高職院?！冻绦蛟O計基礎》課程改革

李力

摘要：高職院校主要以《程序設計基礎》課程來培養(yǎng)學生的計算思維，目前普遍使用C語言，C語言復雜的語法特性增加了學習難度，影響了學生對于計算思維的認識和理解。改用更加易學易用、功能也更加強大的Python作為《程序設計基礎》的編程語言，可以激發(fā)學習興趣、降低學習難度，獲得更好的教學效果，使學生在掌握一門語言的同時，也更好地理解計算思維。

關鍵詞：程序設計基礎；計算思維；Python

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）22-0137-02

1高職教育中《程序設計基礎》課程現(xiàn)狀

在高職院校的計算機類專業(yè)，主要通過《程序設計基礎》課程來培養(yǎng)學生的計算思維。計算思維涉及運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統(tǒng)和理解人類的行為。掌握計算思維有利于學習后續(xù)的數(shù)據(jù)結構、算法等課程，為就業(yè)之后進一步提高職業(yè)技能打下堅實基礎。

目前各大高職院校所開設的《程序設計基礎》課程中，主要以C語言為主。C語言是最成功的編程語言之一，但學習成本較高，學習曲線陡峭。由于C語言中的數(shù)據(jù)類型、指針、內存分配與回收等內容涉及計算機系統(tǒng)結構相關知識，而大一新生通常尚未很好地掌握這些知識，這就給學習帶來了額外的困難。為此，學生不得不在枯燥乏味的基礎語法上耗費大量的時間和精力，也往往影響了學習的熱情和興趣。

復雜的基礎語法對于培養(yǎng)學生的計算思維是極其不利的。應當更換一門更加合適的編程語言，這門語言最好像C語言一樣通用，能勝任不同的應用環(huán)境和需求；同時還要有更加簡潔的語法、更加豐富的類庫和函數(shù)庫，使學生能以更小的代價上手并熟練掌握。如果某些專業(yè)f例如和硬件有關的專業(yè)）需要掌握c語言，可以在大二再開設相關課程；而對于《程序設計基礎》本身，Python語言是不二之選。

2Python語言的特點

Python是一門動態(tài)的、面向對象的解釋型語言，是目前最接近自然語言的通用編程語言。該語言只關心計算問題的求解，其輕量級的語法和高層次的語言表示表達了應用計算機解決問題的計算思維理念。Python的好處包括但不限于以下內容：

1）開源且擁有活躍的社區(qū)，擁有強大的模塊及第三方庫，顯著提高開發(fā)效率；

2）具有交互式解釋器，對用戶輸人的每一行代碼及時解釋，所見即所得，易于上手；

3）Python是動態(tài)語言，變量是弱類型，即數(shù)據(jù)類型是自適應的，無需由程序員顯性地指定數(shù)據(jù)類型；

4）自帶的數(shù)據(jù)類型和方法提供了許多常用的數(shù)據(jù)結構，諸如隊列、棧等；

5）易移植，跨平臺基本上不必修改代碼；

6）既支持函數(shù)式編程，又能完美地支持面向對象，適用于多種不同的編程思想；

7）可擴展，能夠在Python代碼中擴展C、Java等語言。

綜上所述，Python不但更加易學、易上手，而且也更加易于使用。

Python主要有的缺點是執(zhí)行速度較慢。不過，現(xiàn)在的計算機多數(shù)情況下處于CPU性能過剩的狀態(tài)。另一方面，對于云計算、大數(shù)據(jù)領域常見的應用場景，絕大多數(shù)工作負載都屬于I/O密集型，這類應用的瓶頸在于I/O設備，而不是程序自身的執(zhí)行效率。此外，硬件的成本比程序員的人力成本低得多，而且開發(fā)效率比執(zhí)行效率更重要，如果開發(fā)一個系統(tǒng)需要的周期過長，可能就錯過了商機。最后，Python也可以使用PyPy、交叉編譯、嵌入C語言模塊等方法提高執(zhí)行速度。

3高職教育使用Python語言的利好

Python比c語言更加易學，在教學情景中，學習效率遠比執(zhí)行效率重要。高職的計算機類專業(yè)一般為三年制，課時也相對本科院校更少，因此也就更珍貴。Python的簡單易學可以讓學生遠離繁雜的語法細節(jié)，騰出時間和腦力，以更好地培養(yǎng)對計算思維的感性認識。

Python具有更高的開發(fā)效率，使學生可以完成更復雜、更高質量的課后習題，既能讓學生產(chǎn)生成就感，進一步提升學習興趣，又能很好地消化和鞏固學過的內容。

從長遠發(fā)展來看，程序員和硬件密切關聯(lián)的時代已經(jīng)過去了，在云計算和大數(shù)據(jù)的時代，編程工作主要是圍繞業(yè)務邏輯展開的，這些都是Python的優(yōu)勢。

以AlphaGo戰(zhàn)勝人類棋手為標志，隨著人工智能的普及和發(fā)展Python語言簡單有效的針對機器學習的算法，獨特的機器學習功能庫，將在機器學習領域占主導地位。這也為未來指明了方向——學習Python，無論是將來就業(yè)，還是更加長遠的發(fā)展，都是非常有利的。

4基于Python的高職院?！冻绦蛟O計基礎》課程設計

在高職院校的《程序設計基礎》課程中，學習語法特性幾乎占據(jù)了全部的課時。從當前被大量選用的相關教材中可以得到佐證，這些教材絕大多數(shù)篇幅都在介紹c語言的語法規(guī)則和細節(jié)。這是C語言自身的特性所局限的，可以說學習《程序設計基礎》，就是學習C語言。

由于Python語法簡潔，有些語法可以直接按自然語言的方式去理解，這就大大簡化了語法方面的學習難度?？梢詫⒄Z法部分安排在較少的課時，從而有充裕的時間將問題求解、工程實例等內容引入課堂。

對于數(shù)據(jù)結構和算法有關的內容也可以適當涉及。Py-thon中的列表是一種類似于c語言中的數(shù)組的數(shù)據(jù)類型，但列表同時也是一種對象，擁有自己的屬性和方法，其中就有對應的方法可以直接實現(xiàn)隊列和棧的功能。列表中的元素可以是任何類型，這就使得列表的嵌套可以組合成各種樹。Python中的序列類型（包括字符串、元組和列表）自帶了許多方法，可以用于查找、匹配、檢索、排序等。通過這些方法，學生就可以很容易地進入數(shù)據(jù)結構和算法的領域。以64學時的課時安排為例，每周4節(jié)課，總共16周，課程內容安排如下：

1～2周：Pvthon簡介及安裝、基本語法（賦值表達式、運算符、數(shù)值類變量）；

3～5周：列表、元組、字符串、自帶的數(shù)據(jù)結構（隊列、棧、樹）和算法（排序、查找、匹配）；

6～7周：字典、集合、條件式、分支和循環(huán)、函數(shù)初步；

8～11周：函數(shù)式編程的思想、問題分解與分治算法、程序框圖、類、繼承、面向對象編程思想；

12～16周：標準庫中的常用函數(shù)、模塊、模塊的制作、程序打包、文件操作、異常處理、復習。

語法有關的內容大約占50%的課時量，在剩下的課時中約有30%的課時屬于有利于培養(yǎng)計算思維的內容，即上文中加粗部分，包括一些數(shù)據(jù)結構和算法的內容，以及函數(shù)式編程和面向對象編程的思想。其他課時用于介紹諸如程序打包、異常處理等高級功能。這樣的課程安排，在內容上比舊有的《程序設計基礎》要豐富許多，而總體難度卻降低了。

如果課程的課時量更多，則還可以增加一些常用的第三方模塊。根據(jù)學生的專業(yè)，可以選擇針對數(shù)學計算的Numpy、Sympy，針對科學計算的Scipy，針對網(wǎng)站開發(fā)的Flask、Django，針對網(wǎng)絡爬蟲的Scrapy，針對機器學習的Theano、Scikit-learn等。

5結束語

基于Python的《程序設計基礎》課程可以更有趣味、更有效率，也更有發(fā)展前景。在重視應用型人才的高職教育中尤其如此。但相對c語言，Python語言的《程序設計基礎》尚還缺乏優(yōu)秀的高職教材，在線教學資源的建設也還在起步階段。無論是硬件還是師資力量，都還有很長的路要走。endprint