賀玲, 肖蕾, 羅剛, 唐曉, 胡亞慧

(空軍預(yù)警學(xué)院 預(yù)警情報(bào)系, 湖北 武漢 430010)

0 引言

Python語(yǔ)言由荷蘭人Guido van Rossum于1989年發(fā)明，1991年發(fā)行第一個(gè)公開(kāi)版本。該語(yǔ)言是目前最接近自然語(yǔ)言的通用編程語(yǔ)言，是程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革的理想選擇，是理解計(jì)算思維時(shí)代性的重要體現(xiàn)[1]。

近年來(lái)，全國(guó)高校都在開(kāi)設(shè)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言課程，旨在通過(guò)學(xué)習(xí)使學(xué)生了解高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本思想，體會(huì)計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)程序、編寫(xiě)程序、調(diào)試程序的能力。而Python語(yǔ)言以其功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易學(xué)等優(yōu)點(diǎn)，受到越來(lái)越多高校的青睞。我國(guó)教育部高等學(xué)校大學(xué)計(jì)算機(jī)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)在2016年首次將Python語(yǔ)言作為程序設(shè)計(jì)入門(mén)課程的教學(xué)語(yǔ)言[2]。

1 前期Python教學(xué)面臨問(wèn)題分析

我校自2017年以來(lái)，已在三屆本科生中全面開(kāi)展了Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)?？偨Y(jié)回顧這幾年的教學(xué)實(shí)踐，在前期教學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題和困難主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

一是在知識(shí)學(xué)習(xí)層面，學(xué)生普遍存在重“語(yǔ)法”，輕“語(yǔ)義”和“語(yǔ)用”的傾向，導(dǎo)致學(xué)習(xí)重點(diǎn)不明確，學(xué)習(xí)重心本末倒置。

二是在能力培養(yǎng)層面，學(xué)生對(duì)具體現(xiàn)實(shí)問(wèn)題抽象建模不到位，導(dǎo)致學(xué)習(xí)深度不夠，學(xué)習(xí)進(jìn)程緩慢。

三是在素質(zhì)提升層面，學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的結(jié)構(gòu)化、模塊化意識(shí)不強(qiáng)，導(dǎo)致舉一反三能力偏弱，學(xué)習(xí)效果不明顯。

究其本質(zhì)，出現(xiàn)上述問(wèn)題的根本原因，是學(xué)生在學(xué)習(xí)Python語(yǔ)言的過(guò)程中，問(wèn)題導(dǎo)向不明確，沒(méi)有真正從計(jì)算思維的角度去看待、分析問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣不濃厚，學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性沒(méi)有完全調(diào)動(dòng)起來(lái)。

計(jì)算思維的概念最早由美國(guó)CMU大學(xué)周以真教授提出[3]。周教授認(rèn)為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)以及理解人類行為，它采用抽象和分解的方法來(lái)控制龐雜的任務(wù)或設(shè)計(jì)巨型復(fù)雜系統(tǒng)，并選擇合理的方式對(duì)一個(gè)問(wèn)題的相關(guān)方面建模使其易于處理。中國(guó)科學(xué)院院士陳國(guó)良講授曾指出：在大學(xué)中，計(jì)算思維不僅能振興大學(xué)計(jì)算機(jī)教育，而且會(huì)令科學(xué)與工程領(lǐng)域創(chuàng)造出革命性的研究成果[4]。

案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，則能很好地遵循計(jì)算思維求解問(wèn)題的思路，帶領(lǐng)學(xué)生以問(wèn)題為導(dǎo)向，并通過(guò)對(duì)問(wèn)題的抽象建模和模塊化分解，尋求問(wèn)題的最優(yōu)解，從而將知識(shí)學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提升，貫穿教學(xué)的全過(guò)程。

2 五子棋教學(xué)案例設(shè)計(jì)

2.1 案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法

案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)，以案例為基礎(chǔ)、以問(wèn)題為核心組織教學(xué)，該教學(xué)法已在計(jì)算機(jī)等各類學(xué)科的教學(xué)中得到廣泛的實(shí)施[5-7]。

案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法起源于1920年，來(lái)源于美國(guó)哈佛商學(xué)院采取商業(yè)管理的真實(shí)情境來(lái)進(jìn)行教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與課堂討論。此教學(xué)方法實(shí)施后，效果顯著。結(jié)合Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)的實(shí)際，本文認(rèn)為，案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法可抽象為以下幾個(gè)階段。

首先是設(shè)計(jì)(或提出)案例。設(shè)計(jì)合理的案例，即是創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)情境，這是案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)的第一步。一個(gè)適合于教學(xué)的案例，應(yīng)該具有鮮明的針對(duì)性，針對(duì)教學(xué)對(duì)象、針對(duì)教學(xué)內(nèi)容、針對(duì)教學(xué)重難點(diǎn)。

然后是分析(或分解)案例。分析案例，從中提煉關(guān)鍵問(wèn)題，并對(duì)其進(jìn)行歸納建模，這是案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)中承上啟下的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中蘊(yùn)含了“抽象”、“分解”以及“算法思維”等計(jì)算思維中的重要概念。

最后是引導(dǎo)學(xué)生圍繞案例所要解決的問(wèn)題逐步遞進(jìn)地進(jìn)行求解，并驗(yàn)證所得結(jié)果。

在此期間，知識(shí)學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)和素質(zhì)提升貫穿教學(xué)的全過(guò)程，“學(xué)生主體”的理念也得到了充分的體現(xiàn)。本文提出的案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)過(guò)程,如圖1所示。

圖1 Python語(yǔ)言案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)過(guò)程

教學(xué)小組在最近一期的教學(xué)中推進(jìn)了案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的實(shí)施，實(shí)踐表明，該教學(xué)法能很好地適用于Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的教學(xué)，并且能有效提升學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力、培養(yǎng)并提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，最終有效提升教學(xué)效果。接下來(lái)以一個(gè)五子棋案例為依托，詳細(xì)闡述案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在Python教學(xué)中的應(yīng)用。

2.2 五子棋教學(xué)案例

2.2.1 提出案例

為保證教學(xué)效果，保障教學(xué)進(jìn)程的順利推進(jìn)，案例的選取除了要具有鮮明的針對(duì)性，也應(yīng)具備一定的啟發(fā)性和趣味性，同時(shí)還要有靈活的可操作性，這樣才能最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，確保教學(xué)的有效性。

五子棋案例的提出時(shí)機(jī)，選擇在Python語(yǔ)言基本數(shù)據(jù)類型以及Python程序基本結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)內(nèi)容學(xué)習(xí)完畢之后，旨在通過(guò)對(duì)該案例的分析和求解，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步掌握結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的基本思想和方法，能正確完成循環(huán)結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計(jì)，并能夠在程序中正確使用列表等組合數(shù)據(jù)類型。

五子棋案例描述如下。

五子棋是中國(guó)古代的傳統(tǒng)黑白棋種之一。現(xiàn)欲開(kāi)發(fā)一款控制臺(tái)版五子棋游戲，具備如下功能。

(1) 可以循環(huán)打印棋盤(pán)；

(2) 可以單機(jī)對(duì)戰(zhàn)；

(3) 對(duì)戰(zhàn)雙方有一方勝利時(shí)，打印勝利棋盤(pán)及贏家。

2.2.2 分析案例

首先，對(duì)于上述案例，從已給出的三個(gè)功能描述，還可進(jìn)一步分析出該案例應(yīng)該隱含的其它功能，例如：能夠判斷某個(gè)棋子是否超出棋盤(pán)范圍、能夠判斷指定坐標(biāo)位置是否已經(jīng)存在棋子。此外，還應(yīng)該能保證界面美觀、提示清晰明顯。

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)五子棋游戲規(guī)則，可總結(jié)抽象出五子棋游戲的功能結(jié)構(gòu),如圖2所示。

圖2 五子棋功能結(jié)構(gòu)抽象示意圖

更進(jìn)一步，根據(jù)對(duì)功能結(jié)構(gòu)的分解和描述，可得到該五子棋案例的簡(jiǎn)易流程圖，如圖3所示。

圖3 五子棋流程圖

按照計(jì)算機(jī)求解問(wèn)題的一般步驟，接下來(lái)要做的工作，就是根據(jù)流程圖，以某個(gè)特定的語(yǔ)言為載體，編寫(xiě)程序，并運(yùn)行程序獲得結(jié)果。

2.2.3 求解案例

分析圖3可知，該案例的求解，其程序結(jié)構(gòu)涵蓋了循環(huán)結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)。此外，針對(duì)棋盤(pán)的處理(初始化棋盤(pán)、繪制棋盤(pán)等)，需要涉及到對(duì)列表的處理。因此，案例求解階段的任務(wù)，就是引導(dǎo)學(xué)生利用前期所學(xué)過(guò)的選擇和循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法，以及對(duì)列表這一組合數(shù)據(jù)類型的處理，同時(shí)以結(jié)構(gòu)化、模塊化程序設(shè)計(jì)的思想為指導(dǎo)，完成程序的編寫(xiě)，并正確地進(jìn)行輸入，以獲得預(yù)期的結(jié)果。

2.3 教學(xué)效果

上述從提出案例、分析案例到求解案例的整個(gè)過(guò)程思路，與計(jì)算思維求解問(wèn)題的途徑和方法一脈相承、緊密吻合，同時(shí)也自始至終地貫徹了“問(wèn)題引導(dǎo)、學(xué)生主體”的教學(xué)理念。

教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生從首次接觸案例，到最終對(duì)案例進(jìn)行求解，都表現(xiàn)出了極大的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，他們從中也獲得了強(qiáng)烈的成就感和滿足感，學(xué)習(xí)效果得到了明顯的提升。

(1) 學(xué)習(xí)的針對(duì)性增強(qiáng)，學(xué)習(xí)重點(diǎn)明確。有了案例所求解問(wèn)題的引導(dǎo)，學(xué)生對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)不再有畏難情緒，而是積極主動(dòng)地帶著問(wèn)題去預(yù)習(xí)新內(nèi)容、探尋新知識(shí)，對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)系統(tǒng)性更強(qiáng)，條理也更清晰。

(2) 學(xué)生動(dòng)手能力增強(qiáng)，學(xué)習(xí)進(jìn)程順利。在分析案例、求解案例的全過(guò)程中，學(xué)生都是作為主體主動(dòng)參與，借助課程“理實(shí)一體”的教學(xué)模式，整個(gè)教學(xué)過(guò)程都是圍繞案例邊分析、邊驗(yàn)證。學(xué)生自主實(shí)踐、解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力得到有力提升。

(3) 計(jì)算思維的導(dǎo)向更突出，學(xué)習(xí)效果明顯。從本質(zhì)上說(shuō)，案例的求解，是一個(gè)全局的、系統(tǒng)化的宏觀問(wèn)題，在將這個(gè)大的整體問(wèn)題劃分為若干個(gè)結(jié)構(gòu)化的模塊并得以求解的過(guò)程中，學(xué)生的計(jì)算思維和素養(yǎng)都能到了應(yīng)有的提高。

3 總結(jié)

案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的實(shí)施，一定要注重案例的針對(duì)性、明確性和可操作性，只有這樣，才能最大限度調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，保證教學(xué)進(jìn)程的有效推進(jìn)。

Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，是一門(mén)實(shí)踐性極強(qiáng)的課程，需要尋求有更多、更有效的案例，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，提升教學(xué)效果。下一步，在探尋新的教學(xué)模式和教學(xué)思路的同時(shí)，還要力求建設(shè)一批貼近實(shí)戰(zhàn)的教學(xué)案例，并將其應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，推動(dòng)課程建設(shè)發(fā)展。