Python课程助力计算思维和创新能力培养
肖胜刚，袁 方，安海宁
【摘 要】针对大学计算机基础课程培养学生计算思维能力的目标，分析Python语言的优势，探讨Python作为程序设计课程教学语言如何培养学生的计算思维和创新能力。 【期刊名称】计算机教育 【年(卷),期】2017(000)009 【总页数】4
【关键词】Python；计算机基础课程；计算思维；创新能力
1 背 景
自2006年卡内基·梅隆大学周以真（Jeannette M.Wing）教授提出并阐释了“计算思维”[1]概念以来，把培养学生计算思维能力作为目标已经成为大学计算机教育工作者的共识[2]。计算机基础课肩负着培养大学生——特别是非计算机专业大学生计算思维能力的重要责任，同时，计算机基础课也肩负着培养大学生创新能力的责任[3-4]。《大学计算机基础课程教学基本要求》（2016版）指出：计算思维的核心概念是经过高度概括和理论总结的，还不能成为直接的教学材料，其培养要渗透在传授学科知识、训练应用能力的过程中[5]。计算机教育工作者在“计算思维”概念落地上进行了广泛而深入的研究与探索。程序设计自身具有逻辑严谨、实践性强的特点，适合作为加强培养学生计算思维能力的课程，也适合学生依托程序设计实现专业构思、解决专业问题，培养和提高自身的创新能力。
2 Python语言的优势
当前，大学计算机程序设计类课程可供选择的高级语言种类很多，常见的包括C、C++、C#、Java、PHP、Basic、Python等。这些编程语言各有其特点和应用领域。不同编程语言的学习难度曲线也各不相同。对于低年级大学生，尤其是非计算机专业的学生，选择一门入门难度低、学习难度曲线适中、功能强大、应用范围广的程序设计语言非常重要。
Python语言由荷兰人Guido van Rossum于1989年设计，并于1991年发布第一个版本[6]，其最新版本为3.x。Python语言语法简洁、清晰、易读，具有丰富和强大的类库[7]，应用非常广泛，是一门非常适合低年级及非计算机专业大学生学习、培养其计算思维和提高创新能力的编程语言。 2.1 语言特点
Python是一种解释性的编程语言，其特点是轻语法、重解决问题。Python语言的设计哲学是简洁、优雅、易使用。这决定了学生在学习Python时，学习难度曲线起点低，容易入门。为了保证Python程序代码的优雅性和易读性，Python语言采用强制缩进方式，易于学生阅读和学习他人的代码。
在使用计算机程序解决实际问题时，编程语言本质上是解决问题的工具，问题能不能被解决，更多的在于解决问题的思路和专业知识，编程语言在解决实际问题时的作用是浮在水面上的冰山一角，水面之下看不到的大部分，是解决问题所需的专业知识和能力。Python语言正是这样的一种工具，易学、易用、使用范围广。借助计算机程序解决实际问题时，可以让学生将更多的精力放在要解决的问题上，而不是将大量时间耗费在学习语法知识及其使用等内容上。 2.2 开发环境对比
相对于其他编程语言，Python拥有对于初学者安装和使用更简单、更友好的
集成开发环境。随着高级编程语言的发展，很多编程工具本身功能越来越丰富，配置上、使用上越来越复杂，用户投入在掌握开发工具使用上的时间和精力越来越多，学编程语言变成了学编程语言工具的配置和使用，反而忽略了程序设计语言本身的很多内容。更不用说学完语言之后，还要将所学的编程语言和自己要解决的实际问题关联起来。
Python语言本身是开源的，开发环境种类众多。对于有经验的开发人员可以选择PyCharm等高级集成开发环境，功能丰富、易于调试。对于初学者，Python语言自身所带的集成开发环境（Integrated Development Environment，IDLE）基本可以满足其学习Python语言所需的一切功能。IDLE随用户安装Python语言自动安装，安装完成后无需任何配置，打开即可使用。IDLE是图形化界面，既可以在其Shell窗口中逐条指令交互式执行验证Python语句，也可以在IDLE的编辑窗口中书写保存并运行大段Python程序代码。 2.3 类库支持
Python语言的优势还体现在类库丰富、应用广泛上。目前，Python语言拥有各类包库超过10万个[8]。这使得Python语言在教学时可以适用于各专业各层次的学生。网络爬虫既有相对容易的Requests库，也有专业的Scrapy爬虫框架；绘图可以使用相对简单的、内置的turtle库，也可以使用知名的二维绘图Matplotlib库；进行科学计算有NumPy库；中文分词有jieba库；深度学习有著名的TensorFlow框架；与其他硬件串口通讯有PySerial库。Python构筑了一个积极而又健康的计算生态圈。
3 教学实践
Python课程助力计算思维和创新能力培养
