基于 Python 語言編程的學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)探究

摘要：依據(jù)高中信息技術(shù)課程新教材內(nèi)容編排，基于單元教學(xué)中真實(shí)應(yīng)用場景的項(xiàng)目活動(dòng)所涉及的編程，可以采用Python編程方式實(shí)現(xiàn)。如何設(shè)計(jì)Python語言編程教學(xué)，是教師需要直面的一個(gè)問題。文章立足于高中信息技術(shù)新課標(biāo)，以學(xué)生為主體，通過Python語言編程的層次化思考，創(chuàng)編靈活多樣的實(shí)例教學(xué)設(shè)計(jì)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，幫助學(xué)生應(yīng)用計(jì)算思維解決問題，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)；python 語言編程；核心素養(yǎng)；計(jì)算思維

中圖法分類號(hào)：TP312文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research on cultivation of students' computational thinking based onPython language programming

ZHAO Yanrong

（Lanzhou No.51 Middle School，Lanzhou 730000，China）

Abstract：According to the content arrangement of high school information technology new curriculum textbooks， the programming involved in project activities based on real application scenarios in unit teaching is implemented by python programming. How to design Python language programming teaching is a problem that teachers face directly.Based on the new curriculum standard of information technology in high school，this paper takes students as the main body，through the hierarchical thinking of Python language programming，and creates flexible and diverse case teaching designs to stimulate students' interest in learning， boost students' programming ability， expand students' use of computing thinking to solve problems，and promote students'all-round development.

Key words： information technology， Python language programming， core literacy， computational thinking

面向核心素養(yǎng)的高中信息技術(shù)新課程教學(xué)目標(biāo)是全面提升學(xué)生信息素養(yǎng)，將信息技術(shù)的核心素養(yǎng)—信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任貫穿于學(xué)科教學(xué)中，從而培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)意識(shí)、發(fā)展計(jì)算思維、提高解決問題的能力、培育學(xué)生的信息社會(huì)責(zé)任感[1]。

所謂計(jì)算思維就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)。本文通過對(duì)Python 語言編程的單元教學(xué)的整體規(guī)劃與啟發(fā)式實(shí)例教學(xué)設(shè)計(jì)，拓展學(xué)生計(jì)算思維。在信息活動(dòng)中，正確理解計(jì)算學(xué)科中所蘊(yùn)涵的科學(xué)思維方法界定問題，建構(gòu)模型，合理組織數(shù)據(jù)，通過判斷、分析，應(yīng)用合理的算法形成解決問題的方案，總結(jié)利用符合信息進(jìn)步的思維方式來思考和解決問題的過程與方法，并遷移到其他問題的解決中。

1 存在的問題

現(xiàn)狀：大部分高中學(xué)生沒有學(xué)過 Python 語言，對(duì)編程語言比較陌生；在信息技術(shù)新教材 Python 語言編程教學(xué)占比小，但各單元教學(xué)中真實(shí)應(yīng)用場景的項(xiàng)目活動(dòng)的編程通過 Python 編程實(shí)現(xiàn)，編程碎片化，不系列；出現(xiàn)了學(xué)生不易學(xué)，老師難教的局面。這就需要老師充分發(fā)揮自己的才智，針對(duì)教學(xué)對(duì)象與教學(xué)內(nèi)容的分析，巧妙設(shè)計(jì)編程的單元與課堂教學(xué)，聯(lián)系實(shí)際生活應(yīng)用，通過淺顯易懂教學(xué)設(shè)計(jì)，挖掘?qū)W生潛質(zhì)，激發(fā)學(xué)生求知欲，提高學(xué)生編程能力，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

依據(jù)高中信息技術(shù)教材必修課程內(nèi)容中的 Python 語言編程編排及其特征，將 Python 語言編程教學(xué)進(jìn)行層次化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)如下。

第一部分：基礎(chǔ)部分，要求全體學(xué)生掌握 Python 語言編程的基礎(chǔ)知識(shí)，如數(shù)據(jù)類型（整數(shù)、浮點(diǎn)、布爾、字符串）、運(yùn)算符（算術(shù)、賦值、比較、布爾、位）、表達(dá)式、基本語句、常用函數(shù)、程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)（順序、分支、循環(huán)）等。

第二部分：提升部分，要求對(duì)語言編程有興趣且有一定編程基礎(chǔ)的學(xué)生進(jìn)行，如開發(fā)小項(xiàng)目（安裝Pygame—開發(fā)小游戲、創(chuàng)建 ship 類、方法等）、數(shù)據(jù)可視化（生成數(shù)據(jù)—繪制圖形，調(diào)取文件—下載數(shù)據(jù)）、應(yīng)用函數(shù)數(shù)據(jù)庫實(shí)施有效編程等。

Python 編程知識(shí)作為高中信息技術(shù)課程知識(shí)體系的重要組成部分，主要是助推高中學(xué)生編程能力發(fā)展。通過編程的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的思維去思考、分析、解決問題，內(nèi)化計(jì)算思維意識(shí)，提升學(xué)生計(jì)算思維能力；通過編程深層次的學(xué)習(xí)，闡明編程也是實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的一種方式，事實(shí)上計(jì)算思維就是人的思維，應(yīng)用這種思維通過對(duì)所要解決的問題進(jìn)行分解、抽象、算法、調(diào)試、迭代、泛化，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)問題的圓滿解決；既培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維能力，又提高了學(xué)生的信息技術(shù)素養(yǎng)。

3 利用 Python 語言編程案例培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維

依據(jù)教材內(nèi)容與學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)和能力，采取相應(yīng)的方法，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，編程案例設(shè)計(jì)要貼近現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，注重學(xué)生應(yīng)用編程的方式實(shí)現(xiàn)算法并解決問題，掌握利用計(jì)算思維解決問題的方法與策略，助力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)[2]。下文通過兩個(gè) Python 語言編程實(shí)例教學(xué)設(shè)計(jì)，營造任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)情境，引入問題，通過學(xué)生獨(dú)立思考與合作學(xué)習(xí)來解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的意識(shí)與能力。

3.1 實(shí)例一：求水仙花數(shù)

水仙花數(shù)是這樣一個(gè)三位數(shù)：它的個(gè)位數(shù)、十位數(shù)、百位數(shù)的三次方之和等于它自身。如153＝13＋53＋33。

（1）要求畫出求水仙花數(shù)流程圖

學(xué)生根據(jù)自己的思維及所學(xué)知識(shí)繪制流程圖。不求相同，正確即可（圖1、圖2）。

（2）編寫程序

根據(jù)學(xué)生自己所繪制流程圖及參照?qǐng)D1、圖2流程圖和所學(xué)知識(shí)，編寫程序。

參照?qǐng)D1編寫程序。

方法一：使用 while 循環(huán)語句。

編程代碼如下：

n＝0

i＝100

While i＜1000：

a＝（i％10）??3? b＝（i∥10％10）??3＝（i∥100）??3? m＝a＋b＋c＃a 是個(gè)位數(shù)三次方＃b 是十位數(shù)三次方

＃c 是百位數(shù)三次方

if m＝＝i：

print（str（m）＋是水仙花數(shù)）

n＋＝1

i＋＝1

print（水仙花一共有＋str（n）＋個(gè)數(shù)）運(yùn)行結(jié)果如圖3所示。

參照?qǐng)D2流程圖編程。

方法二：使用 for 循環(huán)語句，調(diào)用 range 函數(shù)。編程代碼如下：

for i in range（100，1000）：

a＝（i％10） ??3

b＝（i∥10％10） ??3

c＝（i∥100） ??3

m＝a＋b＋c

if m＝＝i：

print（str（m）＋＇是水仙花數(shù)＇）

else：

continue

運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。

方法三：調(diào)用Pythonmath庫常用函數(shù) math 庫，math.pow （）函數(shù)。

編程代碼如下：

import math

for i in range（100，1000）：

if （math.pow（（i％10），3）＋math.pow（（i∥10％10），3）＋math.pow（（i∥100），3））＝＝i：

print（str（i）＋＇是水仙花數(shù)＇

運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。

方法四：創(chuàng)建列表編程。

編程代碼如下：

listz＝[]

for i in range（100，1000）：

if （i％10）??3＋（i∥10％10）??3＋（ i∥100）??3＝＝i：

listz.append（i）

print（＇水仙花數(shù)是：＇，end＝＇＇）

print（listz）

運(yùn)行結(jié)果如圖5所示。

通過求水仙花數(shù)，繪制流程圖與編寫程序，闡明計(jì)算思維傳承于數(shù)學(xué)算法思維，是一種選擇合適的方式去陳述一個(gè)問題，或?qū)σ粋€(gè)問題的相關(guān)方面建模使其易于處理的思維方法；計(jì)算思維是利用啟發(fā)式推理來尋求解答，就是在不確定情況下的規(guī)劃、學(xué)習(xí)和調(diào)度。

3.2 實(shí)例二：自定義函數(shù)

在Pytnon語言除調(diào)用內(nèi)置函數(shù)外，可自定義函

數(shù)。要求學(xué)生自定義函數(shù)—輸入人員基本信息（姓名、性別、家庭住址、電話）函數(shù)（ xxlr（））及保存函數(shù)（save（））至人員信息.txt 文件。

（1）繪制信息錄入函數(shù)（xxlr（））流程圖（圖6）。

（2）編寫程序。

編寫代碼如下：

filename＝＇學(xué)生信息.txt＇

def xxlr（）：

ryxx_list＝[]

while True：

name＝input（＇請(qǐng)輸入姓名：＇）

if not name：

Break

sex＝input（＇請(qǐng)輸入性別：＇）?????? address＝input（＇請(qǐng)輸入家庭住址：＇）?? phone_num＝input（＇請(qǐng)輸入電話號(hào)碼：＇）

ryxx＝{＇姓名＇：name ，＇性別＇：sex ，＇家庭住址

＇：address ，＇電話號(hào)碼＇：phone_num}

ryxx_list.append（ryxx）

ansswer＝input（＇是否繼續(xù)錄入？ y/n ＼n＇） if ansswer＝＝＇y＇：

Continue

else：

print（＇學(xué)生基本信息輸入完畢，謝謝?。В?Break

save （ ryxx_list ）

def save （lst）：＃存儲(chǔ)函數(shù)

try：

ryxx_txt＝open （filename ，＇a＇，encoding＝＇utf?8＇） except：

ryxx_txt＝open （filename ，＇w＇，encoding＝＇utf?8＇） for i in lst：

ryxx_txt.write （ str （i）＋＇＼ n＇）

ryxx_txt.close （）

xxlr （）

運(yùn)行程序

輸入學(xué)生基本信息。結(jié)果如圖7。

查看保存的存儲(chǔ)文件—學(xué)生信息.txt 。結(jié)果見圖8。

上例通過自然語言的描述來繪制流程圖，學(xué)習(xí)編程語言的架構(gòu)及基礎(chǔ)知識(shí)。以微小編寫的程序，完成一個(gè)小任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。在實(shí)例設(shè)計(jì)教學(xué)中，進(jìn)行知識(shí)的擴(kuò)展，同一個(gè)任務(wù)可用不同的方式完成，如錄入學(xué)生基本信息，可用 Microsoft Office 和 WPS Office 中的電子表格錄入學(xué)生基本信息并保存，也可用其他方式；在實(shí)例二自定義函數(shù)編程中，也能錄入學(xué)生基本信息并保存，以闡明編程語言與其他軟件的區(qū)別和聯(lián)系。針對(duì)編程語言的模塊化編程（單人編程完成）及應(yīng)用軟件的開發(fā)（多人編程協(xié)作完成），通過實(shí)現(xiàn)算法、操作數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)可視化等應(yīng)用，學(xué)會(huì)使用語言來掌握編程，從而培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。計(jì)算思維是一種遞歸思維，是一種并行處理方式，是一種把代碼譯成數(shù)據(jù)又能把數(shù)據(jù)譯成代碼的等效轉(zhuǎn)換，是一種多維分析推廣的類型檢查方法；計(jì)算思維是利用海量數(shù)據(jù)來加快計(jì)算，在時(shí)間和空間之間以及在處理能力和存儲(chǔ)容量之間進(jìn)行折中的思維方法。

總之，編程教學(xué)應(yīng)實(shí)用、適用，現(xiàn)行教材中各章節(jié)項(xiàng)目活動(dòng)中涉及的編程是通過 Python 語言編程方式實(shí)現(xiàn)[3]。那么我們也可自編 Python 語言小教程，以點(diǎn)帶面，畫龍點(diǎn)睛，以學(xué)生為主體及滿足學(xué)生成長的需要，靈活地選用項(xiàng)目活動(dòng)設(shè)計(jì)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生從編程實(shí)踐走向計(jì)算思維。計(jì)算思維是一種思維過程，是面向智能時(shí)代的基本思維，是未來世界認(rèn)知、思考的常態(tài)思維方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]董榮勝.計(jì)算思維的結(jié)構(gòu)[ M].北京：人民郵電出版社，2019.

[2]袁國忠.Python 編程[M].北京：人民郵電出版社，2020. [3]周彩萍.高中信息技術(shù) Python 語言編程教學(xué)實(shí)踐[ J].中國信息技術(shù)教育.2021（13）：56?57.

作者簡介：

趙彥榮（1969—），本科，研究方向：信息技術(shù)。