基于计算思维的python 语言教学改革刍议

摘　要：基于计算思维的python 编程语言教学课程具有时代先进性，本文首先阐述了培养计算思维对当代学生的重要性，分析了传统编程教学课程中存在的问题，点明了python 语言课程的独特优势，总结了开设python 语言课程的重要意义；得出当前在高职院校开设python 语言课程是有助于培养学生的计算思维能力，使学生们掌握一门终身有益的程序设计语言。

一　计算思维

科学思维是人类理性认识世界的过程，先经过感性阶段获取大量材料，再通过整理和改造，形成概念，判断和推理，以反映事物的本质规律。计算思维是科学思维的一种，一般认为，理论、实验和计算是推动人类文明进步和科技发展的三大支柱，以公理化方法为主的理论思维，是支撑所有学科的基础，例如数学和欧式几何，就处于推动技术发展的源头；实验思维是以实验为基础具有严密逻辑理论体系的科学，特点是需借助特定的设备用实验验证理论推导，从而归纳数量关系的内在规律。计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动，计算思维的本质是抽象和自动化。在工业革命时代，大规模机器取代手工劳动，要求人能够灵活控制机器，要求所有人需具备“读、写、算”能力；而到了信息革命时代，由数万台计算机所组成的互联网成为通信的主体，数据可以方便的被加工为信息和知识，为了数据能够更快的传播出去，基于计算思维的通信技术得以广泛地运用和实践。而面向未来的机器智能时代，基于计算思维的编程能力，将是人和机器协同工作，成为人机深层交互的一项基本技能。由此可见，面对时代的发展和变迁，计算思维是人们适应社会所必需的一项根本技能。培养学生计算思维，并能够利用计算机解决实际计算问题。计算思维有利于学生以计算机的思维来考虑解决社会问题的思想和方法，可提升学生的认知、分析和解决问题的能力。计算思维无处不在，在日常生活中经意或不经意被使用。当计算思维真正融入人类活动的整体时，它作为一个问题解决的有效工具，人人都应掌握，处处都会被使用。自然，它应当有效地融入我们每一堂课之中。

二　传统的编程

语言课程C 语言接近底层，是基于计算机系统结构时代的计算思维，是基于计算机工作原理知识的抽象和自动化。注重培养学生理解并掌握程序的高效运行的方法。C语言课程的主要目标是侧重教授语法知识，语言，开发环境等。课程主要内容如数据类型，指针，内存等，更像是一个语言学习课程；学生面对的困难主要是调试分析程序错误，由于语法复杂，导致课程的主要精力都花费在了对前期语法的理解和运用，而忽略了面向过程的问题处理，教师无法顾及到学生思维的培养，旨在完成教授基本的入门知识。Java 语言面向计算机网络时代的计算思维，是基于计算机网络性能（异构性和鲁棒性）基础上的概念抽象和自动化，面向对象的语言，重点关注代码复用性和可移植性，面对非计算机专业的学生，Java 语言学习的专业门槛较高，在今后工作中运用场景极少，语言本身的特点决定了不具备广泛普及的实际意义。在传统课堂“以教为主，以学为辅”的模式下，导致学生学习编程的积极性和主动性普遍较低，学生对编程的学习往往止步于通过国家计算机水平考试，教师的主要目标是教授知识而不是引导和启发，无法达到培养计算思维的教学目的。更谈不上应用计算思维来指导学生自己的生活和工作。

三　python 语言特点

Python 语言是创始人吉多? 范罗苏姆在1989 年开发的编程语言，至今已经有28 年历史。是一种面向对象，解释型的计算机程序语言。设计哲学是“优雅”、“明确”、“简单”，它包含了一组功能完备的标准库，能够轻松完成很多常见的任务。它的语法简单，全部实现都是开源的，被认为是目前最接近自然语言的通用编程语言。该语言只关心计算问题的求解，其轻量级的语法和高层次的语言，体现了应用计算机解决问题的计算思维理念。Python 语言实际教学内容有分支、循环、函数等基本的程序逻辑关系及功能强大的函数库应用，Python 语言是一个脚本语言，即通过直接运行源代码来执行，这使得程序运行与源代码不可分离。对于非专业学生来说，源代码执行这种模式有助于代码维护、跨多个操作系统和交流代码设计与实现。Python 语言是一个轻语法、弱类型的脚本语言。与C 语言相比，Python 语言没有指针、地址等计算机系统结构元素；对于变量无需定义直接使用，由解释器自动匹配；语言内部采用UTF-8 编码实现，具有独立的字符串类型，简化了多语言文本的操作，对中文有良好的支持；通过使用变长列表而不是定长数组，兼容多种数据类型并灵活表达集合。

四　开设python 语言课程的重要意义

（一）　有助于非计算机专业学生入门Python 语言抽象了问题及解决方案，自动化问题求解，是“复杂信息系统时代”利用计算机解决问题最直观的表达工具。可以帮助更多非计算机专业的学生理解编程的本质，如同写一个剧本，让计算机根据剧本来完成学生交给它的任务，当学生发布命令，计算机执行命令，学生的在课堂中的主要精力转变为：运用计算思维来发挥创造性，构造“剧本”，而让计算机负责“做事”。这就让传统的编程课堂不再枯燥乏味。让学生们充分体验编程的乐趣，“编程，是人机交流的最高境界。”在生活中，让一台计算机不再是一个冷冰冰的工具，而是能够开始“懂你”，能够按照我们的意愿来工作。从这样的教学理念出发，才能够充分激发学生的学习热情。

（二）　让编程和生活不再遥远在python 教学过程中，可以轻松引入实际生活案例，充分运用项目驱动式的教学方法，来达成教学目标。例如，简单的任务自动化：移动、重命名、分类几千个文件；在不需要打字情况下迅速填写在线表单；在网站更新时，从网站下载文件或复制文本；让计算机定时发出短信通知；更新或格式化Excel电子表格；检查电子邮件并发出预先写好的回复。对于非计算机专业的学生来说，这些案例，能够和不同的专业需求场景相结合，在未来的工作中，具有实际的运用价值，并能不断提高我们的工作效率。

（三）　python 语言具备时代先进性2016 年，AlphaGo 战胜李世石，人工智能迅速进入了人们的视野。在可预见的未来1

0 年，随着人工智能，人与计算机结合的不断逐渐兴起，计算机将不断渗透到我们的日常生活里面，人和智能机器的人机交互将随着人脑智能和人工智能的相互联系和配合而变得更加深入，给予了充分的应用场景来理解并实践计算思维，此外，随着人工智能的普及和发展，还要求我们能够以大数据思维来看待不确定问题。总之，在人工智能时代，python 语言的灵活性，简单而有效的针对机器学习任务的算法，独特的机器学习功能库，将在机器学习领域占据主导地位。对于计算机专业领域的学生来说，python 在云计算，大数据，移动互联网等领域，都可提供较好的就业机会。

五　结语

面向计算思维的教学改革需要理解计算思维的时代性，教学改革要符合并适应计算机技术的发展阶段。本文从培养计算思维的重要性出发，分析了传统编程教学课程存在的问题，阐述了python 语言的优势以及python 语言所发挥的重要作用。得出基于计算思维的python 语言课程在编程教学改革中处于重要的历史契机，开展python 课程有助于全面提升课程教学质量，让学生有机会掌握一门终身受益的语言程序。