項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在高中信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

陳文劍

【摘要】項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方式。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者會(huì)積極地收集信息、獲取知識(shí)、探討方案，以此來(lái)解決具有現(xiàn)實(shí)意義的問(wèn)題。本文以Python語(yǔ)言為基礎(chǔ)，把項(xiàng)目式學(xué)習(xí)融入到高中信息技術(shù)教學(xué)中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】高中信息技術(shù);項(xiàng)目式學(xué)習(xí);Python爬蟲(chóng);網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提倡使用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)者會(huì)積極地收集信息、獲取知識(shí)、探討方案，以此來(lái)解決具有現(xiàn)實(shí)意義的問(wèn)題。因此，在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)《課程標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)內(nèi)容，還要懂得如何在現(xiàn)實(shí)生活中將這些知識(shí)學(xué)以致用。結(jié)合高一開(kāi)設(shè)的Python編程教學(xué)和必修一第五章第二節(jié)《數(shù)據(jù)的采集》，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，設(shè)計(jì)了這個(gè)教學(xué)項(xiàng)目。

一、項(xiàng)目情境背景

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物已是一種時(shí)尚和趨勢(shì)，大家購(gòu)物時(shí)總希望能買到物美價(jià)廉的商品，許多消費(fèi)者在網(wǎng)購(gòu)時(shí)都會(huì)留意商品的價(jià)格和銷量。為了幫助大家更好更快地在購(gòu)物網(wǎng)站上獲取搜索商品的名稱、價(jià)格和銷量，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)商品信息定向爬取，我們使用所學(xué)的Python知識(shí)編寫(xiě)一個(gè)爬蟲(chóng)程序來(lái)獲取網(wǎng)頁(yè)中的數(shù)據(jù)。所謂“網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)”，是一種按照一定的規(guī)則，自動(dòng)地抓取萬(wàn)維網(wǎng)信息的程序，通俗地講就是通過(guò)程序去獲取web頁(yè)面上自己想要的數(shù)據(jù)。

這個(gè)項(xiàng)目以映射真實(shí)世界問(wèn)題為學(xué)生提供學(xué)習(xí)情境，對(duì)高中生富有挑戰(zhàn)性的體驗(yàn)，同時(shí)也能更加驅(qū)動(dòng)他們探究的積極性。

二、項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)及任務(wù)

學(xué)生已經(jīng)具備Python語(yǔ)言的基本知識(shí)和初步技能，能編寫(xiě)簡(jiǎn)單的Python程序，但沒(méi)嘗試過(guò)使用Python進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集，缺少相關(guān)的認(rèn)知和體驗(yàn)，從現(xiàn)實(shí)抽象出來(lái)問(wèn)題并解決有一定難度。本項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)如下：

（1）了解requests.get（）的方法去獲取網(wǎng)頁(yè)的數(shù)據(jù);

（2）理解re模塊中findall（）函數(shù)匹配商品信息的方法;

（3）理解str.split（）函數(shù)對(duì)字符串進(jìn)行切片的方法，利用xlsxwriter模塊創(chuàng)建xlsx文件并添加數(shù)據(jù)到文件中;

（4）掌握列表的基本操作方法;

（5）通過(guò)小組協(xié)作，學(xué)會(huì)查找和合理利用數(shù)據(jù)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。

本項(xiàng)目教學(xué)任務(wù)：通過(guò)Python爬蟲(chóng)程序獲取淘寶搜索商品頁(yè)面的信息，提取商品名稱、價(jià)格和銷量，并把爬取到的商品數(shù)據(jù)以Excel文件的格式存儲(chǔ)。

三、項(xiàng)目學(xué)習(xí)的流程

根據(jù)項(xiàng)目的主題，首先明確要爬取的網(wǎng)站和數(shù)據(jù)，通過(guò)合適的方法獲得頁(yè)面信息，再把解析出來(lái)的頁(yè)面數(shù)據(jù)輸出，以問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)和導(dǎo)向，學(xué)生積極、主動(dòng)地獲取知識(shí)，進(jìn)行有針對(duì)性的學(xué)習(xí)和研究，將學(xué)習(xí)到的知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力，應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題的解決中。本項(xiàng)目學(xué)習(xí)流程如下圖：

四、項(xiàng)目教學(xué)的過(guò)程

（一）項(xiàng)目引入

問(wèn)題：如何在購(gòu)物網(wǎng)站上獲取搜索商品的名稱、價(jià)格和銷量？

活動(dòng)：教師提出問(wèn)題，學(xué)生分組討論和思考

設(shè)計(jì)意圖：項(xiàng)目主題聯(lián)系實(shí)際生活，引起學(xué)生共鳴。很多學(xué)生獲取搜索商品的名稱、價(jià)格和銷量都是通過(guò)購(gòu)物網(wǎng)站上的搜索引擎進(jìn)行查找的，但商品數(shù)量繁多令人眼花繚亂，手動(dòng)收集方式不太適用。本項(xiàng)目以學(xué)習(xí)如何使用python程序快速、自動(dòng)地定向爬取商品信息，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集。

（二）項(xiàng)目分析

活動(dòng)：學(xué)生分組討論選擇一個(gè)廣為人知、商品的種類比較豐富，數(shù)據(jù)具有一定的開(kāi)放性等特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)商城。

設(shè)計(jì)意圖：挑選能夠?qū)崿F(xiàn)商品信息定向爬取的購(gòu)物網(wǎng)站，結(jié)合獲取數(shù)據(jù)的難易程度，決定把淘寶網(wǎng)作為獲取商品信息的來(lái)源。

（三）項(xiàng)目實(shí)施

環(huán)節(jié)一：獲取網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)

活動(dòng)1：查看網(wǎng)頁(yè)的cookie和user-agent信息

問(wèn)題：為何使用cookie和user-agent？

知識(shí)技能：了解網(wǎng)頁(yè)的cookie（儲(chǔ)存在用戶本地終端上的數(shù)據(jù)）和user-agent（HTTP請(qǐng)求頭）的作用。

設(shè)計(jì)意圖：因?yàn)樵S多網(wǎng)站都實(shí)施反爬蟲(chóng)機(jī)制，當(dāng)我們用requests get（ ）直接訪問(wèn)淘寶網(wǎng)站，除了網(wǎng)址不提供其它的信息，那么網(wǎng)站收到的cookie和user-agent是空時(shí)，會(huì)被直接識(shí)別是一個(gè)機(jī)器人，不讓訪問(wèn)及爬取它的網(wǎng)站信息。借助cookie和user-agent把我們的python爬蟲(chóng)程序偽裝成一個(gè)正常的訪客，從而達(dá)到接入網(wǎng)站的目的。

活動(dòng)2：商品翻頁(yè)時(shí)地址處理

設(shè)計(jì)意圖：因?yàn)槲覀円廊〉纳唐沸畔㈨?yè)面往往不止一個(gè)，當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)行翻頁(yè)時(shí)，我們需要找出網(wǎng)址變化規(guī)律。在淘寶網(wǎng)可發(fā)現(xiàn)，查詢商品的第二頁(yè)開(kāi)始，每一頁(yè)最后是s=xx，xx是44的倍數(shù)，因?yàn)樗阉黜?yè)每頁(yè)有44個(gè)商品。找到規(guī)律后，構(gòu)造查詢商品網(wǎng)址url的語(yǔ)句如下：

url='https：//s.taobao.com/search？q=+goods+'&s='+ str（44*i） '

活動(dòng)3：利用requests.get（）獲取網(wǎng)頁(yè)信息

知識(shí)技能：理解python第三方庫(kù)requests.get（ ）獲取網(wǎng)頁(yè)信息

設(shè)計(jì)意圖：requests庫(kù)是網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求庫(kù)，requests.get（ ）方法的作用是發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)的HTTP請(qǐng)求的動(dòng)作，把cookie和user-agent添加到requests.get（）的請(qǐng)求頭中，模擬用瀏覽器打開(kāi)一個(gè)網(wǎng)頁(yè)獲取數(shù)據(jù)，再使用text屬性取得網(wǎng)站返回的網(wǎng)頁(yè)源代碼。獲取網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵過(guò)程及語(yǔ)句如下：

import? requests

header = {'cookie'： 'miid=42...

'user-agent'： "Mozilla/5.0... }

#登錄淘寶賬號(hào)，按F12打開(kāi)開(kāi)發(fā)者模式獲取cookie和'user-agent

result= requests.get（url， headers= header）

result.encoding = result.apparent_encoding

html=result.text

環(huán)節(jié)二：解析頁(yè)面數(shù)據(jù)

知識(shí)技能：掌握re模塊中findall（）函數(shù)匹配商品信息的方法;掌握split（）函數(shù)對(duì)字符串切片的方法;掌握列表的操作方法，使用循環(huán)結(jié)構(gòu)在列表中保存商品的信息。

活動(dòng)4：使用正則表達(dá)式匹配商品的相關(guān)信息

設(shè)計(jì)意圖：獲得搜索商品的網(wǎng)頁(yè)后，如何在紛繁的數(shù)據(jù)中提取商品的名稱、價(jià)格和銷量？re正則表達(dá)式能動(dòng)態(tài)地、模糊地匹配字符串。通過(guò)查看源代碼可以找到如下信息：商品名稱、價(jià)格和銷量分別對(duì)應(yīng)于“raw_title”“view_price“和“view_sales“。因?yàn)槊恳豁?yè)面有多個(gè)商品名稱、價(jià)格和銷量，需要使用re模塊中的findall（）函數(shù)來(lái)匹配頁(yè)面所有滿足條件的字符串。

演示講解findall（）函數(shù)的使用方法，引導(dǎo)學(xué)生使用findall（）函數(shù)對(duì)商品的名稱、價(jià)格和銷量分別進(jìn)行匹配。關(guān)鍵過(guò)程及語(yǔ)句如下：

import? re

r_title =? re.findall（r'＼"raw_title＼"＼：＼".*？＼"'，html）# 商品名稱

v_price = re.findall（r'＼"view_price＼"＼：＼"[＼d＼.]*＼"'，html） #商品價(jià)格

v_sales =re.findall（r'＼"view_sales＼"＼：＼".*？＼"'， html）# 商品銷量

提出問(wèn)題：使用findall（）函數(shù)匹配商品網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)后，能夠直接輸出商品的名稱、價(jià)格和銷量嗎？

學(xué)生經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)不能，因?yàn)檫@三個(gè)列表中的數(shù)據(jù)都是以鍵值對(duì)的形式進(jìn)行存儲(chǔ)：

r_title = ["raw_title"："商品名稱1" ， "raw_title"："商品名稱2" ...]

v_price = ["view_price"："商品價(jià)格1" ， "view_price"："商品價(jià)格2" ...]

v_sales=[" view_sales "："商品銷量1" ， " view_sales "："商品銷量2" ...]

思考問(wèn)題：如何對(duì)列表中的數(shù)據(jù)去掉其中的鍵，只留下值？

引導(dǎo)學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，鍵值對(duì)的形式中間有個(gè)冒號(hào)，只要把鍵和值通過(guò)冒號(hào)進(jìn)行切片，然后提取冒號(hào)后面的值，就能分別獲取商品的名稱、價(jià)格和銷量。

活動(dòng)5：通過(guò)for…in結(jié)構(gòu)，遍歷列表元素，使用split（）函數(shù)通過(guò)冒號(hào)對(duì)字符串進(jìn)行切片處理

通過(guò)for…in結(jié)構(gòu)，遍歷列表元素，先用split（）函數(shù)將字符串以冒號(hào)進(jìn)行切片，將商品的鍵和值分開(kāi)，然后再通過(guò)索引取出所得數(shù)組中的第二個(gè)元素的值，從而分別獲取商品的名稱、價(jià)格和銷量，然后把這3個(gè)值組成一個(gè)小列表，再把這個(gè)小列表通過(guò)append（）函數(shù)存儲(chǔ)到一個(gè)新列表中。關(guān)鍵過(guò)程及語(yǔ)句如下：

for i in range（len（r_title））：

title = eval（r_title[i].split（'：'）[1]）

price = eval（v_price [i].split（'：'）[1]）

view = eval（v_sales [i].split（'：'）[1]）

infolist.append（[title， price，view]）

至此，每個(gè)商品的名稱、價(jià)格和銷量被提取出來(lái)，商品信息的列表格式如下：infolist = [["商品名稱1"，"價(jià)格1"，"銷量1"] ， ["商品名稱2"，"價(jià)格2"，"銷量2"] ...]

環(huán)節(jié)三：輸出商品信息

知識(shí)技能：利用xlsxwriter模塊創(chuàng)建 xlsx 文件并添加數(shù)據(jù)

活動(dòng)9：通過(guò)for…in結(jié)構(gòu)，遍歷商品信息的列表元素，把數(shù)據(jù)添加到excel中

利用xlsxwriter模塊創(chuàng)建xlsx文件，通過(guò)for…in結(jié)構(gòu)，遍歷列表infolist的元素，分別提取商品的名稱、價(jià)格和銷量，通過(guò)worksheet.write_string的方法寫(xiě)入到excel中的B列、C列和D列，注意列表中每個(gè)元素的第一個(gè)索引值是0，第二個(gè)索引是1，依此類推。

關(guān)鍵遍歷語(yǔ)句代碼如下：

import? xlsxwriter

for x in infolist：

count += 1

worksheet.write（"A"+str（count）， count）

worksheet.write（"B"+str（count）， x[0]）

worksheet.write（"C"+str（count）， x[1]）

worksheet.write（"D"+str（count）， x[2]）

但學(xué)生運(yùn)行程序后，卻發(fā)現(xiàn)excle里面沒(méi)有數(shù)據(jù)，多次檢查后發(fā)現(xiàn)爬蟲(chóng)程序中沒(méi)有把excel表關(guān)閉，導(dǎo)致寫(xiě)入的內(nèi)容會(huì)存在緩沖區(qū)中，并沒(méi)有真正的寫(xiě)入文件里，所以還要對(duì)excle文件調(diào)用close（ ）函數(shù)進(jìn)行關(guān)閉。

設(shè)計(jì)意圖：使用python對(duì)excle寫(xiě)入數(shù)據(jù)操作，培養(yǎng)學(xué)生使用python程序?qū)ξ募M(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)良好的信息意識(shí)操作習(xí)慣。

（四）項(xiàng)目展示及評(píng)價(jià)

活動(dòng)：采用小組自評(píng)和互評(píng)相結(jié)合的方法，請(qǐng)幾個(gè)小組的代表展示通過(guò)爬蟲(chóng)程序獲取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)要過(guò)程，還有學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的困難，小組如何克服這些困難。其他小組對(duì)展示小組的成果進(jìn)行項(xiàng)目評(píng)價(jià)。最后，教師進(jìn)行總結(jié)和結(jié)合每個(gè)小組的成果予以評(píng)分和建議。

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)學(xué)習(xí)金字塔理論，當(dāng)學(xué)習(xí)者把自己習(xí)得的知識(shí)或技能講授給他人時(shí)，學(xué)習(xí)效率最高，讓學(xué)生在分享和交流中共同進(jìn)步。同時(shí)，學(xué)生在項(xiàng)目交流中會(huì)遇到很多問(wèn)題，例如，有學(xué)生發(fā)現(xiàn)爬蟲(chóng)程序反復(fù)運(yùn)行時(shí)需要間歇性更換cookie或者過(guò)段時(shí)間再運(yùn)行，否則會(huì)出現(xiàn)爬幾次后爬不到數(shù)據(jù)的情況。教師應(yīng)及時(shí)指出因?yàn)樘詫氁灿蟹磁老x(chóng)機(jī)制，從而引導(dǎo)學(xué)生不能使用爬蟲(chóng)程序去爬取任意的網(wǎng)站，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生信息社會(huì)責(zé)任的意識(shí)。

本課以項(xiàng)目為主線，學(xué)生為主體，教師為引導(dǎo)，通過(guò)“選擇網(wǎng)站”——“獲取網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)”——“解析頁(yè)面數(shù)據(jù)”——“輸出商品信息”四個(gè)環(huán)節(jié)完成利用python進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)淘寶商品信息定向爬蟲(chóng)，解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)比傳統(tǒng)的教學(xué)模式更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，讓學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，把信息技術(shù)的知識(shí)融會(huì)貫通，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)大學(xué)MOOC（慕課）.Python網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)與信息提取[OL].https：//www.icourse163.org/course/0809BIT021A-1001870001.

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[3]夏雪梅.項(xiàng)目化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)：學(xué)習(xí)素養(yǎng)視角下的國(guó)際與本土實(shí)踐[J].教育科學(xué)出版，2018.

責(zé)任編輯? 陳? 洋