
成后无需任何配置，打开即可使用。IDLE 是图  
形化界面，既可以在其Shell 窗口中逐条指令交  
互式执行验证Python 语句，也可以在IDLE 的编  
辑窗口中书写保存并运行大段Python 程序代码。  
2.3 类库支持  
课程概论和Python Python安装和示例类程序  
安装  
第2周  
基本数据类型、格 数据类型转换、数据输出  
式化输出和使用库 习题，使用math库  
第3、4周 顺序、选择、循环 以选择和循环为主的练  
结构 习，如π的运算  
第5周  
组合数据类型(列 组合数据类型强化练习，  
表、元组、字典 ) 列表排序，函数基础  
和函数  
第6周  
文件类操作  
文本文件的读取和写入  
经过6 周24 学时的强化学习，在第7 周安  
排Python 语言基础知识测试，主要考核Python  
语言的简单判断结构、单层循环结构和格式化  
输出等知识点，全班共计90 人，满分人数8 人，  
占8.9%；85 分（含）以上27 人，占30.0%；60  
分（含）以上76 人，占84.4%。由此可以看出，  
Python 语言作为程序设计语言，入门相对比较  
容易。学生掌握了Python 语言的核心语法内容，  
就拥有了阅读别人代码的能力，也拥有了使用  
Python 语言尝试解决实际问题的能力，同时也就  
拥有了深入培养计算思维和进行创新的能力。  
3.2 M OOC + SPOC + 翻转课堂  
Python 语言的优势还体现在类库丰富、应  
用广泛上。目前，Python 语言拥有各类包库超过  
10 万个[8]。这使得Python 语言在教学时可以适  
用于各专业各层次的学生。网络爬虫既有相对容  
易的Requests 库，也有专业的Scrapy 爬虫框架；  
绘图可以使用相对简单的、内置的turtle 库，也  
可以使用知名的二维绘图Matplotlib 库；进行科  
学计算有NumPy 库；中文分词有jieba 库；深度  
学习有著名的TensorFlow 框架；与其他硬件串  
口通讯有PySerial 库。Python 构筑了一个积极而  
又健康的计算生态圈。  
为了给学生提供更多的学习资源，让学生能  
够更好地利用智能手机和零碎时间进行学习，本  
课程引入了北京理工大学嵩天副教授团队在中国  
大学MOOC 网开设的Python 语言程序课程[9]，  
并建设了我们自己的SPOC 课程。学生在课前预  
习遇到问题时，首先观看MOOC 和SPOC 上的  
视频和课件资源；在课后复习和完成作业遇到困  
难时，反复回看MOOC 和SPOC 上的资源，积  
极参与网上的讨论，扎实掌握Python 语言。这  
种新型的教学方式和网络资源，极大地改变了学  
生的学习模式，提高了学生的学习积极性和学习  
兴趣，并很好地利用了手机和学生的零碎时间。  
3 教学实践  
2017 年春学期，Python 语言程序设计课程  
被确定为我校通识通选课程。我们本着“夯实基  
础”“自主发挥”和“引导创新”的思路，对学生  
计算思维能力和创新能力的培养进行了一些实践  
和探索。本课程共68 学时，上课17 周，每周理  
论教学课程和实践教学各2 学时。  
3.1 Python 语言语法的快速学习  
快速有效地夯实Python 语言基础，才能够  

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