朱鵬飛

摘要：隨著科技的不斷發(fā)展，也帶動著社會的持續(xù)進步。相對而言，對于多元化人才的需求也在不斷提升，特別是在當前信息化時代背景下，市場對于計算機人才的要求不僅僅局限于技術能力方面的需求，更體現(xiàn)在計算思維能力是否具備。雖然目前我國諸多高等院校也開設了對應的計算機課程教學，但是目前教學僅僅以傳授知識為主，對于學生能力的培養(yǎng)往往過于忽視，因而研究如何針對大學生的計算思維能力進行培養(yǎng)，同時引導他們運用這種能力去解決一些現(xiàn)實問題，也是目前值得重視的問題之一。本文就以當今高校中開設的程序設計課程Python語言為例重點闡述對學生計算思維能力的培養(yǎng)。

關鍵詞：計算機課程教學；程序設計；Python語言；計算思維

中圖分類號：TP301 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0238-02

1 引言

就一般計算機教學而言，主要以學習程序構成、編程方法以及軟件開發(fā)等為主，特別是對于大學計算機教學而言，可以分為課程教學與上機實踐兩個教學階段，對于前者，一般是要求學生初步了解程序的基本理念、構成，獲得更多編程基礎語言的知識儲備；而對于后者則更加注重對學生計算思維能力的培養(yǎng)，同時讓學生能夠將這種思維能力用于處理一系列問題，從而達到學以致用的效果。當然，計算機學習過程也是較為緩慢的過程，而要解決普遍學習者入門難的問題，對于教學，特別是上機實踐教學引入科學的教學方式也是十分必要的?；诿嫦驅ο蟮?、解釋類型的Python程序設計語言，其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在其程序語法的簡潔性，易讀性，其整個學習過程特別是上機實踐過程入門簡單，上手容易，非常適用于滿足不同計算機基礎學生的學習需求，且具有泛用性，與其他程序設計語言良好的通用性等特點。因此，筆者將通過本文，從Python程序設計語言對學生計算思維能力的培養(yǎng)方面入手，進而進行具體的分析與探討。

2 計算思維的基本概念

計算思維就是一種思維方式，而其主要是依靠基本的簡化、嵌入、轉化及仿真等程序處理方式，將單個看似難度較大的程序難題二次整合，同時詮釋成為一個公眾能夠知曉問題如何處理的思維方式；同時它也是一種遞歸思維方法，即推行并行處理，就是將程序代碼與數(shù)據(jù)之間實現(xiàn)雙向翻譯轉換，而且它還能夠達到多維研究推行檢測的效果；當然，計算思維還能夠保證通過抽象及解析來調(diào)控繁瑣的任務或者展開大規(guī)模的、繁雜的系統(tǒng)設定，當然也是以關注分離作為基礎；而且可以挑選科學的方法去產(chǎn)生單一問題，或對某個問題的有關內(nèi)容進行建模，從而降低其解決和處理難度性的思維方式；當然，對于計算思維而言，同時還會衍生出防護、預案，或者根據(jù)冗雜、容錯、改錯以達到對整個程序控制的效果，并根據(jù)最差的狀況下完成系統(tǒng)修整工作；此外，可以采用誘導推演方式獲得解答，而這種思維方式也能在不定狀態(tài)中完成對應的策劃、學習與調(diào)整過程；可以借用大量數(shù)據(jù)資源提升運算速度，從而保證在時間與空間、解決效率與存儲容量方面找出一種均衡的方案[1]。

3 目前大學生計算機基礎課程教學存在的問題

3.1 教學時長有限

對于計算機課程教學而言，雖然屬于大學的基礎教學，但是隨著社會人才需求方向的變化，課程時長也受到相應的縮減和影響。特別是對于非計算機專業(yè)的學生而言，往往在計算機課程學習的機會較少，而很多計算機教師也為了“趕進度”，從而加快了教學速度，也忽視了學生的接受效果以及學習情況。此外，程序教學也是計算機教學中不可缺少的內(nèi)容，而教學時長的縮短也讓學生很難通過短期的學習和練習，熟練掌握和運用這些理論化、抽象化的知識內(nèi)容，因而學習效果也難以達到。

3.2 語法學習不足

語法是所有語言學習的基礎，而計算機語言的語法學習即是代碼，若在程序設計過程中學生語法學習程度不夠，就會導致代碼語法出現(xiàn)錯誤、疏漏等問題，從而導致整個程序功能實現(xiàn)受到影響，最大的影響就在于很多程序無法運作，對于學生學習的熱情也將是一個巨大的影響。此外，在程序運行過程中，未能體現(xiàn)顯著的運行情況，這也導致多數(shù)學生學習出現(xiàn)無從下手的情況，教學整體效率差。

3.3 算法教學較少

算法是多數(shù)計算機編程的基礎，也是保證學生學習熱情的“催化劑”。但是在傳統(tǒng)高校的大學計算機課程教學過程中，僅僅只有部分教師會將其視為程序設計的教學引入，即如各類基礎算法（包含遞歸、迭代、排序、查找等等），而這些算法可以降低學習的難度性，也能直接對學生的思維產(chǎn)生共鳴，從而激發(fā)后者的興趣和熱情，而且各類算法的運用也將對學生學習產(chǎn)生正面的效果[2]。

3.4 缺乏引導教學

無論是C語言或JAVA語言，雖然都屬于泛用性的程序語言，但是學生在學習過程中往往需要經(jīng)歷較長的磨合期，而且入門往往需要花費大量的精力與時間進行摸索，再加上教學流程缺乏相應的引導教學，從而導致多數(shù)學生會在學習過程中陷入學習的誤區(qū)，進而引發(fā)更多學習問題，這也是由于教學流程缺乏對應的引導流程所致。

4 Python語言特點及對學生計算思維能力的培養(yǎng)

Python語言是一種被廣泛使用，面向對象的高級通用腳本編程語言，其程序語法簡潔，明晰易懂[3]。對比其他的編程語言來說，Python語言有許多鮮明的特點，主要有如下幾點。

（1）語法簡潔易學。Python程序語言的語法比起其他編程語言來說比較簡練，易于學習掌握，很適合初學者學習。Python程序的重點在于問題本身的解決，而不是糾纏于某一條語句語法。

（2）代碼的開源，免費。Python的程序代碼面向所有使用者是完全免費，開放的。程序使用者可以自由的閱讀，修改和發(fā)布新的Python程序。Python語言所提倡的開源理念為其發(fā)展奠定了堅實廣泛的使用基礎。

（3）程序的可移植性、擴展性。Python程序可以被移植到不同的操作系統(tǒng)平臺上，如計算機常用的Linux，Windows，移動設備的Android系統(tǒng)平臺等。Python語言也與其他編程語言，如C，C++等有著良好的兼容性，能實現(xiàn)有機統(tǒng)一的整合。

（4）程序應用的靈活通用。Python語言是一種靈活通用的編程語言，可用于編寫各個領域的程序。例如在圖像處理、數(shù)據(jù)分析、應用計算、人工智能等方面，Python語言都能發(fā)揮非常重要的作用。

（5）豐富的類庫。Python除了自帶的標準庫（如math，turtle）之外，還有很多程序設計人員通過開源方式編寫的第三方庫，可以說涵蓋了各個領域，這些第三方庫都可以直接加以利用，大大的提高了編程的效率。

我校于14-15學年正式開設《Python語言程序設計》為計算機程序設計方面的基礎課程，最初在我校計算機系開設此門課程，隨后面向機械系，管理系，化工系等非計算機專業(yè)也開設該課程，今后將逐步面向全校推廣此門課程。雖然本課程開設時間不長，但規(guī)模和教學效果已經(jīng)取得了顯著的發(fā)展。同學們普通反映比起C，C++，Java等編程語言的枯燥難懂，不易理解，Python語言比較容易學習與掌握，并與學生所在專業(yè)的聯(lián)系較為密切，改變了過去學習程序設計語言把大部分時間都花費在了語法的理解和糾錯上，使學生們現(xiàn)在可以把精力集中在對各類具體問題的思考，分析上，極大的提高了課程的教學效率，十分有助于培養(yǎng)學生們的計算思維能力。

5 上機實踐教學中的Python應用及計算思維培養(yǎng)實例

Python語言雖然簡單易懂，但與其他編程語言一樣，同樣是非常重視具體的上機實踐操作，只看書不實踐是無法學好任何一門編程語言的[4]。Python語言與其他編程語言一樣，將程序構成為統(tǒng)一的運算處理模式，即數(shù)據(jù)的輸入，處理和輸出，也稱IPO（Input，Process，Output）方法。一般來說，一道編程題目都可分為六個步驟，即問題的分析，功能邊界的劃分，算法的設計，程序的編寫，程序的調(diào)試測試，程序的維護升級等。下面就以一道程序設計中的經(jīng)典題目——溫度轉換為例來進行詳細的講解。

溫度的表示方式有兩個不同的體系，即攝氏度和華氏度。不同的國家可能使用不同的溫度表示方法，如中國采用攝氏度，美國采用華氏度。這里首先提出問題，如何編寫一個程序實現(xiàn)兩種溫度體系的轉換。其大致的分析解決過程如下。

（1）問題的分析?？梢詮脑S多不同的角度來理解溫度轉換問題的計算部分，這里從題目的實際出發(fā)，由用戶輸入溫度值，通過編寫相關的程序給出輸出結果。

（2）邊界的劃分。在問題計算部分確定的基礎上進一步明確問題的輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理要求，輸出數(shù)據(jù)。由于本問題是兩種溫度體系的轉換，所以輸入和輸出都為華氏或攝氏溫度，數(shù)據(jù)處理為選擇合適的轉換算法。

（3）算法的設計。根據(jù)兩種溫度體系的定義，給出相應的轉換算法公式，即

C=（F-32）/1.8，F(xiàn)=C*1.8+32，其中C表示攝氏度，F(xiàn)表示華氏度。

（4）程序的編寫。

根據(jù)以上IPO描述分析和算法設計，編寫如下程序代碼

temp=input（"請輸入帶符號的溫度值："）

if temp[-1] in ['F'，'f']：

C=（eval（temp[0：-1]）-32）/1.8

print（"轉換后的溫度是{：.2f}C".format（C））

elif temp[-1] in ['C'，'c']：

F=1.8*eval（temp[0：-1]）+32

print（"轉換后的溫度是{：.2f}F".format（F））

else：

print（"Error."）

（5）程序的調(diào)試測試。將上述程序代碼保存為.py文件后使用Run Module（或按鍵盤F5鍵）運行程序，其運行結果如下。

輸入華氏溫度

>>>

請輸入帶符號的溫度值：82F

轉換后的溫度是27.78C

輸入攝氏溫度

>>>

請輸入帶符號的溫度值：-30C

轉換后的溫度是-22.00F

（6）程序的維護升級。由于各國使用不同的溫度標準，所以這個程序的生命周期將會一直存在。隨著問題的使用場景，輸入輸出等因素的改變，這個程序將會不斷的進行改進，升級與維護。

6 結語

綜上所述，對于Python語言來說，主要就是將復雜的問題按照合理的方式進行簡化與分離，即將一個大的問題分解為若干階段，然后再去逐項解決，同時激發(fā)學生進行自主分析與思索，讓他們能夠主動將其與現(xiàn)實生活進行深刻關聯(lián)，同步激發(fā)學生潛在的程序設計的學習熱情，然后進行積極引導，讓他們構建科學的計算思維方式，即如關注分析、構建模型、保護、去繁、容錯、改錯與修正的一系列過程，而且能夠以誘導推斷探尋其中科學的答案，并且以規(guī)范的方式進行整合，從而保證他們能夠歷經(jīng)思索、分析、研究、溝通等一系列過程，深刻了解程序的構成以及功能實現(xiàn)的流程，同時得出解決實現(xiàn)過程中存在的不足，最終以編寫程序代碼并運行結果的方式展示運作結果。

參考文獻

[1]曹建芳.基于“計算思維”能力培養(yǎng)的《計算機操作系統(tǒng)》課程教學改革[J].軟件導刊，2014，07（07）：174-175.

[2]劉瓊，史諾.基于計算思維視角的程序設計教學改革研究[J].自動化與儀器儀表，2015，12（12）：93-94.

[3]鄭戟明. Python程序設計課程中計算思維的應用[J].大學教育，2016，08：127.

[4]喬亞男，李波，謝濤.基于Python的“大學計算機基礎”課程教學設計[J].課程教學，2016，11：122.