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论Python程序设计语言——对大学生计算思维能力的培养

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资料介绍

随着科技的不断发展,也带动着社会的持续进步。相对而言,对于多元化人才的需求也在不断提升,特别是在当前信息化时代背景下,市场对于计算机人才的要求不仅仅局限于技术能力方面的需求,更体现在计算思维能力是否具备。虽然目前我国诸多高等院校也开设了对应的计算机课程教学,但是目前教学仅仅以传授知识为主,对于学生能力的培养往往过于忽视,因而研究如何针对大学生的计算思维能力进行培养,同时引导他们运用这种能力去解决一些现实问题,也是目前值得重视的问题之一。本文就以当今高校中开设的程序设计课程Python语言为例重点阐述对学生计算思维能力的培养。

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论 Python 程序设计语言

——对大学生计算思维能力的培养

朱鹏飞

(天津大学仁爱学院,天津 301636)

摘要:随着科技的不断发展,也带动着社会的持续进步。相对而言,对于多元化人才的需求也在不断提升,特别是在当前信息化时代背

景下,市场对于计算机人才的要求不仅仅局限于技术能力方面的需求,更体现在计算思维能力是否具备。虽然目前我国诸多高等院校也开

设了对应的计算机课程教学,但是目前教学仅仅以传授知识为主,对于学生能力的培养往往过于忽视,因而研究如何针对大学生的计算思

维能力进行培养,同时引导他们运用这种能力去解决一些现实问题,也是目前值得重视的问题之一。本文就以当今高校中开设的程序设计

课程Python语言为例重点阐述对学生计算思维能力的培养。

关键词:计算机课程教学；程序设计；Python语言；计算思维

中图分类号:TP301

文献标识码:A

文章编号:1007-9416(2017)03-0238-02

1 引言

冗杂、容错、改错以达到对整个程序控制的效果，并根据最差的状况

下完成系统修整工作；此外，可以采用诱导推演方式获得解答，而这

种思维方式也能在不定状态中完成对应的策划、学习与调整过程；

可以借用大量数据资源提升运算速度，从而保证在时间与空间、解

决效率与存储容量方面找出一种均衡的方案^[1]。

就一般计算机教学而言，主要以学习程序构成、编程方法以及

软件开发等为主，特别是对于大学计算机教学而言，可以分为课程

教学与上机实践两个教学阶段，对于前者，一般是要求学生初步了

解程序的基本理念、构成，获得更多编程基础语言的知识储备；而对

于后者则更加注重对学生计算思维能力的培养，同时让学生能够将

这种思维能力用于处理一系列问题，从而达到学以致用的效果。当

然，计算机学习过程也是较为缓慢的过程，而要解决普遍学习者入

门难的问题，对于教学，特别是上机实践教学引入科学的教学方式

也是十分必要的。基于面向对象的、解释类型的Python程序设计语

言，其主要优势体现在其程序语法的简洁性，易读性，其整个学习过

程特别是上机实践过程入门简单，上手容易，非常适用于满足不同

计算机基础学生的学习需求，且具有泛用性，与其他程序设计语言

良好的通用性等特点。因此，笔者将通过本文，从Python程序设计语

言对学生计算思维能力的培养方面入手，进而进行具体的分析与探

讨。

3 目前大学生计算机基础课程教学存在的问题

3.1 教学时长有限

对于计算机课程教学而言，虽然属于大学的基础教学，但是随

着社会人才需求方向的变化，课程时长也受到相应的缩减和影响。

特别是对于非计算机专业的学生而言，往往在计算机课程学习的机

会较少，而很多计算机教师也为了“赶进度”，从而加快了教学速度，

也忽视了学生的接受效果以及学习情况。此外，程序教学也是计算

机教学中不可缺少的内容，而教学时长的缩短也让学生很难通过短

期的学习和练习，熟练掌握和运用这些理论化、抽象化的知识内容，

因而学习效果也难以达到。

3.2 语法学习不足

2 计算思维的基本概念

语法是所有语言学习的基础，而计算机语言的语法学习即是代

码，若在程序设计过程中学生语法学习程度不够，就会导致代码语

法出现错误、疏漏等问题，从而导致整个程序功能实现受到影响，最

大的影响就在于很多程序无法运作，对于学生学习的热情也将是一

个巨大的影响。此外，在程序运行过程中，未能体现显著的运行情

况，这也导致多数学生学习出现无从下手的情况，教学整体效率差。

3.3 算法教学较少

计算思维就是一种思维方式，而其主要是依靠基本的简化、嵌

入、转化及仿真等程序处理方式，将单个看似难度较大的程序难题

二次整合，同时诠释成为一个公众能够知晓问题如何处理的思维方

式；同时它也是一种递归思维方法，即推行并行处理，就是将程序代

码与数据之间实现双向翻译转换，而且它还能够达到多维研究推行

检测的效果；当然，计算思维还能够保证通过抽象及解析来调控繁

琐的任务或者展开大规模的、繁杂的系统设定，当然也是以关注分

离作为基础；而且可以挑选科学的方法去产生单一问题，或对某个

问题的有关内容进行建模，从而降低其解决和处理难度性的思维方

式；当然，对于计算思维而言，同时还会衍生出防护、预案，或者根据

算法是多数计算机编程的基础，也是保证学生学习热情的“催

化剂”。但是在传统高校的大学计算机课程教学过程中，仅仅只有部

分教师会将其视为程序设计的教学引入，即如各类基础算法(包含递

归、迭代、排序、查找等等)，而这些算法可以降低学习的难度性，也能

收稿日期:2017-03-12

作者简介:朱鹏飞(1982—),男,天津人,硕士研究生,天津大学仁爱学院计算机科学与技术系所属计算机教学与实验中心实验教师,助理实验

师,研究方向:实验室管理和计算机基础课程辅助教学。

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直接对学生的思维产生共鸣，从而激发后者的兴趣和热情，而且各

类算法的运用也将对学生学习产生正面的效果^[2]。

3.4 缺乏引导教学

程语言的。Python语言与其他编程语言一样，将程序构成为统一的

运算处理模式，即数据的输入，处理和输出，也称IPO(Input，Process，

Output)方法。一般来说，一道编程题目都可分为六个步骤，即问题的

分析，功能边界的划分，算法的设计，程序的编写，程序的调试测试，

程序的维护升级等。下面就以一道程序设计中的经典题目——温度

转换为例来进行详细的讲解。

无论是C语言或JAVA语言，虽然都属于泛用性的程序语言，但

是学生在学习过程中往往需要经历较长的磨合期，而且入门往往需

要花费大量的精力与时间进行摸索，再加上教学流程缺乏相应的引

导教学，从而导致多数学生会在学习过程中陷入学习的误区，进而

引发更多学习问题，这也是由于教学流程缺乏对应的引导流程所

致。

温度的表示方式有两个不同的体系，即摄氏度和华氏度。不同

的国家可能使用不同的温度表示方法，如中国采用摄氏度，美国采

用华氏度。这里首先提出问题，如何编写一个程序实现两种温度体

系的转换。其大致的分析解决过程如下。

(1)问题的分析。可以从许多不同的角度来理解温度转换问题的

计算部分，这里从题目的实际出发，由用户输入温度值，通过编写相

关的程序给出输出结果。

4 Python语言特点及对学生计算思维能力的培养

Python语言是一种被广泛使用，面向对象的高级通用脚本编程

语言，其程序语法简洁，明晰易懂^[3]。对比其他的编程语言来说，Py-

thon语言有许多鲜明的特点，主要有如下几点。

(2)边界的划分。在问题计算部分确定的基础上进一步明确问题

的输入数据，数据处理要求，输出数据。由于本问题是两种温度体系

的转换，所以输入和输出都为华氏或摄氏温度，数据处理为选择合

适的转换算法。

(1)语法简洁易学。Python程序语言的语法比起其他编程语言来

说比较简练，易于学习掌握，很适合初学者学习。Python程序的重点

在于问题本身的解决，而不是纠缠于某一条语句语法。

(2)代码的开源，免费。Python的程序代码面向所有使用者是完

全免费，开放的。程序使用者可以自由的阅读，修改和发布新的Py-

thon程序。Python语言所提倡的开源理念为其发展奠定了坚实广泛

的使用基础。

(3)算法的设计。根据两种温度体系的定义，给出相应的转换算

法公式，即

C=(F-32)/1.8，F=C*1.8+32，其中C表示摄氏度，F表示华氏

度。

(3)程序的可移植性、扩展性。Python程序可以被移植到不同的

操作系统平台上，如计算机常用的Linux，Windows，移动设备的

Android系统平台等。Python语言也与其他编程语言，如C，C++等

有着良好的兼容性，能实现有机统一的整合。

(4)程序的编写。

根据以上IPO描述分析和算法设计，编写如下程序代码

temp=input("请输入带符号的温度值：")

if temp[-1] in ['F'，'f']：

(4)程序应用的灵活通用。Python语言是一种灵活通用的编程语

言，可用于编写各个领域的程序。例如在图像处理、数据分析、应用

计算、人工智能等方面，Python语言都能发挥非常重要的作用。

(5)丰富的类库。Python除了自带的标准库(如math，turtle)之

外，还有很多程序设计人员通过开源方式编写的第三方库，可以说

涵盖了各个领域，这些第三方库都可以直接加以利用，大大的提高

了编程的效率。

C=(eval(temp[0：-1])-32)/1.8

print("转换后的温度是{：.2f}C".format(C))

elif temp[-1] in ['C'，'c']：

F=1.8*eval(temp[0：-1])+32

print("转换后的温度是{：.2f}F".format(F))

else：

print("Error.")

我校于14-15学年正式开设《Python语言程序设计》为计算机程

序设计方面的基础课程，最初在我校计算机系开设此门课程，随后

面向机械系，管理系，化工系等非计算机专业也开设该课程，今后将

逐步面向全校推广此门课程。虽然本课程开设时间不长，但规模和

教学效果已经取得了显著的发展。同学们普通反映比起C，C++，

Java等编程语言的枯燥难懂，不易理解，Python语言比较容易学习

与掌握，并与学生所在专业的联系较为密切，改变了过去学习程序

设计语言把大部分时间都花费在了语法的理解和纠错上，使学生们

现在可以把精力集中在对各类具体问题的思考，分析上，极大的提

高了课程的教学效率，十分有助于培养学生们的计算思维能力。

(5)程序的调试测试。将上述程序代码保存为.py文件后使用

Run Module(或按键盘F5键)运行程序，其运行结果如下。

输入华氏温度

＞＞＞

请输入带符号的温度值：82F

转换后的温度是27.78C

输入摄氏温度

＞＞＞

请输入带符号的温度值：-30C

转换后的温度是-22.00F

5 上机实践教学中的Python应用及计算思维培养实例

(6)程序的维护升级。由于各国使用不同的温度标准，所以这个

程序的生命周期将会一直存在。随着问题的使用场景，输入输出等

······下转第241页

Python语言虽然简单易懂，但与其他编程语言一样，同样是非

常重视具体的上机实践操作，只看书不实践是无法学好任何一门编

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