王明松++錢靜媛

摘要：面向?qū)ο箝_發(fā)思維是當代軟件工程領(lǐng)域重要的行為規(guī)范，是軟件工程學生必須要掌握的基本理論。該文論述了運用Python語言作為面向?qū)ο笳n程實踐工具的起因、優(yōu)勢和具體實踐過程，將基礎(chǔ)理論與實踐結(jié)合，使學生加深領(lǐng)會面向?qū)ο箢I(lǐng)域概念，為后續(xù)課程的深入學習和具體工作實踐奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：Python語言；面向?qū)ο螅粚嵺`教學；教學改革

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）04-0136-02

1 引言

面向?qū)ο笳n程是軟件工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，也是非計算機科學與技術(shù)專業(yè)學生選修的重要課程，在整個教學體系中占有非常重要的地位。課程教學主要目標是培養(yǎng)學生熟練掌握面向?qū)ο蟮闹鲗枷牒托袨槔砟?，?yīng)用面向?qū)ο笏枷虢鉀Q和處理實際問題的指導方針和實踐方法。目前主流的軟件開發(fā)過程大多采用面向?qū)ο笏枷?，用具體的某種面向?qū)ο笳Z言去構(gòu)建軟件主體，同時其也是系統(tǒng)設(shè)計、仿真實驗、科學計算等眾多領(lǐng)域的有力工具。本課程主要介紹了面向?qū)ο蠡舅枷?、類和對象、抽象、封裝、繼承、多態(tài)、消息、模板等內(nèi)容，這些理論在向初學者講解時抽象難懂，學生不能夠透過抽象概念理解面向?qū)ο蟮膶嶋H應(yīng)用過程，不能通過實例看到應(yīng)用結(jié)果，使教學效果不理想。這就需要一種支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言作為描述和實踐工具，通過上機實踐形象化地將面向?qū)ο蟮闹饕拍钤?、設(shè)計模式和具體方式方法展示。學生再通過形式化理論深化，又可以熟練運用編程語言進行應(yīng)用設(shè)計開發(fā)，為后續(xù)課程打下牢固的理論實踐儲備。所以教學中采用的程序設(shè)計語言，對學習面向?qū)ο笾R至關(guān)重要，起著橋梁和階梯作用，是引入學生掌握面向?qū)ο罄碚擉w系的重要媒介。

2 現(xiàn)階段面向?qū)ο笳n程教學主要存在的問題

長期以來，國內(nèi)眾多高校采用C++或Java作為程序設(shè)計語言進行面向?qū)ο笏枷搿⒓夹g(shù)和方法的講授及實踐。C++或Java具有面向?qū)ο蟮暮诵奶匦?，符合面向?qū)ο笤O(shè)計思想，特別是Java是純面向?qū)ο笳Z言，要求學生完全按照面向?qū)ο竽Ｊ竭M行編程。以此作為教學的實踐過程，課程前幾章大都講解C++或Java語言開發(fā)環(huán)境、基礎(chǔ)語法、程序設(shè)計方法等基礎(chǔ)知識，以便為后續(xù)章節(jié)的學習打下基礎(chǔ)。而在教學中后期引入面向?qū)ο蟮暮诵母拍?，如類、對象、封裝、繼承和多態(tài)性等主體內(nèi)容，在教學方法上，采用案例式、研討式、項目驅(qū)動式和實踐操作等各種教學方法。這樣的課程體系，希望通過具體實際應(yīng)用，逐漸構(gòu)建概念的深入過程，貫穿課程整體系列，使學生通過理論實踐整合，漸次性的迭代序列，最終掌握面向?qū)ο笾R體系結(jié)構(gòu)。然而，從最終教學效果來看卻不甚理想，通過平時測驗和期末考試，達到優(yōu)秀水平學生人數(shù)較少，大部分學生的成績處于中等偏下的狀態(tài)。大部分學生對語言運用掌握不好，語法細節(jié)模糊不清，不具備編程基本思想和良較好的編程習慣，導致無法對面向?qū)ο笾械某橄蠛蛷碗s的概念進行形式化編程實踐，從而更難深入理解和運用所學知識。面對這些困難，基礎(chǔ)薄弱的學生不得不花費大量時間用于學習基礎(chǔ)語法和編寫調(diào)試過程。但是本門課程的中心環(huán)節(jié)是面向?qū)ο笙嚓P(guān)概念的掌握和應(yīng)用，編程語言只是實現(xiàn)此目標的中介，教師在前期的編程語言導入過程，不可能深入過多細節(jié)，只是起著引導和示范作用。但在課程核心內(nèi)容的編程實踐時，很多學生在沒有熟練掌握編程知識的前提下，無法對面向?qū)ο蟮某橄筮M行有效的編程實踐，導致無法對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計范型、設(shè)計模式、多態(tài)性等內(nèi)容有著深入的理解。這種雙重失效的局面，使學生感到知識體系的混亂無頭紊，對本門課程學習失去了興趣。綜上分析，形成學習困惑現(xiàn)象很大程度上是由于C++或Java語言及其開發(fā)環(huán)境的復雜性和細節(jié)繁雜，增加了學習課程的負擔和困難。在有限的課程時間內(nèi)，學習語言反而成了很多學生的主要目標，完全淡化了本門課程的教學宗旨。為了提高學生的編程能力，有時候不得不延長編程語言內(nèi)容的課時量，壓縮課程后面的核心內(nèi)容，這樣就會造成本門課程中心教學內(nèi)容偏離，變成了C++或Java語言編程課程，對學生發(fā)出了錯誤的引導信息，使其忽略了宏觀思想的建立，丟了西瓜撿了芝麻。

3 Python語言的面向?qū)ο筇匦?/p>

Python是一種面向?qū)ο蟮慕忉屝杂嬎銠C程序設(shè)計語言，具有功能強大而完善的通用性，具有十多年的發(fā)展歷史，成熟且穩(wěn)定?，F(xiàn)在國內(nèi)外眾多的大學已將Python課程導入到計算機相關(guān)學科的教學體系中。Python本身特性決定了它是一門很好的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言，以下幾個特點非常有利于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計教學：

（1） 語法簡單實用。Python是一門語法簡約，表達豐富的計算機程序設(shè)計語言。良好的形式化設(shè)計使Python程序感覺像閱讀英語文稿，其更加接近人類的自然語言思維方式。這種具有偽代碼的特性讓編程人員專注于設(shè)計解決問題的算法過程而不是語言本身的書寫細節(jié)。Python設(shè)計上的這種清晰劃一的風格，使代碼易讀、易學習和易維護。

（2）Python是完全面向?qū)ο蟮恼Z言。函數(shù)、模塊、數(shù)字、字符串都是對象，并且完全支持繼承、重載、派生、多繼承等面向?qū)ο筇匦?，非常適合面向?qū)ο笳n程教學體系的要求。

（3）Python可以在交互模式下運行。通過輸入操作指令實現(xiàn)即時的運行結(jié)果，對教學硬件設(shè)備要求不高，非常適合在有限的課堂時間內(nèi)，通過形象化展示講解教學內(nèi)容。

（4）代碼的易管理可維護性。作為一種高級語言，Python可以自動管理程序低層次的運行環(huán)境，使程序員不必擔心內(nèi)存泄漏等設(shè)計缺陷，能夠高效地運行在不同的操作系統(tǒng)上，達到了一致的通用性。Python在編程設(shè)計時讓違反了縮進規(guī)則的程序不能通過編譯，以此來強制學生養(yǎng)成良好的編程習慣。

（5）可擴展性。Python可以調(diào)用由其他程序語言編譯后的程序，也可以將其嵌入到C/C++程序中，實現(xiàn)高級語言的腳本化能力。Python有功能強大的標準函數(shù)庫，實現(xiàn)了許多常用功能，可快速地完成目標業(yè)務(wù)的組裝。

4 面向?qū)ο笳n程的Python語言實踐

由于Python語言簡單易學易用，所以對于本課程教學內(nèi)容的設(shè)計，可以快速講解Python的基礎(chǔ)語法和基本應(yīng)用，將更多教學時間分配到更重要的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計內(nèi)容上。教學關(guān)注點不應(yīng)在python的基礎(chǔ)語法上，程序語言學習只是為了理解面向?qū)ο笤淼膽?yīng)用工具，要引導學生將更多的精力和時間放在面向?qū)ο蟮母拍钕１?列出了《面向?qū)ο蟆氛n程教學內(nèi)容及學時分配。

[序號＼&教學內(nèi)容＼&學時分配＼&1＼&Python語言基礎(chǔ)（變量、字符串和編碼、列表和字典、邏輯結(jié)構(gòu)、函數(shù)）＼&8＼&2＼&面向?qū)ο蠡A(chǔ)（類和對象、封裝、繼承、多態(tài)、接口）＼&16＼&3＼&異常處理和調(diào)試機制＼&4＼&4＼&面向?qū)ο蟾呒壘幊蹋ǘ嘀乩^承、元類、設(shè)計模式）＼&10＼&5＼&文件處理和序列化＼&6＼&6＼&應(yīng)用實例＼&4＼&]

第一部分主要是Python語言基礎(chǔ)知識，包括數(shù)據(jù)類型和變量，變量引用方式，字符串編碼方式和Unicode與其他編碼的轉(zhuǎn)換，列表的定義和作用，字典的使用，條件邏輯設(shè)計，迭代循環(huán)設(shè)計，函數(shù)的定義、作用和應(yīng)用。對于專業(yè)學生，前期已經(jīng)學習過C語言程序設(shè)計，對于程序設(shè)計的結(jié)構(gòu)化思想有著很好的基礎(chǔ)，已具備了一定的程序設(shè)計基礎(chǔ)，所以可根據(jù)學生接受和理解程度作出適當?shù)恼n時縮減。對于非專業(yè)計算機學生，大部分沒有接受過系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化程序訓練，對于結(jié)構(gòu)化編程的基礎(chǔ)思路、操作技巧不熟練，則可適當增加基礎(chǔ)訓練學時，為以后學習打下基礎(chǔ)。

第二部分是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計基礎(chǔ)，主要內(nèi)容包括面向?qū)ο蠓缎?、類和對象、封裝、繼承、重載、多態(tài)性、抽象類、接口和模板等，是本課程的主要教學內(nèi)容。面向?qū)ο蠓椒ㄗ鳛橐环N獨具優(yōu)越性的新方法引入軟件開發(fā)過程以來，引起了行業(yè)越來越廣泛的關(guān)注和高度重視，一直是計算機界關(guān)心的重點。

第三部分異常處理是運行和調(diào)試程序的重要工具，它分離了接收程序錯誤信息和錯誤處理過程，對明晰程序設(shè)計思路，增強代碼可讀性和可維護性，提高編程效率具有重要的作用。Python的異常處理能力很強大，對于提高學生分析和調(diào)試代碼能力有著很大的幫助。

第四部分是本課程較為高級的內(nèi)容，通過學習使用多重繼承和設(shè)計模式等內(nèi)容，可依照前人創(chuàng)建的某種設(shè)計模式，更加簡單快捷地復用成功的軟件設(shè)計和體系結(jié)構(gòu)，簡化設(shè)計的復雜性，減少未知風險。Python語言可以簡單、靈活和高效地實現(xiàn)設(shè)計模式原型。掌握了軟件設(shè)計模式，可在更高層次上掌握面向?qū)ο笳w的設(shè)計理念。對以后軟件開發(fā)的學習或職業(yè)生涯具有較強的指導作用。

第五部分是文件處理及序列化。它是程序設(shè)計中經(jīng)常要用到的模塊與功能，描述了Python程序如何創(chuàng)建、更新及處理數(shù)據(jù)文件，同時介紹了各種基于文件的數(shù)據(jù)存儲機制。

5 結(jié)語

面向?qū)ο笤O(shè)計是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，教學目的是讓學生理解面向?qū)ο蠡纠砟詈蛻?yīng)用實踐，學會對實際問題進行分析建模，解決具體問題。它是后續(xù)的軟件項目開發(fā)案例課程重要基礎(chǔ)理論，能夠加深理解軟件設(shè)計模塊化、軟件架框理論和各種開發(fā)框架等宏觀體系等高層次理論，奠定了成為優(yōu)秀IT領(lǐng)域設(shè)計開發(fā)人才的升級路徑。面向?qū)ο笏枷胧乾F(xiàn)代軟件開發(fā)過程的基本行為指南，為今后讓學生更好地走向社會打下良好的基石。

參考文獻：

[1] 魯特茲. Python學習手冊[M]. 3版.侯靖，譯.北京： 機械工業(yè)出版社，2009.

[2] Mark Lutz.Learning Python[M].東南大學出版社，200（6）.

[3] 挪威.Magnus Lie Hetland Python基礎(chǔ)教程[M].人民郵電出版社，2010.