SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘要：在程序开发技术的日新月异的背景下,学生不光需要学习计算机程序编写技能,还必须具有良好的计算思维能力。程序设计课程是计算机教学体系中的主要课程,涉及程序编程的基本思想。Python编程语言由于其源代码开放、语言结构和格式简单、可灵活扩展等特点,逐渐成为计算机编程的主流语言。基于此,本文介绍了Python程序设计教学中的计算思维的渗透路径,探讨了基于计算思维培养的了Python程序设计课程教学策略。
关键词：计算思维；Python；程序设计；课程教学
Discussion on the Teaching of Python Programming Course Based on Computational Thinking
HU Er Xi Dai Mu•Yimiti
(Hetian Normal College,Hetian Xinjiang 848000)
【Abstract】：In the context of rapid changes in program development technology,students not only need to learn computer program writing skills,but also have good computational thinking skills.The programming course is the main course in the computer teaching system,involving the basic ideas of programming.The Python programming language has gradually become the mainstream language of computer programming due to its open source code,simple language structure and format,andflexible extension.Based on this,this article introduces the penetration path of computational thinking in Python programming teaching,and discusses the teaching strategy of Python programming courses based on computational thinking training.
【Key words】：computational thinking;Python;programming;course teaching
0引言
计算机被广泛用于人们日常生活的方方面面。计算机改变了人们的思维方式,帮助人类有效地解决了各种问题。因此,计算机知识运用能力和计算思维能力是学生必须掌握的能力。计算机知识是指与计算机有关的各种知识,而计算思维最早由美国卡内基梅隆大学周以真教授于2006年首次提出[1]。她认为,计算思维是基于计算机开展的一系列思维活动,包括解决问题、系统设计,以及使用基本计算概念来理解人类行为。现阶段,全国各地的大部分学校都开设了Python程序设计课程,该课程的主要教学目标是让学生了解Python程序设计的基本思想,学习如何利用计算机进行问题解决的方法和程序,帮助学生掌握设计创建、调试程序的方法,不但有助于学生进行后续的计算机课程学习,还可以有效培养学生的计算思维能力。
1 Python语言特点
随着现代信息技术的不断发展,当前正在应用的高级计算机语言已经高达数千种,每种语言的诞生都有其特点和应用领域。例如,Java语言是一种面向对象的编程语言,主要用于对网络环境进行编程,其最大的特点是适用于编程网络环境,因而被广泛应用于传统互联网、移动互联网的程序开发[2]。作为一种通用的编程语言,Python语言具有与任何其他语言相同的基本属性,但它也有自己的特点；Fortran语言最第一种可用于数值计算的程序设计语言,其主要特点是和数学公式很相似,语法简易,被广泛应用于天气预报、有科学计算分析等领域[3]。
(1)简单易学。Python语法简单。例如,要生成一个[1*1，2*2，3*3，4*4，5*5，6*6]数列,可以用一行代码实现[x*x for x in the range(1,6)]。简洁的语法使学生更容易上手,可以更好地激发学生学习兴趣,为进一步培养学生的计算思维奠定更好的学习基础。(2)开放性。Python是开源且免费的,这意味着用户可以免费获得Python的最新版本,甚至可以修改源代码。由于其开放的功能,许多Python语言爱好者不断扩展Python的功能,不断促进和促进Python的发展和成长,使其越来越强大。(3)丰富的开发库。Python标准库非常丰富,包括正则表达式、单元测试、线程、数据库、浏览器、XML、XML-RPC、HTML、GUI等[4]。除了Python自带的标准库,还有一些还在开发中的程序员自己开发的第三方库,有力地支持了基于Python语言的快速开发,有效提高编程效率。
2“Python程序设计”教学渗透计算思维的路径
编程是计算机专业人士的必修课,也是培养学生计算机思维的有效途径。在进行Python程序设计教学时,教师可以将编程知识教学作为培养学生计算思维的新途径。以计算思维的核心概念和方法为基础,引导学生探索运用计算思维以及所获得的知识来分析和解决问题。此外,通过Python程序设计课程教学,可以有效地培养学生的计算机思维能力,提高他们解决问题和创新的能力。在现实生活中,人们如果要解决一个问题,首先要考虑的是决定如何解决这个问题。例如,现代制造业中的离散制造包含了计算思维。基于计算机将规模化生产的问题根据产品的功能逐步分解为若干子任务,便于人们在生产过程中管理和解决,将复杂的问题分解成许多简单的问题,从而降低问题的复杂性。在Python程序设计课程教学中,教师也可以使用这种分层分解的教学方法,从编程理论入手,实现Python程序设计教学与计算思维培养的有机结合,在程序设计问题解决过程中将计算思维渗透其中,这样一来,学生不再只是面对抽象的编程理论和算法,他们还需要思考如何基于计算机科学解决实际问题,从而有效培养他们的计算思维能力。
3基于计算思维的Python程序设计课程教学策略
情境创设、任务驱动、探究新知、巩固联系、交流评价、总结提升是Python程序设计课程教学的基本流程[5]。在各个教学环节,教师可以引导学生培养问题分析和抽象、算法和程序设计能力,并在解决问题的全过程贯穿计算思维的培养。帮助学生通过情境发现和分析问题；基于任务驱动帮助学生找到问题解决的线索,通过探究新知引导学生创建问题解决算法和程序；通过练习、交流、评价和总结引导学生深入体验解决问题的过程,进而将计算思维内化。
3.1情境创设
教师在设计教学情境时应先全面了解学生现有的学习情况以及学生身心发展特点。使用学生熟悉的实例或知识创建教学情境,以有效激发学生的学习热情,引导学生积极发现问题,鼓励学生思考问题,进而发展学生的计算思维。例如,在教学“顺序结构程序设计”的相关内容时,教师可以利用学生非常熟悉的效学数学知识创设情境,进行新课导入,首先,教师可以请使用IDLE呈现问题情境：如果三角形的三个边a、b、c已知,如何计算其半周长?要求学生思考如何Python来实现这一计算过程。学生可以观看教师提供的演示代码以及代码运行结果。从学生的角度提出问题情境,从学生精通的小学数学知识开始引导学生发现问题,逐步引出顺序结构这个新知识,同时培养学生利用计算机解决数学问题的能力,发展学生的计算思维。又如,在教学“选择结构程序设计”的相关内容,教师可以首先基于顺序结构提出了一个学生普遍感兴趣的案例,即如何编写程序判定一个人是胖还是瘦,以激发学生的好奇心,可以将问题并进一步分解成多个小问题：如何根据得到的BMI值确定人的胖瘦,并编写if语句；列出问题的解流程；如何将解决流程转换为Python程序,以培养学生的问题题分析和计算思维能力。
3.2任务驱动
教师在安全探究任务时要注意任务应符合学生的最近发展区,确保学生可以在老师的指导下通过自主探究完成任务。在学生完成任务时,教师要让学生明白,解决问题的首要步骤是分析问题,引导学生发现问题解决的关键,进而得到问题解决算法,帮助学生养成运用计算机知识分析问题、解决问题的意识[6]。例如,在教学“顺序结构程序设计”的相关内容时,教师可以将三角形半周长求解问题分解成多个探究任务：(1)给定三角形三边的长度,使用Python程序计算三角形的半周长。(2)如何用算法来解释问题的求解过程。(3)如何利用Python程序写出问题求解步骤。引导学生反思老师布置的任务,并写下解决问题的步骤,将算法翻译成计算机可以理解的Python程序,从而教会学生利用算法来分析问题,利用Python语言来解决问题,培养学生的计算思维意识和能力。
3.3新知探究
明确教学目标后,教师应该明确探究任务的同时,引导学生在完成任务的过程中探究新知识,自然地掌握课堂上的新知识,将抽象复杂的内容直观化。帮助学生在探究新知时找到解决问题的关键,这有助于程序的顺利构建和运行,这一过程涵盖了计算思维的相关特征。例如,在教学“顺序结构程序设计”的相关内容时,首先教师可以先说明三角形半周长问题的相关算法,先引导学生使用自然语言表达问题的解决步骤：
(1)输入三角形的三个边。(2)基于三角行的三条边计算半周长P=(a+b+c)/2。(3)输出计算结果,在此基础上,教师可以结合上节课学到的Python中的输入输出变量和数据的方法以及Python变量的知识点,引导学生尝试将计算过程转换为Python程序,教师可以提供程序模板。最后,教师可以结合学生编写的程序进行讲解,总结顺序结构的含义,即按照从上到下的序列结构以流程图的形式表示。在这个过程中,教师首先引导学生描述了解决问题的步骤,将抽象问题具体化,然后指导学生将问题解决步骤由浅到深,具体到抽象,翻译成Python语言,提高学生对顺序结构的理解,减少学生的对新知识的陌生感,提高学生学好Python编程的信心,同时培养学生运用算法分析问题,运用Python程序解决问题的意识和能力。在探究新知的过程中,学生写出解决问题的算法,按照算法进行Python变成,最后调试运行代码,这属于计算思维的一系列活动。
3.4课堂练习
在学生探究新知后,教师需要组织学生进行巩固联系。首先,要求学生完成课堂作业,不仅要求学生编写出解决问题的程序,还要求学生分析问题并编写解决问题的算法,在课堂作业练习中渗透计算思维,培养学生分析问题、识别问题关键、编写算法和程序、调试和执行程序的意识和能力[7]。学生用过课堂作业可以体验独立解决问题的过程,提高实践能力,实现思维的转变。例如,在讲“顺序结构程序设计”时,教师可以先结合三角形知识讲解顺序结构知识,然后在组织学生进行课堂练习时可以选择贴近学生生活的问题,如商品单价和总价的计算问题：已知某商品的单价以及重量,如何用Python程序计算出商品的总价,要求学生独立解决该问题,在课堂上鼓励学生运用Python程序知识经历问题分析―抽象―算法―问题解决的全过程,进而提高学生的知识运用能力,增强学生的计算思维能力。
3.5交流总结
小组之间的协作、交流和评价可以培养学生的协作和交流能力。在进行学习评价的过程中,学生可以相互学习,提高解决问题的能力,增强解决问题的信心。例如,在讲解“循环结构程序设计”的相关知识时,教师可以要求学生完成指定的课堂作业：编写Python程序求1*2*....*100。学生可以通过相互交流解决这个相对复杂的问题,使用循环结构最终解决问题,有助于学生更好地吸收循环结构程序设计的相关知识。对所学知识进行进一步巩固,总结新知识点的规律,同时提高学生解决问题的能力,内化他们的计算思维。又如,教师在讲解“顺序结构程序设计”的相关知识后,可以引导学生总结顺序结构的相关知识,得出解决问题―分析问题―编写记算法―创建程序―调试运行的计算思维过程,然后布置作业：编写Python测量体重指数BMI,引导学生们回忆这节课的重点,思考老师布置的任务,在实践中巩固课本所学知识,同时发展学生的计算思维。
4结语
综上所述,如今,人类社会正在大步迈向大数据时代,计算机被广泛用于人们日常生活的方方面面。计算机改变了人们的思维方式,帮助人类有效地解决了各种问题。因此,计算机知识运用能力和计算思维能力是学生必须掌握的能力。在Python程序设计课程教学中,教师应该有意识地引导学生学生形成运用计算机知识解决问题的意识,使学生形成良好的计算思维。如何将计算思维渗透到Python程序设计课程教学也是当前教师需要重点思考的问题。
参考文献
[1]王立翔.基于计算思维的Python语言课程教学改革刍议[J].教育现代化,2017(15):12-13.
[2]高燕.在任务驱动与自主探究学习中培养计算思维的研究:以“Python程序设计奇妙的绘图”为例[J].中国信息技术教育,2019(2):54-56.
[3]司瑶.面向计算思维培养的中职《Python基础》课程设计与开发[D].广州:广东技术师范大学,2019.
[4]宋妍芳.Python教学培养计算机人才的思维能力的策略研究[J].电脑知识与技术,2021(11):126-127+130.
[5]杨博华.基于计算思维的非计算机专业开设Python语言程序设计课程的研究[J].电子元器件与信息技术,2020(6):168-169.
[6]张逸强.基于计算思维培养的高中Python课程教学思路解析[J].新智慧,2021(13):119-120.
[7]傅骞,王钰茹.面向计算思维培养的编程教学研究:以高中生Python编程教学为例[J].创新人才教育,2019(3):47-54.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jisuanjilunwen/39994.html
