Python語言教學中問題解決能力和創新能力研究

摘 要：為提高Python語言教學質量，提高學生綜合素質，文章針對Python語言課程進行研究，探討培養創新能力與問題解決能力的方法。文章認為，應積極創新教育理念和教學方法，構建全維度訓練模式，培養學生創造性思維，提升學生獨立思考的能力，促進學生積極主動、靈活性地分析問題和解決問題，提高Python語言的應用能力，切實掌握編程技能，提高信息技術素養。

關鍵詞：Python語言;教學策略;創新能力;創新思維;教學設計

一、 引言

Python語言屬于計算機課程，該課程的學習目標是通過學習Python語言，促進學生掌握編程語言。與常規學科學習相比，該課程對學生自主解決問題的能力以及創新能力要求較高。在Python語言教學中，應綜合多學科手段，提高課程的豐富性，利用學生感興趣或者熟悉度較高的學科因素促進其對Python語言知識的理解，逐步提高編程能力。

二、 學習Python語言的必要性

編程語言不僅形式眾多，而且分為多種等級，各有自身特色和優點，在實際應用中可適應不同的編程需求。從底層的機器語言到匯編語言再到高級語言，分別適用于不同層次的編程學習。如，Python語言主要適用于人工智能時代，C語言主要用于操作系統底層設計操作，Java的核心屬性是跨平臺面向對象語言。在上述語言類型中，雖然存在優勢對比，但是各種編程語言本身并無優劣之分，在學習計算機語言時，應根據實際需要選擇合適的語言類型。Python語言具有入門快、語法簡潔、黏性擴展和類庫豐富的特點，非常適合八年級的學生作為編程學習的入門語言。

三、 在Python語言教學中培養創新能力與解決問題的主要策略

（一）明確Python語言的學習目標

Python語言是重要的計算機編程語言，所謂編程語言，即計算機溝通中的基礎性語言，學習此種語言與常規語言

的相同之處在于，可幫助學生從全新視角認識世界，同時掌握立足自身視角表述世界的新方法。學習此種語言，學生可以探索更多可能性，多視角地認知世界，多方式地表達自我。類似于幾十年之前對英語的學習，先接觸英語的一批人就優先獲取了新的訊息和視角。Python語言是新型語言，近年來編程課程作為計算機課程加入課程框架中，其目的并非將全部學生培養為程序開發專業人才，而是提高學生基礎素質，培養以計算思維為主的信息素質。從學科學習角度分析Python語言，該學科屬于技能領域的學習，此種學習更強調技巧性，“背書式”學習成效較低。在技能學習中，重點是目標明確地開展訓練。在教學中，應分析初中生的心理特點，從該時期學生認知特點出發設計教學方案。學習訓練同樣應遵循技巧性原則，以降低學生在Python語言學習中的畏難心理，使Python語言課程與學生增強黏合性。在教學活動中應充分利用教學經驗，加強教學引導，通過多樣化教學設計，制定更具趣味性和實效性的教學模式。

（二）問題引導教學

在對Python語言的學習中，學生需要掌握眾多專業概念，這些概念通常與學生生活常識和其他學科常識之間存在明顯差異，在學習初期，對學生來說掌握知識的難度較高。對于此種情況，教師應加強對問題的引導，科學地開展情境教學、引入生活實例等。引導學生逐步理解概念，將抽象的Python語言概念轉變為具象化概念，降低理解難度。教育研究認為，初中生經過長期的知識、技能學習和生活體驗積累，已經構建形成比較成熟的認知結構，此種認知結構直接影響其對概念或問題的理解。在教學過程中，應靈活運用與學生生活經驗密切相關的生活實例，通過此種方法實現興趣激發，促進學生積極解決問題。在教材內容上可以進行拓展，根據需要增加可視化編程的學習，比如Python里面的turtle模塊。它的繪圖方式簡單直觀，幾行代碼就能夠創建出令人印象深刻的視覺效果，起到即時反饋的正向激勵作用，降低Python語言初期學習難度，幫助學生順利進行學習過渡。與此同時，通過可視化編程學習，可保證學生長期保持學習興趣，進而促進學生主動學習Python語言。

（三）多因素結合教學

首先，在學習Python語言時，數學是重要的學科基礎，在編程中，數學邏輯思維和計算能力、數據分析能力都會影響Python語言學習的效果。應用數學知識在編程語言學習中練習輸出最大公約數與質數，對閏年和常規年份進行判斷，構建概率統計模擬，都可激發學生的學習興趣，促進學生積極開展編程實踐。計算機科學離不開數學知識的應用和支持，利用計算機編程技術也可對部分數學原理進行趣味性驗證，通過此種學習，學生可更有效地理解和掌握相關數學概念。其次，在編程學習中需要進行文本分析訓練，在此訓練中可應用語文知識，例如，在編程語言應用中，需要呈現可視化數據，進行詞頻統計，以編程為工具，可采用技術化手段分析文本，將數據進行可視化呈現。在學習中，應引導學生利用有限信息對隱含信息進行分析，以提高學生信息提取的能力。此種能力不僅對編程學習具有重要意義，而且可提升學生在社會活動與人際交往中信息提取、分析和應用的能力。第三，在教學時也可融入藝術創作內容，例如指導學生使用Python語言進行創意繪畫等。通過此種活動，學生可對編程進行全維度理解。編程課程并非局限于機械建造抽象模型，其本身也并非只是枯燥的數字符號，而是通過嚴謹科學的邏輯思維，采用有限邏輯控制手段，使無限創意得以展現，具有無限可能。以藝術創作為窗口，引導學生更深入地了解Python語言的應用價值和魅力。

（四）加強技術性教學

在講解Python語言和鍛煉學生編程技能過程中，應積極融合科技元素，展現學科亮點。在此過程中，可開展科學模擬實驗，指導學生進行泊松亮斑實驗和自由落體實驗等。采用計算機模擬形式進行上述趣味實驗，分析其中蘊含的科學原理，促進實踐學習，引導學生從不同角度認識和理解科學。此外，還可將密碼技術作為教學素材。在密碼技術元素應用方面，弗吉尼亞密碼、愷撒密碼以及隨機替代密碼皆為難度相對較低、趣味性相對較強的密碼形式，可采用真實案例作為學習導入，科學設置問題，引導學生通過多樣化方法解決問題。還可使用字符串、列表等制作隨機點名器，采用真實生活事件指導學生學習。通過這些方式，可促進Python語言得到實際應用，鼓勵學生自行制作實用性程序，增強學生學習Python語言的成就感，加強正向刺激，促進內因驅動。在此類學習中，學生可真實體驗程序開發與迭代演變，從技術角度和經驗視角更深入、客觀地認識Python語言。在現代初中教學中，教學條件改善，Python語言教學中可使用多種硬件設備。在現代科技設備中，傳感器常用設備與人工智能密切相關。可利用此類硬件指導學生進行實物操控練習，根據控制目標和現有硬件設施設備，編寫程序，進行實物實驗。通過此種學習，可進一步提升學生學習Python語言的興趣，以及學習編程的積極性。在此種教學中，教師應科學分配教學時間，做好硬件和軟件的使用管理，提高教學質量。同時根據學習進度和學生對Python語言的掌握度，進行分級練習，激發學習興趣，促進應用創新。

（五）全方位素質訓練

信息技術課程貫穿各個學習階段，在此過程中，教師利用不同教學手段鍛煉學生的信息技術素質，促進學生掌握信息技能。在學習過程中，學生逐漸掌握了制作視頻、圖片編輯和制作網頁等技能。上述學習是計算機學習的基礎，Python語言屬于層次較高的計算機信息技術學習，應明確學科定位，全方位提升學生的學科素質與核心素養。在學科學習中，學生應逐漸形成計算思維，培養信息意識，不僅應開展數字化學習，而且應進行創新訓練，樹立信息社會責任感。編程教學只是計算機教學的一部分，在學習中更重要的是提升學生的思維能力以及解決問題的能力，明確解決問題的思路，科學構建知識框架。應從學校環境出發，明確學習側重點，有針對性地設置相關課程，優化設計教案，完善課程安排。在學習中，應促進信息技術和其他學科的科學融合，使其全面發展。

（六）問題解決訓練和經驗總結

學習編程語言，重點是培養學生的計算思維、創新能力及主動解決問題的能力。所謂計算思維，即學生運用計算機學科知識和思想方法，開展該模式的思維活動，逐步在思維中形成解決方案，此種思維活動過程即計算思維。學生掌握計算思維后，可利用計算機設備處理界定問題，分析事物的抽象特征。可利用已知信息創建問題模型，可視化分析問題。與此同時，還可鍛煉學生合理組織數據結構，對多樣化信息進行綜合分析，做出合理判斷。采用科學算法，應用嚴謹邏輯，可提高解決問題的效率。以算法為例，此概念是指運用合理邏輯形成解決方案，此種方案可在同類問題中適用，應用效率較高，可促進高質量地解決問題。在學習中，應引導學生自覺總結問題解決過程，分析核心方法，積累經驗，在遇到同類問題時，學生也可進行問題遷移，基于既往經驗解決問題。

（七）日常創新訓練

Python語言比較抽象，為保證學生在實踐中可應用相關知識，應促進學生積極進行技術應用體驗。通過實際操作，可縮短學習跨度，改善學習難度。應創造豐富的實踐活動機會，鼓勵學生開展實驗操作。此種學習可幫助學生從具象學習過渡到抽象學習。在新技能學習中，基于已有認知、經驗開展循序漸進的學習是比較有效的學習方法。在學習初期，以概念和理論學習為主，然后引入直觀體驗，進行應用觀察，最后進行更復雜的抽象學習，此種學習模式可降低認知負荷。在學習中，可通過趣味性游戲練習實用性技能，進行創新訓練，鼓勵學生通過全新方法解決常見問題。通過上述訓練，學生可提升問題應對信息，逐漸形成成熟的解決問題的思路，對抽象建模學習具有重要意義，是與認知建構過程一致的學習方法。

（八）實際應用訓練

Python語言學習的最終預期是學生可以應用Python語言進行有效編程，解決實際問題，在此過程中提升信息技術素質和核心素養。在此過程中，應將學習主導權交予學生，引導學生探究和發現問題。在知識應用過程中，錯誤是改進的契機，也是完善知識的基礎，應對錯誤做出及時反饋，指導學生創新思考，促進迭代改進。應從具體事實出發，向抽象知識提升。應引導學生逐步應用知識，進行應用訓練，初期按照既定流程執行訓練，后期自主開展訓練。在面對問題時，應先分析輸入與輸出要求，之后分析輸入處理方法與輸出結果的必然聯系。應基于需要優質選擇數據類型，采用合理的數據結構儲存數據。采用編程設計解決問題后，應進行測試，確保程序無誤。例如，在debug應用中，應了解bug類型和邏輯錯誤，有針對性地修改代碼。

四、 結語

綜上所述，Python語言是具有趣味性和實用性的編程語言，是信息技術學習的重要課程。此種課程語言比較抽象，學生理解難度較高。在編程學習中存在多樣化問題，需要積極培養學生的創新思維，促進學生發揮主觀能動性解決問題，積累應用經驗，逐步完善編程技能。應拓寬教學思路，豐富教學模式，促進全方位素質教學，提高學生的創新能力與解決問題的能力。

參考文獻：

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作者簡介：郭凌倩，浙江省杭州市，浙江省杭州濱和中學。