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基于IPO的Python教學(xué)設(shè)計(jì)

2019-05-24 14:13馮艷茹陳平
電腦知識(shí)與技術(shù) 2019年11期
關(guān)鍵詞:程序設(shè)計(jì)教學(xué)設(shè)計(jì)程序

馮艷茹 陳平

摘要:程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程是培養(yǎng)大學(xué)生解決計(jì)算問(wèn)題的思維和能力的課程,使用Python作為大學(xué)生的首門編程語(yǔ)言課程,可操作性強(qiáng),入門容易,上手快。該文提出了基于IPO的教學(xué)設(shè)計(jì)新思維,使教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)設(shè)計(jì)變得更為清晰,有章可循,更有利于提高程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:IPO;程序設(shè)計(jì);程序;教學(xué)設(shè)計(jì);Python

中圖分類號(hào):TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-3044(2019)11-0001-03

開(kāi)放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識(shí)碼(OSID):

據(jù)統(tǒng)計(jì),大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)甚至是機(jī)械專業(yè)、電氣自動(dòng)化控制專業(yè)等都會(huì)開(kāi)設(shè)程序設(shè)計(jì)課程,而且把《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》作為程序設(shè)計(jì)課程的入門課程。C語(yǔ)言是一門通用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言,簡(jiǎn)潔結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn),廣泛應(yīng)用于底層開(kāi)發(fā)。但是對(duì)于大學(xué)生來(lái)說(shuō),入門困難而且學(xué)習(xí)吃力,不利于編程思想和邏輯思維的培養(yǎng)。從2009年開(kāi)始,國(guó)外眾多大學(xué)廣泛開(kāi)設(shè)了Python語(yǔ)言課程。Python是一種面向?qū)ο?、解釋性的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,非常簡(jiǎn)單易學(xué),完全免費(fèi),上手快,入門容易。Python 語(yǔ)言是比 C 語(yǔ)言、Java 語(yǔ)言、VB 語(yǔ)言以及 VFP 語(yǔ)言更適合以應(yīng)用為主的大學(xué)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生,該語(yǔ)言是目前美國(guó)大學(xué)最受歡迎的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言[1]。2016 年,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)發(fā)布了《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》(簡(jiǎn)稱《基本要求》)[2]?!痘疽蟆肥状谓ㄗh將Python語(yǔ)言作為首門程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)語(yǔ)言,在其推動(dòng)下,國(guó)內(nèi)高校逐步開(kāi)設(shè)了Python 語(yǔ)言,成為教學(xué)改革熱點(diǎn)[2]。因此,本人提出了基于IPO的Python教學(xué)設(shè)計(jì)新思維。

1 程序的編寫(xiě)方法——IPO方法

程序設(shè)計(jì)是給出解決特定問(wèn)題程序的過(guò)程,是軟件構(gòu)造活動(dòng)中的重要組成部分。程序設(shè)計(jì)往往以某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為工具,給出這種語(yǔ)言下的程序。計(jì)算機(jī)程序是一組計(jì)算機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令,運(yùn)行于電子計(jì)算機(jī)上,滿足人們某種需求的信息化工具。每個(gè)計(jì)算機(jī)程序都用來(lái)解決特定的計(jì)算問(wèn)題[3]。程序的規(guī)模有大有小,無(wú)論程序的規(guī)模如何,每個(gè)程序都有統(tǒng)一的運(yùn)算模式:輸入數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù),即IPO(Input Process Output)方法。IPO不僅是程序設(shè)計(jì)的基本方法,也是描述計(jì)算問(wèn)題的方式。

身體質(zhì)量指數(shù)(即:Body Mass Index,簡(jiǎn)稱BMI),是目前國(guó)際上常用的衡量人體胖瘦程度以及是否健康的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),主要用于統(tǒng)計(jì)分析,當(dāng)我們需要比較及分析一個(gè)人的體重對(duì)于不同高度的人所帶來(lái)的健康影響時(shí),BMI值是一個(gè)中立而可靠的指標(biāo)。 BMI的定義如下:

BMI=體重(kg)/身高的平方(m2)

即: BMI是用體重公斤數(shù)除以身高米數(shù)平方得出的數(shù)字

以身體質(zhì)量指數(shù)BMI為例,其IPO描述如下。

輸入:一個(gè)人的體重weight和身高h(yuǎn)eight

處理:計(jì)算bmi的值。

bmi=weight/(height*height)

輸出:bmi值

IPO描述能夠幫助初學(xué)者理解程序設(shè)計(jì)的基本過(guò)程,即了解程序的運(yùn)算模式,進(jìn)而理解程序設(shè)計(jì)的基本概念。

2 Python程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)目標(biāo)

《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(Python)》作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程,課程作用是通過(guò)教學(xué),使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言的基本知識(shí),初步掌握程序設(shè)計(jì)的基本思想和方法,使學(xué)生會(huì)使用Python語(yǔ)言進(jìn)行簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì),使學(xué)生具有一定的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。具體教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容如表1所示。

3 教學(xué)設(shè)計(jì)新探究

在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),要充分結(jié)合 Python 語(yǔ)言特點(diǎn),采用新思維進(jìn)行設(shè)計(jì)。我們需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu),以任務(wù)或案例的形式來(lái)展現(xiàn)。本文以成人的BMI指數(shù)來(lái)說(shuō)明基于IPO的教學(xué)設(shè)計(jì)。成人的身體狀況有以下五種情況:過(guò)輕、正常、過(guò)重、肥胖、非常肥胖。當(dāng)BMI數(shù)值低于18.5,則“過(guò)輕”;BMI數(shù)值在18.5-23.9之間,則“正?!保籅MI數(shù)值在24-27之間,則“過(guò)重”;BMI數(shù)值在28-32之間,則“肥胖”;當(dāng)BMI數(shù)值高于32,則“非常肥胖”。具體設(shè)計(jì)如下表2所示。

我們可以采用循序漸進(jìn)的方式來(lái)逐步解決整個(gè)問(wèn)題,可以將問(wèn)題逐步進(jìn)行細(xì)化,分步驟分階段地來(lái)完成和實(shí)施。每完成一個(gè)任務(wù),再適當(dāng)?shù)卦黾与y度,不斷拓展知識(shí)和技能的容量。學(xué)生上手快,容易解決,能夠從完成任務(wù)的過(guò)程中獲得滿足感,從而激發(fā)他進(jìn)一步探究解決問(wèn)題的主觀能動(dòng)性。對(duì)于不同程度的大學(xué)生來(lái)說(shuō),完成這個(gè)任務(wù)需要的時(shí)間也不一致完成這個(gè)案例大概需要10個(gè)學(xué)時(shí)。

學(xué)生一般都比較喜歡打游戲,游戲中的一關(guān)又一關(guān)的闖關(guān)過(guò)程使游戲者獲得了滿足感和成就感,身心愉悅而亢奮。那我們?cè)谠O(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí),如果像游戲中的關(guān)卡一樣,一個(gè)比一個(gè)復(fù)雜一點(diǎn)點(diǎn),難度一點(diǎn)點(diǎn)加大,會(huì)給學(xué)生留下一些想象和思考的空間,會(huì)激發(fā)學(xué)生探究的好奇心和熱情,學(xué)習(xí)的效率和動(dòng)力會(huì)不斷地加強(qiáng)。由此,我們將成人的BMI數(shù)值問(wèn)題設(shè)置為不同級(jí)別的版本,一個(gè)版本又一個(gè)版本的實(shí)現(xiàn)和闖關(guān)。

(1)成人的BMI數(shù)值1.0版本

在成人的BMI數(shù)值1.0版本中,主要學(xué)習(xí)IPO方法,數(shù)據(jù)的輸入、數(shù)據(jù)的處理以及數(shù)據(jù)的輸出。

輸入:身高和體重值。實(shí)現(xiàn)方法:采用python解釋器中內(nèi)置的函數(shù)input()來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入,該函數(shù)的返回值是字符串。同時(shí)說(shuō)明字符串的概念及表示。

處理:計(jì)算BMI值。實(shí)現(xiàn)方法:使用eval()函數(shù)將我們輸入的身高和體重值轉(zhuǎn)換為數(shù)值;并使用算術(shù)運(yùn)算符完成BMI值的計(jì)算。

輸出:BMI值。實(shí)現(xiàn)方法:使用print()函數(shù)輸出BMI值,重點(diǎn)講解print()函數(shù)的使用。

程序的流程圖如圖1所示。

說(shuō)明:其中圖2的1和2行語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的輸入;3-5行語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的處理;第6行語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的輸出。

(2)成人的BMI數(shù)值2.0版本

任務(wù)描述:在成人的BMI數(shù)值1.0版本的基礎(chǔ)上,增加對(duì)BMI值的判斷,得出一個(gè)人的身體狀況。數(shù)據(jù)的輸入和輸出沒(méi)有問(wèn)題,重點(diǎn)的是數(shù)據(jù)的處理。在上次的數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)上,我們?cè)偈褂梅种ЫY(jié)構(gòu)來(lái)處理。

輸入:體重weight和身高h(yuǎn)eight

處理:

將身高和體重轉(zhuǎn)換為數(shù)值;

計(jì)算BMI指數(shù)

判斷BMI,給出相應(yīng)的身體狀況。如果BMI數(shù)值低于18.5,則身體狀況是“過(guò)輕”;如果BMI數(shù)值在18.5-23.9之間,則身體狀況是“正?!保蝗绻鸅MI數(shù)值在24-27之間,則身體狀況是“過(guò)重”;如果BMI數(shù)值在28-32之間,則身體狀況是“肥胖”;如果BMI數(shù)值高于32,則身體狀況是“非常肥胖”。

輸出:身體狀況body_situation

BMI指數(shù)2.0版本參考代碼,如圖3:

(3)成人的BMI數(shù)值3.0版本

任務(wù)描述:在成人的BMI數(shù)值2.0版本的基礎(chǔ)上,增加對(duì)多個(gè)人BMI值的判斷,得出多個(gè)人的身體狀況。問(wèn)題的重點(diǎn)是數(shù)據(jù)的處理,我們采用循環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)循環(huán)的語(yǔ)句有while、 for等語(yǔ)句,我們可以選擇容易理解和上手快的while語(yǔ)句先來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(4)成人的BMI數(shù)值4.0版本

任務(wù)描述:在成人的BMI數(shù)值3.0版本的基礎(chǔ)上,把處理對(duì)多個(gè)人BMI值的判斷,得出多個(gè)人的身體狀況這個(gè)問(wèn)題封裝到函數(shù)。數(shù)據(jù)的輸入和輸出沒(méi)有問(wèn)題,數(shù)據(jù)的處理采用函數(shù)來(lái)完成。問(wèn)題的重點(diǎn)就是函數(shù)的定義以及調(diào)用。

(5)成人的BMI數(shù)值5.0版本

任務(wù)描述:在成人的BMI數(shù)值4.0版本的基礎(chǔ)上,增加的功能是把上次得出多個(gè)人的身體狀況寫(xiě)入到一個(gè)文件中保存。問(wèn)題的重點(diǎn)就是文件的打開(kāi)以及寫(xiě)入操作。

在使用IPO方法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),輸入和輸出比較簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn)和掌握,重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)的處理過(guò)程,在python中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的主要有程序的控制結(jié)構(gòu)、函數(shù)以及類等,這些才是我們學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。如何將這些知識(shí)融合到教學(xué)設(shè)計(jì)中,這才是我們應(yīng)該研究的問(wèn)題。

4 總結(jié)與反思

本文談?wù)摰幕贗PO的Python教學(xué)設(shè)計(jì)有利于不斷激發(fā)學(xué)生的探究問(wèn)題的興趣和解決問(wèn)題的能力,從而提高課程的教學(xué)效果,當(dāng)然也會(huì)存在一些不足和局限性。Python 語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、高效和生態(tài)的特點(diǎn)能夠較好地培養(yǎng)大學(xué)生解決計(jì)算問(wèn)題的思維和能力。在Python中還有一些實(shí)現(xiàn)圖形和圖像的庫(kù),比如turtle、tkinter、graphics等,可以繪制一些平面圖形、圖像處理等。如果我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中,再以有趣、生動(dòng)的圖形圖像的繪制來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,使程序設(shè)計(jì)變得直觀、生動(dòng)、形象并且切合實(shí)際。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)時(shí),就不會(huì)感到枯燥、無(wú)趣了,從而能夠更好地提高課堂的教學(xué)效率。如果我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程能夠多思考勤于總結(jié),一定能夠得到更好更優(yōu)的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn):

[1] 馮艷紅. Python語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)模式探索[D].福建電腦,2018.10.

[2] 嵩天,黃天羽,禮欣. Python語(yǔ)言: 程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革的理想選擇[J]. 中國(guó)大學(xué)教學(xué), 2016(2): 42-47.

[3] 嵩天,黃天羽. Python 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教學(xué)案例新思維基礎(chǔ)[D].計(jì)算機(jī)教育, 2017.12

[4] 嵩天,禮欣,黃天羽. Python 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 2 版. 北京: 高等教育出版社, 2017.

【通聯(lián)編輯:王力】

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