基于Python語(yǔ)言的面向?qū)ο笳n程實(shí)踐教學(xué)探討

王明松++錢(qián)靜媛

摘要：面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)思維是當(dāng)代軟件工程領(lǐng)域重要的行為規(guī)范，是軟件工程學(xué)生必須要掌握的基本理論。該文論述了運(yùn)用Python語(yǔ)言作為面向?qū)ο笳n程實(shí)踐工具的起因、優(yōu)勢(shì)和具體實(shí)踐過(guò)程，將基礎(chǔ)理論與實(shí)踐結(jié)合，使學(xué)生加深領(lǐng)會(huì)面向?qū)ο箢I(lǐng)域概念，為后續(xù)課程的深入學(xué)習(xí)和具體工作實(shí)踐奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：Python語(yǔ)言；面向?qū)ο?；?shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）04-0136-02

1 引言

面向?qū)ο笳n程是軟件工程專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，也是非計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生選修的重要課程，在整個(gè)教學(xué)體系中占有非常重要的地位。課程教學(xué)主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握面向?qū)ο蟮闹鲗?dǎo)思想和行為理念，應(yīng)用面向?qū)ο笏枷虢鉀Q和處理實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)方針和實(shí)踐方法。目前主流的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程大多采用面向?qū)ο笏枷?，用具體的某種面向?qū)ο笳Z(yǔ)言去構(gòu)建軟件主體，同時(shí)其也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真實(shí)驗(yàn)、科學(xué)計(jì)算等眾多領(lǐng)域的有力工具。本課程主要介紹了面向?qū)ο蠡舅枷搿㈩?lèi)和對(duì)象、抽象、封裝、繼承、多態(tài)、消息、模板等內(nèi)容，這些理論在向初學(xué)者講解時(shí)抽象難懂，學(xué)生不能夠透過(guò)抽象概念理解面向?qū)ο蟮膶?shí)際應(yīng)用過(guò)程，不能通過(guò)實(shí)例看到應(yīng)用結(jié)果，使教學(xué)效果不理想。這就需要一種支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言作為描述和實(shí)踐工具，通過(guò)上機(jī)實(shí)踐形象化地將面向?qū)ο蟮闹饕拍钤?、設(shè)計(jì)模式和具體方式方法展示。學(xué)生再通過(guò)形式化理論深化，又可以熟練運(yùn)用編程語(yǔ)言進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，為后續(xù)課程打下牢固的理論實(shí)踐儲(chǔ)備。所以教學(xué)中采用的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，對(duì)學(xué)習(xí)面向?qū)ο笾R(shí)至關(guān)重要，起著橋梁和階梯作用，是引入學(xué)生掌握面向?qū)ο罄碚擉w系的重要媒介。

2 現(xiàn)階段面向?qū)ο笳n程教學(xué)主要存在的問(wèn)題

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)眾多高校采用C++或Java作為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行面向?qū)ο笏枷?、技術(shù)和方法的講授及實(shí)踐。C++或Java具有面向?qū)ο蟮暮诵奶匦?，符合面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想，特別是Java是純面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，要求學(xué)生完全按照面向?qū)ο竽Ｊ竭M(jìn)行編程。以此作為教學(xué)的實(shí)踐過(guò)程，課程前幾章大都講解C++或Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境、基礎(chǔ)語(yǔ)法、程序設(shè)計(jì)方法等基礎(chǔ)知識(shí)，以便為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。而在教學(xué)中后期引入面向?qū)ο蟮暮诵母拍?，如?lèi)、對(duì)象、封裝、繼承和多態(tài)性等主體內(nèi)容，在教學(xué)方法上，采用案例式、研討式、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式和實(shí)踐操作等各種教學(xué)方法。這樣的課程體系，希望通過(guò)具體實(shí)際應(yīng)用，逐漸構(gòu)建概念的深入過(guò)程，貫穿課程整體系列，使學(xué)生通過(guò)理論實(shí)踐整合，漸次性的迭代序列，最終掌握面向?qū)ο笾R(shí)體系結(jié)構(gòu)。然而，從最終教學(xué)效果來(lái)看卻不甚理想，通過(guò)平時(shí)測(cè)驗(yàn)和期末考試，達(dá)到優(yōu)秀水平學(xué)生人數(shù)較少，大部分學(xué)生的成績(jī)處于中等偏下的狀態(tài)。大部分學(xué)生對(duì)語(yǔ)言運(yùn)用掌握不好，語(yǔ)法細(xì)節(jié)模糊不清，不具備編程基本思想和良較好的編程習(xí)慣，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)面向?qū)ο笾械某橄蠛蛷?fù)雜的概念進(jìn)行形式化編程實(shí)踐，從而更難深入理解和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。面對(duì)這些困難，基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生不得不花費(fèi)大量時(shí)間用于學(xué)習(xí)基礎(chǔ)語(yǔ)法和編寫(xiě)調(diào)試過(guò)程。但是本門(mén)課程的中心環(huán)節(jié)是面向?qū)ο笙嚓P(guān)概念的掌握和應(yīng)用，編程語(yǔ)言只是實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的中介，教師在前期的編程語(yǔ)言導(dǎo)入過(guò)程，不可能深入過(guò)多細(xì)節(jié)，只是起著引導(dǎo)和示范作用。但在課程核心內(nèi)容的編程實(shí)踐時(shí)，很多學(xué)生在沒(méi)有熟練掌握編程知識(shí)的前提下，無(wú)法對(duì)面向?qū)ο蟮某橄筮M(jìn)行有效的編程實(shí)踐，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)范型、設(shè)計(jì)模式、多態(tài)性等內(nèi)容有著深入的理解。這種雙重失效的局面，使學(xué)生感到知識(shí)體系的混亂無(wú)頭紊，對(duì)本門(mén)課程學(xué)習(xí)失去了興趣。綜上分析，形成學(xué)習(xí)困惑現(xiàn)象很大程度上是由于C++或Java語(yǔ)言及其開(kāi)發(fā)環(huán)境的復(fù)雜性和細(xì)節(jié)繁雜，增加了學(xué)習(xí)課程的負(fù)擔(dān)和困難。在有限的課程時(shí)間內(nèi)，學(xué)習(xí)語(yǔ)言反而成了很多學(xué)生的主要目標(biāo)，完全淡化了本門(mén)課程的教學(xué)宗旨。為了提高學(xué)生的編程能力，有時(shí)候不得不延長(zhǎng)編程語(yǔ)言內(nèi)容的課時(shí)量，壓縮課程后面的核心內(nèi)容，這樣就會(huì)造成本門(mén)課程中心教學(xué)內(nèi)容偏離，變成了C++或Java語(yǔ)言編程課程，對(duì)學(xué)生發(fā)出了錯(cuò)誤的引導(dǎo)信息，使其忽略了宏觀思想的建立，丟了西瓜撿了芝麻。

3 Python語(yǔ)言的面向?qū)ο筇匦?/p>

Python是一種面向?qū)ο蟮慕忉屝杂?jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，具有功能強(qiáng)大而完善的通用性，具有十多年的發(fā)展歷史，成熟且穩(wěn)定?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外眾多的大學(xué)已將Python課程導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)相關(guān)學(xué)科的教學(xué)體系中。Python本身特性決定了它是一門(mén)很好的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，以下幾個(gè)特點(diǎn)非常有利于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)教學(xué)：

（1） 語(yǔ)法簡(jiǎn)單實(shí)用。Python是一門(mén)語(yǔ)法簡(jiǎn)約，表達(dá)豐富的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。良好的形式化設(shè)計(jì)使Python程序感覺(jué)像閱讀英語(yǔ)文稿，其更加接近人類(lèi)的自然語(yǔ)言思維方式。這種具有偽代碼的特性讓編程人員專(zhuān)注于設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的算法過(guò)程而不是語(yǔ)言本身的書(shū)寫(xiě)細(xì)節(jié)。Python設(shè)計(jì)上的這種清晰劃一的風(fēng)格，使代碼易讀、易學(xué)習(xí)和易維護(hù)。

（2）Python是完全面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言。函數(shù)、模塊、數(shù)字、字符串都是對(duì)象，并且完全支持繼承、重載、派生、多繼承等面向?qū)ο筇匦?，非常適合面向?qū)ο笳n程教學(xué)體系的要求。

（3）Python可以在交互模式下運(yùn)行。通過(guò)輸入操作指令實(shí)現(xiàn)即時(shí)的運(yùn)行結(jié)果，對(duì)教學(xué)硬件設(shè)備要求不高，非常適合在有限的課堂時(shí)間內(nèi)，通過(guò)形象化展示講解教學(xué)內(nèi)容。

（4）代碼的易管理可維護(hù)性。作為一種高級(jí)語(yǔ)言，Python可以自動(dòng)管理程序低層次的運(yùn)行環(huán)境，使程序員不必?fù)?dān)心內(nèi)存泄漏等設(shè)計(jì)缺陷，能夠高效地運(yùn)行在不同的操作系統(tǒng)上，達(dá)到了一致的通用性。Python在編程設(shè)計(jì)時(shí)讓違反了縮進(jìn)規(guī)則的程序不能通過(guò)編譯，以此來(lái)強(qiáng)制學(xué)生養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣。

（5）可擴(kuò)展性。Python可以調(diào)用由其他程序語(yǔ)言編譯后的程序，也可以將其嵌入到C/C++程序中，實(shí)現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的腳本化能力。Python有功能強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了許多常用功能，可快速地完成目標(biāo)業(yè)務(wù)的組裝。

4 面向?qū)ο笳n程的Python語(yǔ)言實(shí)踐

由于Python語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)易用，所以對(duì)于本課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，可以快速講解Python的基礎(chǔ)語(yǔ)法和基本應(yīng)用，將更多教學(xué)時(shí)間分配到更重要的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)內(nèi)容上。教學(xué)關(guān)注點(diǎn)不應(yīng)在python的基礎(chǔ)語(yǔ)法上，程序語(yǔ)言學(xué)習(xí)只是為了理解面向?qū)ο笤淼膽?yīng)用工具，要引導(dǎo)學(xué)生將更多的精力和時(shí)間放在面向?qū)ο蟮母拍钕１?列出了《面向?qū)ο蟆氛n程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配。

[序號(hào)＼&教學(xué)內(nèi)容＼&學(xué)時(shí)分配＼&1＼&Python語(yǔ)言基礎(chǔ)（變量、字符串和編碼、列表和字典、邏輯結(jié)構(gòu)、函數(shù)）＼&8＼&2＼&面向?qū)ο蠡A(chǔ)（類(lèi)和對(duì)象、封裝、繼承、多態(tài)、接口）＼&16＼&3＼&異常處理和調(diào)試機(jī)制＼&4＼&4＼&面向?qū)ο蟾呒?jí)編程（多重繼承、元類(lèi)、設(shè)計(jì)模式）＼&10＼&5＼&文件處理和序列化＼&6＼&6＼&應(yīng)用實(shí)例＼&4＼&]

第一部分主要是Python語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)，包括數(shù)據(jù)類(lèi)型和變量，變量引用方式，字符串編碼方式和Unicode與其他編碼的轉(zhuǎn)換，列表的定義和作用，字典的使用，條件邏輯設(shè)計(jì)，迭代循環(huán)設(shè)計(jì)，函數(shù)的定義、作用和應(yīng)用。對(duì)于專(zhuān)業(yè)學(xué)生，前期已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，對(duì)于程序設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)化思想有著很好的基礎(chǔ)，已具備了一定的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，所以可根據(jù)學(xué)生接受和理解程度作出適當(dāng)?shù)恼n時(shí)縮減。對(duì)于非專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)學(xué)生，大部分沒(méi)有接受過(guò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化程序訓(xùn)練，對(duì)于結(jié)構(gòu)化編程的基礎(chǔ)思路、操作技巧不熟練，則可適當(dāng)增加基礎(chǔ)訓(xùn)練學(xué)時(shí)，為以后學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

第二部分是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)，主要內(nèi)容包括面向?qū)ο蠓缎?、?lèi)和對(duì)象、封裝、繼承、重載、多態(tài)性、抽象類(lèi)、接口和模板等，是本課程的主要教學(xué)內(nèi)容。面向?qū)ο蠓椒ㄗ鳛橐环N獨(dú)具優(yōu)越性的新方法引入軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程以來(lái)，引起了行業(yè)越來(lái)越廣泛的關(guān)注和高度重視，一直是計(jì)算機(jī)界關(guān)心的重點(diǎn)。

第三部分異常處理是運(yùn)行和調(diào)試程序的重要工具，它分離了接收程序錯(cuò)誤信息和錯(cuò)誤處理過(guò)程，對(duì)明晰程序設(shè)計(jì)思路，增強(qiáng)代碼可讀性和可維護(hù)性，提高編程效率具有重要的作用。Python的異常處理能力很強(qiáng)大，對(duì)于提高學(xué)生分析和調(diào)試代碼能力有著很大的幫助。

第四部分是本課程較為高級(jí)的內(nèi)容，通過(guò)學(xué)習(xí)使用多重繼承和設(shè)計(jì)模式等內(nèi)容，可依照前人創(chuàng)建的某種設(shè)計(jì)模式，更加簡(jiǎn)單快捷地復(fù)用成功的軟件設(shè)計(jì)和體系結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，減少未知風(fēng)險(xiǎn)。Python語(yǔ)言可以簡(jiǎn)單、靈活和高效地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模式原型。掌握了軟件設(shè)計(jì)模式，可在更高層次上掌握面向?qū)ο笳w的設(shè)計(jì)理念。對(duì)以后軟件開(kāi)發(fā)的學(xué)習(xí)或職業(yè)生涯具有較強(qiáng)的指導(dǎo)作用。

第五部分是文件處理及序列化。它是程序設(shè)計(jì)中經(jīng)常要用到的模塊與功能，描述了Python程序如何創(chuàng)建、更新及處理數(shù)據(jù)文件，同時(shí)介紹了各種基于文件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制。

5 結(jié)語(yǔ)

面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)是一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，教學(xué)目的是讓學(xué)生理解面向?qū)ο蠡纠砟詈蛻?yīng)用實(shí)踐，學(xué)會(huì)對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析建模，解決具體問(wèn)題。它是后續(xù)的軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)案例課程重要基礎(chǔ)理論，能夠加深理解軟件設(shè)計(jì)模塊化、軟件架框理論和各種開(kāi)發(fā)框架等宏觀體系等高層次理論，奠定了成為優(yōu)秀IT領(lǐng)域設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人才的升級(jí)路徑。面向?qū)ο笏枷胧乾F(xiàn)代軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的基本行為指南，為今后讓學(xué)生更好地走向社會(huì)打下良好的基石。

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