在python教学中有效培养及提升学生计算思维

陈旭佳

一、正确理解信息技术课程中计算思维的本质

计算思维是利用计算机科学的思想方式，在形成问题解决方法的过程中产生的思维活动。它强调的是具备利用计算机可解决、可界定问题、可抽象建模、可组织数据、可合理形成有效方案等综合性、项目性的能力。在课堂中教师对问题的处理都是按照“问题—编程—测试—结果”流程，基本上都把计算思维归类于算法，更有甚者把数学中的“算术思维”当成了计算思维。针对这类情况，笔者从三个方面探究信息技术课程中计算思维的内在本质。

1.正确深入剖析问题是计算思维的前提

在课堂上，教师经常用“提问”作为教学手段。因此教学的重点落在问题解决，而忽略引导学生把问题进行分解和剖析。例如，利用python设计出一个具备输入内容并把内容输出的功能界面。教师对这个问题的处理是先列出相应的程序语句（input和print），然后设计算法，最后是编程。这种处理方式抑制着学生对问题作深入性剖析和思维探究的发展。笔者认为，正确理解并剖析问题比把问题解决更加重要。

教师在课堂上引导学生对问题的剖析，可依据以下表中的四个步骤依次进行。

2.准确建立问题的“模型”是计算思维的基础

模型是问题的抽象化体现。问题解决的条件、方法、手段都要根据这个模型去进行。这个过程我们称为“建模”。在课堂中，学生经常把“怎样做”摆在首位，而忽略了“做什么”。计算思维中强调“建模”的作用，就是针对学生缺乏“做什么”的思维过程。笔者认为，计算思维强调了“建模”过程的三个方面，即模型的组织结构、模型元素的相互关系和模型的具体抽象化。本文以利用python 3制作一个简单的点菜系统为例子进行阐述。

（1）模型的组织结构（如图1所示）

（2）模型元素的相互关系（如图2所示）

（3）模型的具体抽象化（如图3所示）

3.寻求问题最佳“算法”是计算思维的灵魂

计算思维离不开算法，但算法并不等同计算思维。利用计算思维处理问题是一个综合性的过程，它涵盖了计算机科学理念、数学理念和工程理念，而算法或编程只是把整个过程进行描述或具体化而已。在计算思维过程中，应借助“算法”将问题“化繁为简”，以清晰的思路、具有可操作性的方法、有效率的途径将问题解决。教师可从三个思维角度去引导学生寻求解决问题的最佳算法：一是顺序性的功能实现（多次代码实现）;二是循环性的功能实现（代码一次实现）;三是结构性的功能实现（函数封装）。通过这三个角度能让学生在探索问题过程中向项目化、系统化的计算思维角度去靠拢。

二、python教学中计算思维的合理体现

1.利用python中条件循环结构体现逻辑思维

在计算思维中强调正确陈述、剖析问题，将复杂的关系转成清晰的逻辑结构助力于问题的解决。问题的逻辑结构不外乎就是条件判断和循环两者的有机结合。例如上文的点菜系统，看似内容复杂繁多，但基本上可分类于以下几种逻辑结构：（1）整个系统是否有条件循環？（while语法结构）（2）点菜过程是否有条件选择？用户输入格式是否有条件限制？（if语法结构）（3）用餐费用结算是否有条件选择？（if语法结构）

2.利用python中的函数结构体现抽象思维

python函数中具备将功能操作进行封装的特点。在将问题进行剖析之后，应对问题解决的步骤进行分块，这个过程应引导学生合理地进行函数功能设计，但不必要去思考函数的具体实现。进行函数设计之后，再去思考这些函数之间的数据传递关系，从而将函数间的关系进一步明确。

3.利用python中turtle模块体现建模思维

Turtle模块能让学生感受到问题解决的过程及结果的体现。教师可以借助Turtle引导学生对问题进行建模。例如，制作一个立体的动态星空。这个问题教师可以引导学生在Turtle中先画出黑色背景和一个白色的小五角星。然后以此为基础，再依次变化呈现出星空的状态。如图4所示。

三、利用python教学对计算思维的初步形成

在计算思维解决问题的过程中，教师在课堂上要引导学生从“轻算法、重方法”“轻结果、重分析”“轻过程、重系统”三个方面去向计算思维靠近，并逐步把计算思维融入问题的处理过程中，让学生慢慢养成一种思维习惯。

实例：python课程中的列表处理数据。（电子地图上城市的经纬度列表）

1.创建python列表

创建一个名为“map”，关于电子地图城市的列表。

map=[“北京”，“石家庄”，“沈阳”，“广州”]

通过创建列表问题，让学生掌握将分散的元素（城市）转化为集合形式（列表）。在这点上体现计算思维中的建模思想。教师还可以进一步地把问题加以扩展，将数据添加到列表中对应的元素中。

2.添加python列表数据

向列表中元素添加对应的数据，教师可从不同的角度去引导学生，通过对比指导学生在问题解决过程中要寻找“最佳算法”。

算法一：使用“insert”和“append”，向“map”列表直接添加数据。

map.insert（1，“N：39E116”）

map.insert（2，“N：37E114”）

map.insert（3，“N：41E123”）

map.insert（4，“N：41E123”）

这个方法需要按照列表元素位置的逐一添加，是一一对应的关系，位置序号不能搞混。

算法二：在创建列表时候加入数据

map=[“北京”，“N：39E116”，“石家庄”，“N：37E114”，“沈阳”，“N：41E123”，“广州”，“N：41E123”]

3.显示python列表数据

教师可引导学生逐步的将列表中的数据显示出来，采用print语句，如：Print（map[1]，map[2]， map[3]，map[4]）。接着，教师可适当地提高学生的思维能力，比如采用循环思想解决具有规律性的问题。例子如下。

num=1

While num<=len（map）：

print（map[num]）

num=num+1

经过上面三个阶段教师再让学生多作深入探究问题，多寻求解决问题的方法。在此基础上教师可再设计出一系列与列表相关的问题，如运用列表解决企业人员薪资问题、商品价格查询问题、消费种类及消费金额问题等。

计算思维教学过程应该重点关注学生思考、探索、寻求问题解决方法的过程，而不是问题解决的结果。学生学习计算思维本身就是一个系统化的过程。教师不能“断章取义”，将计算思维过程中某个环节作为课堂的教学和训练。教师需在理论上把计算思维理解透彻，在课程设计上逐渐渗透，把计算思维有机地融入教学过程中，从而将计算思维变成学生一种“惯性”的思考习惯。

参考文献：

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[2]王亚萍.计算思维培养视域下《Python程序设计》课程的教学改革实践[J].电脑知识与技术，2018（2）.

[3]贾瑞凤，马曾，侯春龙.以Python为工具培养学生计算思维[J].电脑知识与技术，2018（2）.

[4]柳青.Python系列课程的案例教学实践[J].电脑知识与技术，2018（15）.

[5]冯艳红，王楠，许冀伟.Python语言程序设计教学模式探索[J].福建电脑，2018（10）.