基于python程序設(shè)計的計算思維能力培養(yǎng)

黃代根

（四川文化藝術(shù)學(xué)院 四川 綿陽 621000）

1 引言

對程序構(gòu)成、軟件開發(fā)以及編程方法等進(jìn)行學(xué)習(xí)是目前計算機(jī)領(lǐng)域教學(xué)的主要內(nèi)容，在計算機(jī)實際教學(xué)過程中大致可以分成課程教學(xué)以及上機(jī)實踐兩大階段，前者需要學(xué)習(xí)者掌握一定的程序理念和構(gòu)成要素，從而得到更為豐富且更深層次的理論知識儲備，后者則相對關(guān)注于學(xué)習(xí)者計算思維水平的提升，同時可以把此類能力應(yīng)用到實際問題的處理過程中，進(jìn)而實現(xiàn)學(xué)以致用等理想效果。

2 python程序設(shè)計語言基本闡述

2.1 特點

python程序設(shè)計語言是一類解釋性語言，該語言最為突出的優(yōu)勢即注重處理問題而輕語法。正因該技術(shù)所具有的這一特點，因此通過python程序設(shè)計培養(yǎng)人的思維能力往往能夠取得較為理想的效果。在進(jìn)行程序設(shè)計過程中，為了最大程度的確保程序易讀性，該程序設(shè)計語言采取強(qiáng)制性縮進(jìn)等方式，以此為學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)或者借鑒他人所編寫代碼的能力提供了有力保障[1]。

python程序設(shè)計語言是處理問題最為主要的工具。借助該語言設(shè)計的程序能夠創(chuàng)建一個相對出色的情境。另外；因為該語言有著易學(xué)簡單、廣泛性以及操作簡便等優(yōu)點，因此能夠讓學(xué)習(xí)者有更充分的時間養(yǎng)成處理相關(guān)問題以及思維能力。

2.2 開發(fā)環(huán)境

在經(jīng)過了大量計算機(jī)工作人員實踐之后，發(fā)現(xiàn)相較于C語言、Java等，python程序設(shè)計語言安裝流程更為簡便并且所使用的也是較為簡單的集成化開發(fā)環(huán)境。隨著近些年計算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，計算機(jī)編程也逐漸趨于完善，計算機(jī)配置以及功能也逐漸趨于復(fù)雜。普通用戶往往需要大量時間以及精力才可以真正掌握與理解對應(yīng)的編程語言核心，從而忽視了語言自身所應(yīng)包含的內(nèi)容，所以無法將所學(xué)內(nèi)容以及計算思維能力融入到實際問題的處理過程中，很難實現(xiàn)學(xué)以致用等目標(biāo)。

3 基于python程序設(shè)計語言的計算思維能力培養(yǎng)的主要階段

3.1 認(rèn)識階段

對python程序設(shè)計語言進(jìn)行簡單了解和認(rèn)識通常需要花費至少兩周的時間，在這一階段除了要給學(xué)習(xí)者介紹一些計算機(jī)以及該程序設(shè)計語言的基礎(chǔ)知識之外，還需要利用實際案例使學(xué)生掌握與理解IPO，進(jìn)而激發(fā)起他們學(xué)習(xí)python的興趣。另外在課后也應(yīng)當(dāng)鼓勵學(xué)生親自動手進(jìn)行操作執(zhí)行當(dāng)前現(xiàn)有的一些小程序，親身體會執(zhí)行結(jié)果并感受到其中的樂趣，借此給后續(xù)難度較高的知識學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

3.2 讀改階段

和認(rèn)識階段相同，該環(huán)節(jié)同樣也分兩周進(jìn)行，這一階段主要的工作時由教師帶領(lǐng)學(xué)習(xí)者對相關(guān)例題進(jìn)行拆解和修改，并對問題處理過程進(jìn)行演繹，從而使學(xué)生在學(xué)習(xí)該語言的語法點時，還可以對相關(guān)程序設(shè)計進(jìn)行自主探索，同時逐漸入手以及利用python程序設(shè)計語言來處理實際問題。這一時期最主要的意義即教導(dǎo)學(xué)習(xí)者分解簡單的程序代碼，最終給自己后期深度學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)[2]。

3.3 編寫階段

這一階段需要使學(xué)生進(jìn)行糾錯以及對齊，同時開展增量式編程等工作，從而讓學(xué)生能夠?qū)壿嬃鞒獭⒊绦蚧緲?gòu)造有一個基本了解，并對其思維邏輯以及嚴(yán)謹(jǐn)性等進(jìn)行簡單訓(xùn)練。經(jīng)實踐發(fā)現(xiàn)，程序糾錯、程序?qū)R以及增量式編程對于毫無基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者有著極為關(guān)鍵的作用。

3.4 處理問題階段

在上述幾個環(huán)節(jié)完成之后，學(xué)習(xí)者已經(jīng)完成了該程序設(shè)計語言最為基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、函數(shù)和迭代與控制結(jié)構(gòu)等學(xué)習(xí)。同時，學(xué)習(xí)者也已經(jīng)學(xué)會了第三方庫（例如math庫以及turtle庫等）基本功能的使用，可以借助python來處理一些簡單問題。所以，在這一環(huán)節(jié)，教師需要給學(xué)習(xí)者提供一些較為復(fù)雜且針對性較強(qiáng)的例子進(jìn)行深入學(xué)習(xí)以及設(shè)計。該階段主要是讓學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)更高級別的處理問題的方式及技巧，從而達(dá)到培養(yǎng)計算思維能力的目標(biāo)。

4 目前計算機(jī)思維能力培養(yǎng)過程中存在的不足

盡管計算機(jī)課程是相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)內(nèi)容，然而因為社會對于人才需求的不斷改變，所以課程時長也因此受到了一定影響與縮減。教師為了在有限時間內(nèi)完成對應(yīng)的教學(xué)任務(wù)，不得不被迫加快自身教學(xué)速度，從而導(dǎo)致忽視學(xué)生接受及學(xué)習(xí)效果等情況出現(xiàn)。另外，當(dāng)教學(xué)時長縮短之后，學(xué)生學(xué)習(xí)及練習(xí)的時間也隨之減少，從而很難對理論且抽象化知識進(jìn)行熟練掌握。

5 培養(yǎng)計算思維能力的途徑

5.1 按照教學(xué)實際內(nèi)容，給予編程技術(shù)及數(shù)據(jù)分析應(yīng)有的重視

要將python程序設(shè)計語言所具有的價值充分發(fā)揮出來，并以此為基礎(chǔ)培養(yǎng)學(xué)習(xí)者計算思維能力以及分析處理處理信息的能力，把該課程細(xì)分成量大核心教學(xué)模塊（即基礎(chǔ)與高級模塊）開展教學(xué)極為重要。在基礎(chǔ)模塊之中課程的基礎(chǔ)知識、基本李建、創(chuàng)設(shè)基本的編程環(huán)境以及函數(shù)定義及應(yīng)用等是重點與核心；而在高級模塊之中則主要包含著以下幾項內(nèi)容，如制作數(shù)據(jù)信息圖表可視化庫、多維結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)分析包等。當(dāng)開展上述兩模塊教學(xué)時必須要以學(xué)生學(xué)習(xí)的具體情況為基礎(chǔ)，教師需要強(qiáng)化二者之間在內(nèi)容層面的銜接。例如，在教學(xué)時通過數(shù)據(jù)挖掘算法分析，可以對程序出現(xiàn)異常之后的處理方法進(jìn)行講解。當(dāng)教師開展講解時，需要將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行問題化、案例化以及項目化，也就是借助設(shè)計對應(yīng)的問題開展新課導(dǎo)入，利用相關(guān)案例做深入講解，從而使學(xué)習(xí)者可以構(gòu)建、理解以及運用所學(xué)內(nèi)容。與此同時，相關(guān)教師還應(yīng)當(dāng)將自身教學(xué)的內(nèi)容做電子化及立體化等處理，借助當(dāng)前廣泛使用的信息技術(shù)來替代原本紙質(zhì)化的教學(xué)內(nèi)容開展教學(xué)，同時上傳至相關(guān)網(wǎng)絡(luò)課程之中，從而讓學(xué)習(xí)者擺脫空間和時間等束縛，進(jìn)而完成有效的課前預(yù)習(xí)及課后復(fù)習(xí)。

5.2 科學(xué)應(yīng)用當(dāng)前現(xiàn)有的線上平臺

就當(dāng)前實踐而言，在借助python程序設(shè)計語言對學(xué)習(xí)者計算思維能力進(jìn)行培養(yǎng)過程中，科學(xué)使用當(dāng)前主流的線上平臺，例如MOOC+SPOC+翻轉(zhuǎn)課堂能夠給學(xué)習(xí)者帶來更多、更為優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源，從而有助于學(xué)生實現(xiàn)碎片化、自由化學(xué)習(xí)。倘若教師將由MOOC平臺開設(shè)的與該程序設(shè)計語言相關(guān)的內(nèi)容引入到課堂中，并構(gòu)建起與之匹配的SPOC課程，那么在課前預(yù)習(xí)過程中一旦學(xué)生遇到無法理解或者解決的有關(guān)程序設(shè)計方面的問題，便可以先通過自主查詢進(jìn)行處理，如果并未在MOOC或SPOC中找到答案或并未深入理解給出的解釋，那么便可以在課堂教學(xué)過程中詢問教師，借助此類方式能夠讓學(xué)習(xí)者效率得到有效提升[3]。在經(jīng)過一段時間實踐之后發(fā)現(xiàn)，該新型教學(xué)手段，除了可以轉(zhuǎn)換學(xué)生傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式之外，還有助于學(xué)習(xí)者計算思維能力的形成。

5.3 改革評價模式，以過程為基礎(chǔ)進(jìn)行動態(tài)化綜合性評價

目前，期末的終結(jié)性考試是評價python程序設(shè)計語言課程最為主要的一種方式，即借助期末考試來開展一次性的評價檢測，然而此類固定化的評價模式，很難對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)質(zhì)量以及教師的教學(xué)水平等進(jìn)行有效衡量，因此此類量化考核項目在內(nèi)容以及難度等諸多方面均存在諸多缺陷，其中最為顯著的一點就是僅停留于操作步驟的簡單在線與基本知識的機(jī)械式陳述，并未對計算思維能力的考核給予過多關(guān)注。為此，教師應(yīng)當(dāng)適當(dāng)借鑒當(dāng)前互動分享等方式，通過動態(tài)化的綜合性評價來為學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊協(xié)作以及學(xué)習(xí)的實際效果等做系統(tǒng)性且合理化的科學(xué)評價，從而使終結(jié)性和形成性兩種評估得到完美融合。其中，形成性的評估通常會對課程開始之前的導(dǎo)學(xué)、實際的課上教學(xué)和課后應(yīng)用等相關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行評估。SPOC平臺中大數(shù)據(jù)信息的學(xué)習(xí)及分析功能可以把過程性的評價以量化的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為直觀的分?jǐn)?shù)，因此有助于學(xué)生后續(xù)計算思維能力進(jìn)一步提升。

5.4 由細(xì)節(jié)切入，貼近學(xué)生需要

興趣是成功的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，而學(xué)習(xí)興趣則是學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效率提升的催化劑。教師在python程序設(shè)計語言課程剛開始時，應(yīng)當(dāng)對學(xué)習(xí)者做一次有關(guān)調(diào)查，調(diào)查學(xué)習(xí)者選擇此門課程的原因，在調(diào)查之后發(fā)現(xiàn)約90%的學(xué)習(xí)者是由于興趣愛好而選擇了這門課程。因此，教師在實際教學(xué)過程中，首先重視細(xì)節(jié)。教師在新知識以及概念性的公式講授過程中，可以借助形象的比喻或幽默的故事來進(jìn)行講解，以此保證學(xué)生在選擇結(jié)構(gòu)和處理字符串等訓(xùn)練過程中不會感覺到枯燥和乏味；其次要與學(xué)生的需要所貼近，當(dāng)選取教學(xué)過程中所用的python例題時，應(yīng)當(dāng)盡可能與學(xué)生的需要所貼近，以此來提升學(xué)生的計算思維能力。

6 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前我們已經(jīng)進(jìn)入到了信息化的時代，計算機(jī)等設(shè)備早已在我們?nèi)粘Ｉ钪械玫搅藦V泛應(yīng)用。由于計算機(jī)等技術(shù)的出現(xiàn)，人們計算思維能力也得到了一定提升，并且可以借助計算機(jī)來處理一些較為復(fù)雜的問題，有助于其他領(lǐng)域進(jìn)一步的發(fā)展。python程序設(shè)計語言最為主要的作用就是依據(jù)科學(xué)方式來簡化和分離原本復(fù)雜晦澀的問題，把一個大問題細(xì)分成多個環(huán)節(jié)，從而進(jìn)行逐項處理，并在此過程中調(diào)動學(xué)習(xí)者自主分析和研究，最終通過教師科學(xué)有效的引導(dǎo)，使學(xué)習(xí)者形成良好的計算思維能力。