基于python程序設計的計算思維能力培養

黃代根

（四川文化藝術學院 四川 綿陽 621000）

1 引言

對程序構成、軟件開發以及編程方法等進行學習是目前計算機領域教學的主要內容，在計算機實際教學過程中大致可以分成課程教學以及上機實踐兩大階段，前者需要學習者掌握一定的程序理念和構成要素，從而得到更為豐富且更深層次的理論知識儲備，后者則相對關注于學習者計算思維水平的提升，同時可以把此類能力應用到實際問題的處理過程中，進而實現學以致用等理想效果。

2 python程序設計語言基本闡述

2.1 特點

python程序設計語言是一類解釋性語言，該語言最為突出的優勢即注重處理問題而輕語法。正因該技術所具有的這一特點，因此通過python程序設計培養人的思維能力往往能夠取得較為理想的效果。在進行程序設計過程中，為了最大程度的確保程序易讀性，該程序設計語言采取強制性縮進等方式，以此為學習者學習或者借鑒他人所編寫代碼的能力提供了有力保障[1]。

python程序設計語言是處理問題最為主要的工具。借助該語言設計的程序能夠創建一個相對出色的情境。另外；因為該語言有著易學簡單、廣泛性以及操作簡便等優點，因此能夠讓學習者有更充分的時間養成處理相關問題以及思維能力。

2.2 開發環境

在經過了大量計算機工作人員實踐之后，發現相較于C語言、Java等，python程序設計語言安裝流程更為簡便并且所使用的也是較為簡單的集成化開發環境。隨著近些年計算機技術快速發展，計算機編程也逐漸趨于完善，計算機配置以及功能也逐漸趨于復雜。普通用戶往往需要大量時間以及精力才可以真正掌握與理解對應的編程語言核心，從而忽視了語言自身所應包含的內容，所以無法將所學內容以及計算思維能力融入到實際問題的處理過程中，很難實現學以致用等目標。

3 基于python程序設計語言的計算思維能力培養的主要階段

3.1 認識階段

對python程序設計語言進行簡單了解和認識通常需要花費至少兩周的時間，在這一階段除了要給學習者介紹一些計算機以及該程序設計語言的基礎知識之外，還需要利用實際案例使學生掌握與理解IPO，進而激發起他們學習python的興趣。另外在課后也應當鼓勵學生親自動手進行操作執行當前現有的一些小程序，親身體會執行結果并感受到其中的樂趣，借此給后續難度較高的知識學習打下良好基礎。

3.2 讀改階段

和認識階段相同，該環節同樣也分兩周進行，這一階段主要的工作時由教師帶領學習者對相關例題進行拆解和修改，并對問題處理過程進行演繹，從而使學生在學習該語言的語法點時，還可以對相關程序設計進行自主探索，同時逐漸入手以及利用python程序設計語言來處理實際問題。這一時期最主要的意義即教導學習者分解簡單的程序代碼，最終給自己后期深度學習打下堅實基礎[2]。

3.3 編寫階段

這一階段需要使學生進行糾錯以及對齊，同時開展增量式編程等工作，從而讓學生能夠對邏輯流程、程序基本構造有一個基本了解，并對其思維邏輯以及嚴謹性等進行簡單訓練。經實踐發現，程序糾錯、程序對齊以及增量式編程對于毫無基礎的學習者有著極為關鍵的作用。

3.4 處理問題階段

在上述幾個環節完成之后，學習者已經完成了該程序設計語言最為基本的數據結構、函數和迭代與控制結構等學習。同時，學習者也已經學會了第三方庫（例如math庫以及turtle庫等）基本功能的使用，可以借助python來處理一些簡單問題。所以，在這一環節，教師需要給學習者提供一些較為復雜且針對性較強的例子進行深入學習以及設計。該階段主要是讓學習者學習更高級別的處理問題的方式及技巧，從而達到培養計算思維能力的目標。

4 目前計算機思維能力培養過程中存在的不足

盡管計算機課程是相關專業的基礎內容，然而因為社會對于人才需求的不斷改變，所以課程時長也因此受到了一定影響與縮減。教師為了在有限時間內完成對應的教學任務，不得不被迫加快自身教學速度，從而導致忽視學生接受及學習效果等情況出現。另外，當教學時長縮短之后，學生學習及練習的時間也隨之減少，從而很難對理論且抽象化知識進行熟練掌握。

5 培養計算思維能力的途徑

5.1 按照教學實際內容，給予編程技術及數據分析應有的重視

要將python程序設計語言所具有的價值充分發揮出來，并以此為基礎培養學習者計算思維能力以及分析處理處理信息的能力，把該課程細分成量大核心教學模塊（即基礎與高級模塊）開展教學極為重要。在基礎模塊之中課程的基礎知識、基本李建、創設基本的編程環境以及函數定義及應用等是重點與核心；而在高級模塊之中則主要包含著以下幾項內容，如制作數據信息圖表可視化庫、多維結構化的數據分析包等。當開展上述兩模塊教學時必須要以學生學習的具體情況為基礎，教師需要強化二者之間在內容層面的銜接。例如，在教學時通過數據挖掘算法分析，可以對程序出現異常之后的處理方法進行講解。當教師開展講解時，需要將教學內容進行問題化、案例化以及項目化，也就是借助設計對應的問題開展新課導入，利用相關案例做深入講解，從而使學習者可以構建、理解以及運用所學內容。與此同時，相關教師還應當將自身教學的內容做電子化及立體化等處理，借助當前廣泛使用的信息技術來替代原本紙質化的教學內容開展教學，同時上傳至相關網絡課程之中，從而讓學習者擺脫空間和時間等束縛，進而完成有效的課前預習及課后復習。

5.2 科學應用當前現有的線上平臺

就當前實踐而言，在借助python程序設計語言對學習者計算思維能力進行培養過程中，科學使用當前主流的線上平臺，例如MOOC+SPOC+翻轉課堂能夠給學習者帶來更多、更為優質的學習資源，從而有助于學生實現碎片化、自由化學習。倘若教師將由MOOC平臺開設的與該程序設計語言相關的內容引入到課堂中，并構建起與之匹配的SPOC課程，那么在課前預習過程中一旦學生遇到無法理解或者解決的有關程序設計方面的問題，便可以先通過自主查詢進行處理，如果并未在MOOC或SPOC中找到答案或并未深入理解給出的解釋，那么便可以在課堂教學過程中詢問教師，借助此類方式能夠讓學習者效率得到有效提升[3]。在經過一段時間實踐之后發現，該新型教學手段，除了可以轉換學生傳統學習方式之外，還有助于學習者計算思維能力的形成。

5.3 改革評價模式，以過程為基礎進行動態化綜合性評價

目前，期末的終結性考試是評價python程序設計語言課程最為主要的一種方式，即借助期末考試來開展一次性的評價檢測，然而此類固定化的評價模式，很難對學習者學習質量以及教師的教學水平等進行有效衡量，因此此類量化考核項目在內容以及難度等諸多方面均存在諸多缺陷，其中最為顯著的一點就是僅停留于操作步驟的簡單在線與基本知識的機械式陳述，并未對計算思維能力的考核給予過多關注。為此，教師應當適當借鑒當前互動分享等方式，通過動態化的綜合性評價來為學習者學習能力、團隊協作以及學習的實際效果等做系統性且合理化的科學評價，從而使終結性和形成性兩種評估得到完美融合。其中，形成性的評估通常會對課程開始之前的導學、實際的課上教學和課后應用等相關環節進行評估。SPOC平臺中大數據信息的學習及分析功能可以把過程性的評價以量化的標準轉變為較為直觀的分數，因此有助于學生后續計算思維能力進一步提升。

5.4 由細節切入，貼近學生需要

興趣是成功的基礎與關鍵，而學習興趣則是學習者學習效率提升的催化劑。教師在python程序設計語言課程剛開始時，應當對學習者做一次有關調查，調查學習者選擇此門課程的原因，在調查之后發現約90%的學習者是由于興趣愛好而選擇了這門課程。因此，教師在實際教學過程中，首先重視細節。教師在新知識以及概念性的公式講授過程中，可以借助形象的比喻或幽默的故事來進行講解，以此保證學生在選擇結構和處理字符串等訓練過程中不會感覺到枯燥和乏味；其次要與學生的需要所貼近，當選取教學過程中所用的python例題時，應當盡可能與學生的需要所貼近，以此來提升學生的計算思維能力。

6 結語

隨著科學技術的不斷發展，當前我們已經進入到了信息化的時代，計算機等設備早已在我們日常生活中得到了廣泛應用。由于計算機等技術的出現，人們計算思維能力也得到了一定提升，并且可以借助計算機來處理一些較為復雜的問題，有助于其他領域進一步的發展。python程序設計語言最為主要的作用就是依據科學方式來簡化和分離原本復雜晦澀的問題，把一個大問題細分成多個環節，從而進行逐項處理，并在此過程中調動學習者自主分析和研究，最終通過教師科學有效的引導，使學習者形成良好的計算思維能力。