計算思維導向的五年制高職Python程序設計教學

趙震奇

摘要：在簡要闡述Python程序設計在五年制高職計算思維能力的培養優勢的基礎上，探索Python程序設計對五年制高職計算思維能力的培養過程和培養方法，盡最大可能發揮學生主動性，提高學生學習興趣，培養邏輯思維和創新能力。

關鍵詞：計算思維;五年制高職;Python程序設計

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）35-0177-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Python Programming Teaching in Five-year Higher Vocational Education based on Computational Thinking

ZHAO Zhen-qi

（Wuxi Machinery and Electron Branch of Jiangsu Union Technical Institute， Wuxi 214028，China）

Abstract： On the basis of briefly expounding the advantages of Python programming in cultivating the thinking ability of diversified talents in Five-year Higher Vocational education， this paper explores the process and methods of cultivating the thinking ability of diversified talents in Five-year Higher Vocational Education by Python programming， so as to give full play to the initiative of students， enhance their interest in learning and cultivate their logic ability to think and innovate.

Key words： computational thinking; five-year higher vocational education; Python programming

1 五年制高職培養計算思維的現狀

計算思維最早由卡內基-梅隆大學華裔教授周以真2006年提出，主張用計算思維解決生活和工作中遇到的種種問題。[1]計算思維是一種科學思維，與實證思維、邏輯思維一起構成了人類的三大思維，是信息社會中的每一個人都具有的一種技能，是人類改造世界最基本的思維模式。

目前，為了培養學生的計算思維，以初中為起點的五年制高職工科類專業仍然是在低年級開設以C語言為主傳統的程序設計課程，強調語法教學和編程練習。在這種情況下，遇到的困難是遠超過以高中為起點的大專或本科生的，主要表現在4個方面：1）學生處于未成年階段，心智相對弱，學習習慣差，缺乏學習動機，意志力和自信心不足，興趣點極易發生轉移;2）初中階段的數學邏輯基礎及抽象思維能力差導致學生無法順利理解課堂內容;3）C語言語法的復雜性增加了學習上的困難，從而使學生遇到挫折容易選擇放棄;4）盡管可能案例化，但應用場景不足，實用性不明顯，導致學生學習興趣不夠，動力不足。大多數五年制高職程序設計課程出現“開始知識點太散不想學，后來太抽象難理解學不會，最終學會了又不能用計算機來解決具體問題”的現象，可謂教學效果甚微。

2 面向五年制高職開設Python語言的優勢

2.1Python語言的特點

全球范圍內，從TIOBE編程語言排行榜和PYPL編程語言流行度指數榜單排名分析，最常見的有Java、C、Python、JavaScript等20多種語言。代表簡單主義思想的Python憑借著易上手、可移植、可擴展、可嵌入以及擁有豐富的庫等特性廣受開發者的喜愛，于2007、2010、2018及2019年獲得“年度最佳編程語言”。

Python是一種真正跨平臺且面向對象的高級程序設計語言，其主要的特點是輕語法、重解決問題。Python的哲學就是簡單優雅、易讀、易維護且代碼量很小，從而促使學生不用把大量的時間浪費在學習語法知識上，而把更多精力放在解決相關問題和思維能力的培養上。

2.2類庫支持及應用領域

除了內置的庫外，Python語言從誕生之初致力于開源開放，建立了全球最大的計算生態，提供超過24萬多個由全球各行業專家、工程師和愛好者開發維護的第三方庫，這些函數庫覆蓋信息領域技術所有技術方向，例如：圖像處理、網絡爬蟲、數據分析、云計算開發、自動化運維和人工智能等眾多領域。目前業內如YouTube、Dropbox、Facebook、豆瓣、知乎、百度、騰訊、美團等幾乎所有大中型互聯網企業都在使用。用Python第三方庫開發，許多功能不必從零編寫，直接使用現成的即可。這一點也決定了在計算機的學習難度比較低，學習效率比較高。短時間掌握一門技能是現在社會的需求。

2.3針對Python語言的教學開展

2018年全國計算機二級考試加入“Python語言程序設計”科目。同年，教育部“新課標”改革中，已正式將人工智能、物聯網、大數據處理劃入新課標，大幅度提升了在編程、計算思維、算法方面的思維要求。Python是當今高職院校中最常被教授的首選語言，它在統計領域、AI編程、腳本編寫、編寫系統測試中均排名第一，成了一門名副其實對大多數人“學了能用、學了有用、學會能久用”的計算生態語言。

綜上所述，Python優勢明顯：入門簡單有趣，計算生態資源非常豐富。雖然五年制高職學生存在偏科嚴重、無恒心、受挫力或自制力差等諸多缺點，但他們也有比較明顯的優點：好奇心強、喜歡動手交流、好勝心強。五年制高職學校開展Python語言教學，優秀教學案例與學生的專業或興趣相結合，必然會吸引到大多數學生，調動其積極性。

3 計算思維能力培養的四階段教學法

任何一門編程語言都應該系統性學習。針對編程零基礎的學員而言，要進行Python程序設計循序漸進地培養計算思維，具體可分為如下四個階段。

3.1 認識Python階段

興趣是最好的老師。對于學習能力弱、興趣點分散的五年制高職學生而言，這個階段不可或缺。在為學生介紹Python歷史、優缺點和應用領域的同時，讓學生先學會安裝Python運行和開發環境。接著，為明確學習目標，結合各領域的應用中生動易懂的例子，提供數十個包括彩蛋在內的完整IPO程序，幫助讀者測試Python開發環境，對該語言有一個直觀認識。

3.2 會通讀程序階段

這是入門階段，以學生自身的反饋為驅動，以學生為主體，以學習成果為導向，引導學生學會修改數值來觀察功能實現、添加功能注釋、斷點調試的過程，既要讓學生學習語法點，也要引導學生自主探索，是提高編碼水平很好的途徑。教師幫助學生解讀代碼，突出控制結構、功能模塊、類與對象等的邏輯關系細節，為獨立編寫做好準備。提供趣味紛呈的項目實例，這些經調試過的帶有注釋的代碼程序提供給學有余力的學生大量閱讀及模仿，讓他們眼界開闊，思維拓展。任何一門編程語言都應該先系統性學習，而不是碎片化地學習，畢竟一門語言包含太多細節，碎片化的學習，顧此失彼，淺嘗輒止，無法從全局把握。

3.3 會編寫代碼階段

這是深入階段，可以明確學習目標，還兼具趣味性，更可帶來成就感，作為正向激勵，形成良性循環。這個階段一定要把新手敲入經典代碼，逐漸培養起編程的感覺，學習高手們的編程技巧，體會編程樂趣。通過讓學生代碼對齊、找BUG、進行增量式編程，使他們能夠達到理解邏輯流程、訓練思維嚴謹性和邏輯性的目的。在編寫代碼時，先過程化后對象化，由簡單到復雜，代碼量從少到多，重視代碼編寫規范，提高可讀性和可修改性。為了讓學生多敲代碼，教師可選取一些簡單形象的項目案例任務，讓學生一起體會其趣味性，使學生體驗成就感。相對熟悉后，可以過渡到增加功能模塊，增加學生面向對象編程的意識。

3.4 會解決問題階段

這個階段培養學生如何將自身的思維規則轉化為計算機程序的規則。分為三個步驟：首先是明確需求，即我要解決什么問題;接著是分析思路，即解決我要怎么做，確定解決問題的步驟;最后是代碼實現，即把每個步驟用具體的Python語言代碼實現出來。Python里有一句名言：不要重復造輪子。老師應更多地引導學生掌握Requests、Scrapy、OpenCV等第三方庫（或框架）來實現一些領域的應用。教師能否精選好案例和工程項目，突出自頂而下的設計和自底向上地執行，成為關鍵一環。在這個階段中，學生能充分展示成果，是最有趣和收獲最大的階段。

隨著項目經驗的不斷增長，在一個特定領域逐漸建立了自己的核心競爭力。通過項目實踐，既有了階段性成果，學生又能將一個個知識點串聯起來，形成自己的知識體系，逐漸長成一棵“知識樹”。從語法深度上，學生也將經歷Python語法三個階段的提升：Python基礎語法（函數式編程）、Python進階語法（面向對象編程）和Python高級語法（Pythonic編程） [2]。實踐過程中，學生逐漸學會通過網絡搜索引擎、博客論壇等初步查找解決方案，結合自身實際來最終解決實際問題。一般能堅持到做完這些的，就可以成為學生中的編程大神了。

需要特別指出的是，由于數據爬蟲的違法邊界一直是互聯網爭議的熱點，尤其是在大數據時代，隨著內容數據價值的日益凸顯，爬蟲侵權案也越來越多。因此，教師在教授“數據爬蟲”這塊知識技能時，絕不能只關注技術，更要讓學生樹立正確的道德意識和法制觀念。

4 計算思維能力的培養方法

4.1 推薦優秀資源，實現課堂翻轉

在使用Python程序設計培養計算機多元化人才思維能力時，應用線上線下教學模式，為學生提供大量的在線學習資源，方便碎片化學習。為了增強系統性和趣味性，充分發揮視頻資源直觀、形象、易于理解的優勢，教師可以在時下流行的B站上，系統性推薦一批優質資源：《大熊課堂Python入門零基礎動畫編程》《600集Python從入門到精通教程》《小甲魚零基礎入門學習Python》和《Python3.8極速入門到實戰》等，也可以推薦一批知識點的同步片段。在學習平臺上將Python的教學內容和知識點進行細化，將網絡的豐富資源的自學與課堂的教學結合，使課堂教學時空延伸到網絡，擴展了學生們的活動范圍與探究空間。教師通過測試和提問，掌握學生學習的動態，做好策略調整[3]。在條件允許的情況下，老師應盡量多準備教學微視頻，一方面讓五年制大專的學生不易感覺枯燥無味，另一方面讓課外學習效率更高，學習成本更低[4]。

4.2 精挑優秀案例，培養學生計算思維能力

學習是一件枯燥的事情，培養興趣非常重要。結合他們的年齡特點，采用“問題驅動式案例教學法”，利用生產生活實際將 Python 程序設計的相關知識點以及技能點融會貫通，案例力求生動、層次分明和逐步復雜。通過“任務驅動法”進行具體教學實施，從做中學。比如：繪制螺旋型樓梯、太極圖、復聯盾牌、數字時鐘等;設計基于51job前程無憂、拉勾網、智聯招聘網?站數據采集分析系統，通過Python爬蟲程序來實現各大知名網站的數據抽取、數據轉換和數據存儲。當然，對于某些進階部分，就主要針對五年制高職計算機類的高年級學生進行開設，并以實訓課程為主。

4.3邀請優秀學生，激發學生對課程的熱情

教學平臺上頻繁互動必然會導致教師工作量大幅增加，教師可以在班中選擇多名學習能力較強的學生擔任助教輔助教學，這樣就配備高質量的答疑服務團隊[5]。這個環節中，老師和小助教們在個人技術博客整理匯總疑難雜癥，交流群發布學習心得體會，學習平臺上完成答疑和考核統計。同時，根據學生提問數量及質量，助教答疑質量對分別他們進行過程性考核。不但增強了學生的榮譽感和團隊協作能力，而且任務參與度、完成度均得到提升。

5? 結束語

針對云計算、大數據和人工智能時代對五年制高職工科類專業人才的需求，筆者經過多個班級、專業和學期的教學實踐表明充分發揮Python語言優勢，結合超星慕課教學平臺和學習通App、B站視頻資源應用，采用四階段培養法，能夠提高學生的學習興趣，激發學生學習熱情，培養計算思維、解決問題和創新能力，收到良好的教學效果，值得借鑒和推廣。

參考文獻：

[1] 趙霞，張珣，韓忠明，等.Python語言教學中問題解決能力和創新能力的培養實踐[J].計算機教育，2017：6-10.

[2] 邱斌.基于混合式教學的計算機基礎課程應用研究[J].科技視界，2016（27）：118，85.

[3] 張莉，金瑩，張潔.基于MOOC的“用Python玩轉數據”翻轉課堂實踐與研究[J].工業和信息化教育，2017（3）：70-76.

[4] 秦科，劉貴松.面向Python應用的大學教學改革初探[J].計算機教育，2017（9）：21-25.

[5] 段青玲，黃嵐，方雄武，等.高校課程混合教學模式探索與實踐[J].教育教學論壇，2018（12）：172-174.

【通聯編輯：王力】