摘要：針對(duì)Python課程教學(xué)過程中存在的課時(shí)不足、Python語言的學(xué)習(xí)難度分層遞增等問題，文章提出教師可以通過舉一反三、歸納梳理、知識(shí)遷移、融入應(yīng)用、對(duì)比分析、項(xiàng)目實(shí)踐的方法開展系統(tǒng)而有效的編程教學(xué)，采用逐級(jí)鞏固的循序漸進(jìn)式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握Python的知識(shí)和技術(shù)要領(lǐng)。

關(guān)鍵詞：“Python程序設(shè)計(jì)”課程；循序漸進(jìn)式教學(xué)方法；知識(shí)遷移；關(guān)聯(lián)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G642" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

Python是當(dāng)前最受歡迎的主流程序設(shè)計(jì)語言之一，具有代碼簡(jiǎn)潔、功能豐富、社區(qū)活躍等優(yōu)點(diǎn)，可用于桌面應(yīng)用程序、爬蟲技術(shù)、數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、Web開發(fā)、自動(dòng)化運(yùn)維和測(cè)試等領(lǐng)域。Python語言的輕量級(jí)語法和適用范圍廣的特點(diǎn)非常符合高校在信息時(shí)代培養(yǎng)復(fù)合型人才的目標(biāo)［1］?；赑ython的上述優(yōu)勢(shì)，許多高校已逐步從開設(shè)C、C++、Java、VFP等程序設(shè)計(jì)課程，轉(zhuǎn)為將Python作為程序設(shè)計(jì)課程的入門語言［2］。

1 “Python程序設(shè)計(jì)”課程的核心知識(shí)體系

Python語言的知識(shí)結(jié)構(gòu)豐富、應(yīng)用分支較多，相應(yīng)地，“Python程序設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)內(nèi)容也可以分為基礎(chǔ)知識(shí)、進(jìn)階知識(shí)、高級(jí)應(yīng)用3個(gè)層級(jí)，各階段的主要知識(shí)模塊構(gòu)成了Python課程的核心知識(shí)體系，如圖1所示。

2 “Python程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)需解決的重點(diǎn)問題

雖然相對(duì)其他編程語言來講，Python的入門難度不大，學(xué)習(xí)曲線相對(duì)平緩［3］，但作者經(jīng)過近些年的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)Python課程教學(xué)仍面臨以下幾個(gè)問題。

2.1 Python課程的學(xué)時(shí)有限，制約了多樣化的教學(xué)需求

由于“Python程序設(shè)計(jì)”課程通常設(shè)置為48或64學(xué)時(shí)，其中32學(xué)時(shí)用于講授內(nèi)容，其余為實(shí)驗(yàn)操作。因此，教師需要根據(jù)不同專業(yè)的課程需求相應(yīng)選擇核心章節(jié)、重點(diǎn)例題進(jìn)行詳細(xì)講解，而其他章節(jié)或例題則采用演示、討論、慕課等教學(xué)方式。由于不同專業(yè)的教學(xué)需求不盡相同，如何制定按需匹配的教案，值得授課教師琢磨和思考。

在程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，課內(nèi)以解析基礎(chǔ)例題和知識(shí)點(diǎn)為主導(dǎo)的講授式教學(xué)，往往比較枯燥乏味，但如果課外的線上課時(shí)比例設(shè)置過高，教學(xué)效果亦不理想。一是大學(xué)階段每學(xué)期的課程門數(shù)較多，分配到每門課的課外時(shí)間非常有限；二是真正自律的學(xué)生占比不多，有些學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)編程的積極性不高［4］。如果學(xué)生持續(xù)被動(dòng)投入時(shí)間和學(xué)習(xí)精力，通常學(xué)習(xí)效果不佳。

2.2 Python初學(xué)者易產(chǎn)生畏難情緒

“Python程序設(shè)計(jì)”課程一般在第二或第三學(xué)期排課，學(xué)段較低，學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)較薄弱，自主學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)，多數(shù)學(xué)生在大學(xué)之前沒有編程基礎(chǔ)，屬于初學(xué)者，在學(xué)習(xí)第一門編程語言的初始階段，往往不得要領(lǐng)；其次，如果初學(xué)者缺乏有效的引導(dǎo)，只看書、不練代碼，抑或上機(jī)練習(xí)的力度不夠，對(duì)語法陌生、調(diào)試代碼的經(jīng)驗(yàn)不足，缺少快速糾錯(cuò)的能力等，都將導(dǎo)致他們信心不足，由于調(diào)試代碼反復(fù)受挫而失去耐心；一部分學(xué)生對(duì)編程不感興趣，沒有學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的動(dòng)力；另外，部分學(xué)生在完成電子作業(yè)時(shí)采取復(fù)制粘貼的方式［5］，由于缺乏獨(dú)立思考的過程，其程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)效果往往不甚理想。

2.3 Python語言的學(xué)習(xí)難度分層遞增

一門優(yōu)秀的編程語言所涵蓋的知識(shí)點(diǎn)非常廣泛，Python也不例外。一名新手學(xué)習(xí)編程，如果依次經(jīng)歷由點(diǎn)及面，再到系統(tǒng)掌握，并具備融會(huì)貫通的能力，需要花費(fèi)大量的時(shí)間精力進(jìn)行海量練習(xí)，不斷地思考和積累編程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能達(dá)到熟能生巧的程度，如果只是泛泛而學(xué)，則只能編寫常規(guī)的基礎(chǔ)程序，很難系統(tǒng)掌握Python的程序設(shè)計(jì)精髓，進(jìn)而較難達(dá)到融會(huì)貫通、學(xué)以致用的境界。

通常Python編程的學(xué)習(xí)階段依次經(jīng)歷基礎(chǔ)入門、進(jìn)階練習(xí)以及高階應(yīng)用，不同層級(jí)、不同應(yīng)用領(lǐng)域所包含的知識(shí)體系、代碼編寫的難度和知識(shí)應(yīng)用的能力要求，差異顯著。Python基礎(chǔ)編程的入門學(xué)習(xí)階段較為容易，數(shù)據(jù)類型精煉實(shí)用、語法簡(jiǎn)潔、代碼語句簡(jiǎn)單易學(xué)，但對(duì)于更深層次的Python應(yīng)用，如數(shù)據(jù)科學(xué)、人工智能、軟件工程等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)挖掘、商務(wù)數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)可視化、自動(dòng)化測(cè)試等技能，則要求學(xué)習(xí)者不斷深入思考，磨礪程序設(shè)計(jì)以及代碼編寫的能力，積累項(xiàng)目實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)。

因此，教師如何在有限的課時(shí)內(nèi)提高Python課程的教學(xué)效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，從而實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)他們達(dá)到熟能生巧、學(xué)以致用的教學(xué)目標(biāo)，是一個(gè)值得探討的話題。

3 “Python程序設(shè)計(jì)”課程的循序漸進(jìn)式教學(xué)方法

根據(jù)經(jīng)管類相關(guān)專業(yè)在Python語言各學(xué)習(xí)階段的能力要求，以及作者近些年從事程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)的體會(huì)，加之這門語言的編程素材和案例的特點(diǎn)，本文總結(jié)了提升“Python程序設(shè)計(jì)”課程教學(xué)效果的循序漸進(jìn)式方法。

3.1 舉一反三的仿寫和延伸練習(xí)

Python語言的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段有許多相似的編程實(shí)例，如編程求解平面圖形的面積。此例可枚舉出長方形、三角形、梯形、橢圓等平面圖形，它們的共同點(diǎn)是均需完成輸入、計(jì)算、輸出3個(gè)步驟，只是輸入的變量個(gè)數(shù)、計(jì)算公式、輸出的信息有所不同，因此授課教師可以舉一反三，首先講解長方形面積的程序代碼，然后布置一個(gè)編程計(jì)算其他平面圖形的面積或周長的鞏固練習(xí)，再延伸到長方體或圓柱體、椎體等幾何體的表面積或體積的編程訓(xùn)練，形成點(diǎn)、線、面的系統(tǒng)授課思維，使學(xué)生達(dá)到觸類旁通的學(xué)習(xí)效果。

再比如，在類的繼承中，相似的例子有：設(shè)計(jì)“學(xué)生-大學(xué)生-研究生”“職員-銷售人員-銷售經(jīng)理”的面向?qū)ο蟮某绦颉＿@兩個(gè)編程實(shí)例的思路均是構(gòu)建父類、子類的繼承關(guān)系，并編寫每個(gè)類的數(shù)據(jù)屬性和成員方法的具體代碼。如果以第一個(gè)關(guān)于學(xué)生、大學(xué)生、研究生3個(gè)類之間實(shí)現(xiàn)繼承關(guān)系的程序作為參照，教師將其作為仿寫模板，則能指導(dǎo)學(xué)生快速寫出第二個(gè)關(guān)于職員-銷售人員-銷售經(jīng)理的代碼。

舉一反三的仿寫和延伸練習(xí)的方法能使初學(xué)者在基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段加深對(duì)基本語法、基礎(chǔ)技能的理解和鞏固。表1列舉了此方法的編程實(shí)例和主要步驟。

3.2 類比知識(shí)點(diǎn)的歸納和梳理

教師在講解Python語法時(shí)，可歸納相同或相近的編程任務(wù)，梳理和對(duì)比這些代碼的用法區(qū)別。此方法能精細(xì)化地比較Python語句和方法調(diào)用等代碼細(xì)節(jié)，從而減少Python基本用法的語法錯(cuò)誤，有效提高代碼編寫的正確率。

以Python復(fù)合數(shù)據(jù)類型為例，每類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)均提供了一系列函數(shù)或方法，如果學(xué)生單純從字面上觀察函數(shù)名，容易混淆它們的含義或用法，因此需要進(jìn)行歸納和梳理。對(duì)于相同編程任務(wù)的不同實(shí)現(xiàn)方式，如增加列表元素的方式有：+ 、append（）、extend（）、insert（）；又如，刪除字典元素的常用方式有：pop（）、popitem（）、clear（）、del命令等，它們?cè)谟梅ㄉ嫌幸欢ǖ膮^(qū)別，教師應(yīng)結(jié)合具體代碼語句指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行對(duì)比練習(xí)。

Python函數(shù)的默認(rèn)參數(shù)和關(guān)鍵參數(shù)均體現(xiàn)在為函數(shù)的參數(shù)賦值，不同的是，默認(rèn)參數(shù)是在定義函數(shù)時(shí)為形參賦值，且默認(rèn)參數(shù)通常寫在形參列表的右邊；而關(guān)鍵參數(shù)是指調(diào)用函數(shù)時(shí)，為函數(shù)的實(shí)參賦值，關(guān)鍵參數(shù)的順序可自由設(shè)定。

教師在講授正則表達(dá)式的用法時(shí)，可將英文字母、數(shù)字字符、URL、IP、E-mail、手機(jī)號(hào)、身份證號(hào)等高頻使用的正則表達(dá)式進(jìn)行歸納和梳理，從而引導(dǎo)學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)獲取、新用戶注冊(cè)、產(chǎn)生隨機(jī)驗(yàn)證碼等程序設(shè)計(jì)任務(wù)中分門別類地按需取用。

3.3 知識(shí)遷移和關(guān)聯(lián)應(yīng)用

Python語言的知識(shí)點(diǎn)和編程技巧在程序設(shè)計(jì)過程中，時(shí)常包含承上啟下、先后銜接的邏輯關(guān)聯(lián)，這類情形適宜開展知識(shí)遷移和關(guān)聯(lián)應(yīng)用的編程訓(xùn)練。

以2個(gè)例子進(jìn)行說明，第一個(gè)例子是從判斷單個(gè)整數(shù)是否為質(zhì)數(shù)的編程任務(wù)，遷移到輸出指定的整數(shù)范圍內(nèi)所有的質(zhì)數(shù)，然后關(guān)聯(lián)到驗(yàn)證歐拉版本的哥德巴赫猜想，即任一大于2的偶數(shù)均能寫成2個(gè)質(zhì)數(shù)之和。其主要思路是函數(shù)的定義和嵌套調(diào)用，首先將單個(gè)整數(shù)是否為質(zhì)數(shù)的判斷寫為1個(gè)函數(shù)isPrime（n），另2個(gè)關(guān)聯(lián)應(yīng)用的循環(huán)體語句則可以調(diào)用這個(gè)函數(shù)求解問題。

另一個(gè)例子是首先定義1個(gè)求2個(gè)整數(shù)的最大公約數(shù)的函數(shù)getCmd（m，n），知識(shí)遷移練習(xí)是求2個(gè)整數(shù)的最小公倍數(shù)的函數(shù)，其關(guān)鍵語句是return m*n/getCmd（m，n），相應(yīng)的關(guān)聯(lián)應(yīng)用為以面向?qū)ο蟮木幊谭绞綄?shí)現(xiàn)有理數(shù)的加減乘除運(yùn)算，其中將調(diào)用求最大公約數(shù)的函數(shù)作為對(duì)有理數(shù)的分子分母約分的支撐方法。

遷移練習(xí)和關(guān)聯(lián)應(yīng)用的方法能將零散的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)銜接，訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維和知識(shí)聚合的能力，表2列舉了此方法的典型應(yīng)用實(shí)例。

3.4 融入應(yīng)用情景的編程訓(xùn)練

純粹地編寫和講解代碼有時(shí)是非?？菰锏?，因此，增加編程的趣味性和實(shí)用性是提升程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)效果的一種有效方式。例如：教師在講解Python列表推導(dǎo)式時(shí)，融入阿凡提與國王比賽下棋的故事來展示編程的價(jià)值和樂趣。這個(gè)故事運(yùn)用Python列表推導(dǎo)式為主要解題思路，求解全部大米總粒數(shù)的代碼為：

gains = sum（［2**i for i in range（64）］

假設(shè)大米的平均千粒重為16.7g，則求解全部大米總噸數(shù)的代碼為：

tons = （gains/1 000）*16.7/1 000**2

在Python命令行運(yùn)行上述代碼，返回的總粒數(shù)、總噸數(shù)分別為18 446 744 073 709 551 615、308 060 626 030.949 5。

融入應(yīng)用情景的方法適合在不同教學(xué)階段適時(shí)引入計(jì)算BMI體重指數(shù)、課堂隨機(jī)點(diǎn)名、搶紅包、背單詞、在線考試等編程實(shí)例，如表3所示。教師將這些實(shí)用有趣的或啟發(fā)思考或解決實(shí)際問題的應(yīng)用場(chǎng)景作為素材導(dǎo)入授課過程，分別融入相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)，使課程學(xué)習(xí)既有趣又學(xué)以致用。

3.5 一題多解的編程訓(xùn)練方法

Python的程序設(shè)計(jì)任務(wù)常常能實(shí)現(xiàn)一題多解的效果，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生嘗試從不同的解題思路、不同的編程技巧、多角度地鞏固Python編程能力，拓寬思路，提高編程段位。

例如，統(tǒng)計(jì)從鍵盤輸入的字符串中包含大小寫英文字母、數(shù)字字符數(shù)目的程序，至少有3個(gè)不同的編程途徑：可以綜合運(yùn)用循環(huán)結(jié)構(gòu)、多分支結(jié)構(gòu)和鏈?zhǔn)奖容^，根據(jù)各類別的ASCII碼值判斷區(qū)間分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；可以在遍歷輸入字符串的循環(huán)結(jié)構(gòu)中分別調(diào)用isupper（）、islower（）、isdigit（）來判斷和統(tǒng)計(jì)；還可以通過匹配大小寫英文字母、數(shù)字字符的正則表達(dá)式的方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

Python語言中類似一題多解的例子不勝枚舉，表4列舉了其中2個(gè)實(shí)例闡述一題多解的編程訓(xùn)練方法。

教師首先對(duì)編程題目每種方法的關(guān)鍵思路給出提示，然后由學(xué)生編寫完成具體的代碼，最后師生共同將每題的多個(gè)方法進(jìn)行對(duì)比總結(jié)。實(shí)例一：生成斐波那契數(shù)列，分別采用遞歸法、遞推法、生成器法3種方法編程。教師在講授函數(shù)的用法時(shí)，以此為例，分別講解3種思路，然后指導(dǎo)學(xué)生寫出關(guān)鍵代碼，進(jìn)而對(duì)比遞歸、循環(huán)、生成器函數(shù)三者之間的異同。實(shí)例二：查找2個(gè)列表中的相同元素，分別采用兩層循環(huán)、列表推導(dǎo)式、集合amp;運(yùn)算3種方法編程。

因?yàn)镻ython語言的功能豐富，代碼編寫的方式靈活多樣，教師在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生從不同的思維方式、不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、不同的函數(shù)用法等多角度開展一題多解的編程訓(xùn)練，并指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐應(yīng)用中依據(jù)程序的簡(jiǎn)潔、易讀、高效等評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選擇最適宜的編程方法。

3.6 通過實(shí)踐項(xiàng)目提升Python應(yīng)用能力

通過Python基礎(chǔ)知識(shí)、進(jìn)階知識(shí)的模塊學(xué)習(xí)，學(xué)生總體上能編寫常規(guī)程序，而要達(dá)到真正解決實(shí)際應(yīng)用問題、實(shí)踐所學(xué)知識(shí)和技術(shù)的目標(biāo)，課程還需從項(xiàng)目實(shí)踐著手提升學(xué)生的Python綜合應(yīng)用能力。參與項(xiàng)目能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)技術(shù)的理解和記憶，激發(fā)他們的創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)興趣，增加自信心和成就感。

該方法的一個(gè)實(shí)施方式是在Python基礎(chǔ)學(xué)習(xí)階段完成后，課程轉(zhuǎn)入實(shí)訓(xùn)階段或與Python應(yīng)用相關(guān)的后續(xù)專業(yè)課程的教學(xué)，教師將授課班級(jí)分為若干小組，分別布置Python項(xiàng)目實(shí)踐的課程大作業(yè)，提供Python綜合應(yīng)用選題，如新聞頁面的信息獲取、學(xué)生成績(jī)的統(tǒng)計(jì)分析與可視化、大學(xué)宿舍管理系統(tǒng)、二手物品交易系統(tǒng)、在線考試系統(tǒng)、城市的房?jī)r(jià)分析、電商網(wǎng)站的用戶行為分析等。項(xiàng)目實(shí)踐能充分發(fā)揮小組成員的個(gè)體優(yōu)勢(shì)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，團(tuán)隊(duì)成員通過共同完成具有一定應(yīng)用價(jià)值和挑戰(zhàn)度的任務(wù)，全面鍛煉Python項(xiàng)目開發(fā)的各項(xiàng)技能。

另外，教師也可以鼓勵(lì)學(xué)生參加Python技術(shù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室、競(jìng)賽、社團(tuán)、開源項(xiàng)目等，通過與其他開發(fā)者交流和學(xué)習(xí)獲得專業(yè)的指導(dǎo)和反饋，從而快速提高技術(shù)水平和學(xué)習(xí)效率。

4 結(jié)語

綜上所述，雖然講授一門程序設(shè)計(jì)課程是一項(xiàng)煩瑣而細(xì)致的工程，但若遵循學(xué)習(xí)編程語言循序漸進(jìn)的科學(xué)規(guī)律，教師通過舉一反三、歸納梳理、知識(shí)遷移、融入應(yīng)用、對(duì)比分析、項(xiàng)目實(shí)踐等方法開展系統(tǒng)而有效的編程教學(xué)和訓(xùn)練，采用逐級(jí)鞏固的循序漸進(jìn)式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握Python課程的知識(shí)和技術(shù)要領(lǐng)，由此獲得積極的教學(xué)反饋和良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

［1］劉光蓉，周俊博.基于IPO問題驅(qū)動(dòng)的Python語言教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.武漢輕工大學(xué)學(xué)報(bào)，2022（4）：113-118.

［2］賴錦輝.“Python程序設(shè)計(jì)”目標(biāo)問題導(dǎo)向研討式教學(xué)模式研究與實(shí)踐［J］.工業(yè)和信息化教育，2023（2）：13-16.

［3］劉盈，谷建濤，閆海波，等.基于OBE理念的Python程序設(shè)計(jì)課程實(shí)踐案例教學(xué)［J］.計(jì)算機(jī)教育，2023（1）：21-27.

［4］李向群，許新征，高娟.混合教學(xué)模式下Python程序設(shè)計(jì)教學(xué)改革探索［J］.軟件導(dǎo)刊，2022（7）：45-48.

［5］邊小勇，李晨，吳志祥，等.新工科背景下計(jì)算機(jī)類實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新培養(yǎng)與成績(jī)溯源［J］.計(jì)算機(jī)教育，2023（6）：7-11.

Application of progressive teaching method in “Python Programming” course

Abstract： "Regarding the problems in the teaching process of “Python Programming” course， such as insufficient class hours and learning difficulty gradually increases with Python knowledge levels， this paper proposes that teacher implements a systematic and effective programming training to guide students to consolidate knowledge points and master technical essentials step by step. This progressive teaching method includes six main points， which are inferring other things from one fact， summarizing and organizing programming skills， knowledge transfer， integrating programming into applications， comparative analysis of programs and project practices.

Key words： “Python Programming” course; progressive teaching method; knowledge transfer; related applications