信息技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 教案 原旺周 單元7　程序設(shè)計基礎(chǔ)

PAGEPAGE3單元名稱任務(wù)1了解程序設(shè)計知識課時數(shù)1（講授）+1（實訓）單元7程序設(shè)計基礎(chǔ)授課地點多媒體教室教學目標1、了解程序設(shè)計的基本概念2、了解主流的程序設(shè)計語言及其特點3、了解程序的設(shè)計方法4、掌握高級語言編寫簡單的程序教學重點（1）程序設(shè)計的概念（2）結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的三種基本結(jié)構(gòu)（3）技能1了解常用的程序設(shè)計方法（4）技能2了解程序設(shè)計語言（5）技能3了解Python語言的特點教學難點（1）結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的三種基本結(jié)構(gòu)（2）技能1了解常用的程序設(shè)計方法（3）技能3了解Python語言的特點教學方法及手段教學方法：任務(wù)驅(qū)動、案例教學教學手段：1、采用多媒體教學2、通過任務(wù)描述、任務(wù)分析、任務(wù)實現(xiàn)，從而掌握相關(guān)知識。教師課堂講解和演示，學生練習、完成學習任務(wù)和解決疑難問題。3、小組討論、學生作品展示，學生互評。教學過程環(huán)節(jié)內(nèi)容1、課程導(dǎo)入提出問題“目前，大家都知道哪些信息技術(shù)？”讓同學們互相討論后回答，我們身邊遇到的信息技術(shù)。2、教師講解3、學生實訓開展討論4、任務(wù)實施1.程序設(shè)計的概念程序設(shè)計(Programming)是指設(shè)計、編制、調(diào)試程序的方法和過程。程序設(shè)計過程應(yīng)當包括分析、設(shè)計、編碼、測試、排錯等不同階段。程序設(shè)計通常分為問題建模，算法設(shè)計，編寫代碼，編譯調(diào)試和整理并寫出文檔資料五個階段。2、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的三種基本結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法，程序結(jié)構(gòu)清晰，易于閱讀、測試、排錯和修改。由于每個模塊執(zhí)行單一功能，模塊間聯(lián)系較少，使程序編制比過去更簡單，程序更可靠，而且增加了可維護性，每個模塊可以獨立編制、測試。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的三種基本結(jié)構(gòu)分別是順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)，如圖7-1所示。1）順序結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)是一種線性、有序的結(jié)構(gòu)，它依次執(zhí)行各語句模塊，表示程序中的各操作是按照它們出現(xiàn)的先后順序而執(zhí)行的。2）循環(huán)結(jié)構(gòu)：循環(huán)結(jié)構(gòu)表示程序反復(fù)執(zhí)行某個或某些操作，直到某條件為假（或為真）時才可終止循環(huán)。在循環(huán)結(jié)構(gòu)中最主要的是：什么情況下執(zhí)行循環(huán)？哪些操作需要循環(huán)執(zhí)行？循環(huán)結(jié)構(gòu)的基本形式有兩種：當型循環(huán)和直到型循環(huán)。當型循環(huán)：表示先判斷條件，當滿足給定的條件時執(zhí)行循環(huán)體，并且在循環(huán)終端處流程自動返回到循環(huán)入口；如果條件不滿足，則退出循環(huán)體直接到達流程出口處。因為是"當條件滿足時執(zhí)行循環(huán)"，即先判斷后執(zhí)行，所以稱為當型循環(huán)。直到型循環(huán)：表示從結(jié)構(gòu)入口處直接執(zhí)行循環(huán)體，在循環(huán)終端處判斷條件，如果條件不滿足，返回入口處繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體，直到條件為真時再退出循環(huán)到達流程出口處，是先執(zhí)行后判斷。因為是"直到條件為真時為止"，所以稱為直到型循環(huán)。3）選擇結(jié)構(gòu)：選擇結(jié)構(gòu)表示程序的處理步驟出現(xiàn)了分支，它需要根據(jù)某一特定的條件選擇其中的一個分支執(zhí)行。選擇結(jié)構(gòu)有單選擇、雙選擇和多選擇三種形式。圖7-1程序設(shè)計的三種基本結(jié)構(gòu)示意圖技能1了解常用的程序設(shè)計方法目前程序設(shè)計方法主要有面向過程的程序設(shè)計方法、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法和面向切面的程序設(shè)計方法。（1）面向過程的程序設(shè)計方法面向過程的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計分三種基本結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)。其原則是：自頂向下：指從問題的全局下手，把一個復(fù)雜的任務(wù)分解成許多易于控制和處理的子任務(wù)，子任務(wù)還可能做進一步分解，如此重復(fù)，直到每個子任務(wù)都容易解決為止；逐步求精：指的是將現(xiàn)實中的問題逐步求精變化成能夠以一定算法或者其組合解決問題的過程；模塊化：指解決一個復(fù)雜問題是自頂向下逐層把軟件系統(tǒng)劃分成一個個較小的、相對獨立但又相互關(guān)聯(lián)的模塊的過程。（2）面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法是讓程序員設(shè)計的程序以一種更生活化、可讀性更高的觀念來進行設(shè)計，開發(fā)出來的程序更加容易擴充、修改與維護，更符合人們認識事物的規(guī)律；使人機交互更加貼近自然語言；改善了程序的可讀性。面向?qū)ο蟮幕靖拍钣校?）對象：它是從現(xiàn)實世界中客觀存在的事物（即對象）出發(fā)來構(gòu)造軟件系統(tǒng)，并在系統(tǒng)構(gòu)造中盡可能運用人類的自然思維方式，強調(diào)直接以問題域（現(xiàn)實世界）中的事物為中心來思考問題，認識問題，并根據(jù)這些事物的本質(zhì)特點，把它們抽象地表示為系統(tǒng)中的對象，作為系統(tǒng)的基本構(gòu)成單位（而不是用一些與現(xiàn)實世界中的事物相關(guān)比較遠，并且沒有對應(yīng)關(guān)系的其它概念來構(gòu)造系統(tǒng)）。這可以使系統(tǒng)直接地映射問題域，保持問題域中事物及其相互關(guān)系的本來面貌。2）類：類（class）和對象(object)是兩種以計算機為載體的計算機語言的合稱。對象是對客觀事物的抽象，類是對對象的抽象。類是一種抽象的數(shù)據(jù)類型。3）封裝：面向?qū)ο蟮姆庋b就是把描述一個對象的屬性和行為的代碼封裝在一個“模塊”中，也就是一個類中，屬性用變量定義，行為用方法進行定義，方法可以直接訪問同一個對象中的屬性。4）繼承：繼承可以使得子類具有父類的屬性和方法或者重新定義、追加屬性和方法等。5）消息：對象通過發(fā)送消息的方式請求另一對象為其服務(wù)，消息是對象之間進行通信的一種規(guī)格說明。6）多態(tài)性：是指讓具有繼承關(guān)系的不同類的對象，可以調(diào)用相同名稱，并產(chǎn)生不同的反應(yīng)結(jié)果的方法。（3）面向切面程序設(shè)計方法AspectOrientedProgramming(AOP)，面向切面編程，是一個比較熱門的話題。AOP主要實現(xiàn)的目的是針對業(yè)務(wù)處理過程中的切面進行提取，它所面對的是處理過程中的某個步驟或階段，以獲得邏輯過程中各部分之間低耦合性的隔離效果。技能2了解程序設(shè)計語言計算機擅長接受指令，但不能識別人類的語言，人類為保證計算機可以準確地執(zhí)行指定的命令，需要使用計算機語言向計算機發(fā)送指令。計算機語言是用于編寫計算機指令，即編寫程序的語言，其本質(zhì)是根據(jù)事先定義的規(guī)則編寫的預(yù)定語句的集合。計算機語言分為3類:機器語言、匯編語言和高級語言。（1）機器語言機器語言是由0、1組成的二進制代碼表示的指令。這類語言可以被CPU直接識別，具有靈活、高效等特點。但機器語言有個不可忽視的缺點:可移植性差，不同系列、不同型號的計算機使用的機器語言是不同的，編寫出的程序不直觀、容易出錯，錯誤又難于定位。例如兩個整數(shù)相加的機器指令如圖7-2所示。（2）匯編語言匯編語言用符號或助記符的指令和地址代替二進制代碼，因此，匯編語言也被稱為符號語言。特點是為一種設(shè)備編寫的匯編指令只能用于和此臺設(shè)備同系列、同型號CPU的設(shè)備中，可移植性仍然很差，對編程人員的要求仍然較高。匯編語言是第二代編程語言，在某些行業(yè)和領(lǐng)域中，匯編語言是必不可少的語言；對底層程序設(shè)計人員而言，匯編語言是必須了解的語言。需要注意的是，匯編語言無法被計算機直接識別，在執(zhí)行之前需要先使用被稱為“匯編程序”的特殊程序?qū)R編語言代碼翻譯成機器語言代碼，才能被CPU識別。使用匯編語言編寫實現(xiàn)兩個整數(shù)相加的程序代碼如圖7-3所示。（3）高級語言由于與硬件相關(guān)性較高，且符號與助記符量大又難以記憶，編程人員在開發(fā)程序之前需要花費相當多精力去了解、熟悉設(shè)備的硬件，以及目標設(shè)備的助記符。高級語言與設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)無關(guān)，它更接近人類的自然語言，對數(shù)據(jù)的運算和程序結(jié)構(gòu)表述得更加清晰、直觀，人們閱讀、理解和學習編程語言的難度也大大降低。高級語言并非一種語言，而是諸多編程語言的統(tǒng)稱。常見的高級語言有Python、C、C++、Java、JavaScript、PHP、Basic、C#等。

匯編指令指令含義圖7-2兩個整數(shù)相加的機器指令圖7-3兩個整數(shù)相加的匯編指令技能3了解Python語言的特點Python是一種腳本語言，Python程序采用解釋方式執(zhí)行；Python的解釋器中保留了編譯器的部分功能，程序執(zhí)行后會生成一個完整的目標代碼。因此，Python被稱為高級通用腳本編程語言。Python易學、易用、可讀性良好、性能優(yōu)異、適用領(lǐng)域廣泛，即便與其他優(yōu)秀的高級語言，如C語言、Java等相比，Python的表現(xiàn)仍然可圈可點。Python語法簡潔清晰，上手快、開發(fā)快速靈活且強大,具有豐富而強大的類庫。比如,完成同一個任務(wù),C語言要寫1000行代碼，java只需要寫100行，而python可能只要20行。Python可以做web開發(fā)、做網(wǎng)絡(luò)爬蟲、做人工智能、做自動化運維、做大數(shù)據(jù)開發(fā)，Python是編程語言的新寵。（1）Python語言的特點Python語言作為一種比較“新”的編程語言，能在眾多編程語言中脫穎而出，且與C語言、C++、Java等“元老級”編程語言并駕齊驅(qū)，無疑說明其具有諸多高級語言的優(yōu)點、亦獨具自己的特點。1)簡潔。在實現(xiàn)相同功能時，Pyhon代碼的行數(shù)往往只有C、C++、Java代碼數(shù)量的1/5∽1/3。2)語法優(yōu)美。Python語言是高級語言，它的代碼接近人類語言，只要掌握由英語單詞表示的助記符，就能大致讀懂Python代碼;任何人編寫的Python代碼都規(guī)范且具有統(tǒng)一風格，這就增加了Python代碼的可讀性。3)簡單易學。與其他編程語言相比，Python是一門簡單易學的編程語言，它使編程人員更注重解決問題，而非語言本身的語法和結(jié)構(gòu)。Python語法大多源自C語言，但它摒棄了C語言中復(fù)雜的指針，同時秉持“使用最優(yōu)方案解決問題”的原則，使語法得到了簡化，降低了學習難度。4)開源。Python是FLOSS(自由/開放源碼軟件)之一，用戶可以自由地下載、復(fù)制、閱讀、修改代碼，并能自由發(fā)布修改后的代碼，這使相當一部分用戶熱衷于改進與優(yōu)化Python。5)可移植。Python作為種解釋型語言，可以在任何安裝有Python解釋器的平臺中執(zhí)行，因此Python具有良好的可移植性，使用Python語言編寫的程序可以不加修改地在任何平臺中運行。6)擴展性良好。Python從高層上可引入.py文件，包括Python標準庫文件，或程序員自行編寫的.py形式的文件;在底層可通過接口和庫函數(shù)調(diào)用由其他高級語言(如C語言、C++、Java等)編寫的代碼。7)類庫豐富。Python解釋器擁有豐富的內(nèi)置類和函數(shù)庫，世界各地的程序員通過開源社區(qū)又貢獻了十幾萬個幾乎覆蓋各個應(yīng)用領(lǐng)域的第三方函數(shù)庫，使開發(fā)人員能夠借助函數(shù)庫實現(xiàn)某些復(fù)雜的功能。8)通用靈活。Python是一門通用編程語言，可被用于科學計算、數(shù)據(jù)處理、游戲開發(fā)、人工智能、機器學習等各個領(lǐng)域。Python語言又介于腳本語言和系統(tǒng)語言之間，程序開發(fā)人員可根據(jù)需要，將Python作為腳本語言來編寫腳本，或作為系統(tǒng)語言來編寫服務(wù)。9)模式多樣。Python解釋器內(nèi)部采用面向?qū)ο竽Ｊ綄崿F(xiàn)，但在語法層面，它既支持面向?qū)ο缶幊?，又支持面向過程編程，可由用戶靈活選擇。10)良好的中文支持。不僅支持英文，還支持中文、韓文、法文等各類語言，使得Python程序?qū)ψ址奶幚砀屿`活與簡潔。11）Python除了具有很多優(yōu)點外，但也具有以下缺點。①執(zhí)行效率不夠高，Python程序的效率只有C語言程序的十分之一。②Python3.x和Python2.x不兼容。作業(yè)（課后練習）練習題11）2）3）課后小結(jié)教學反思單元名稱任務(wù)2設(shè)計簡單程序課時數(shù)2（講授）+2（實訓）單元7程序設(shè)計基礎(chǔ)授課地點多媒體教室教學目標1、了解安裝Python解釋器2、掌握Python程序的運行方式教學重點1、安裝Python解釋器2、Python程序的運行方式教學難點Python程序的運行的兩種方式教學方法及手段教學方法：任務(wù)驅(qū)動、案例教學教學手段：1、采用多媒體教學2、通過任務(wù)描述、任務(wù)分析、任務(wù)實現(xiàn)，從而掌握相關(guān)知識。教師課堂講解和演示，學生練習、完成學習任務(wù)和解決疑難問題。3、小組討論、學生作品展示，學生互評。教學過程環(huán)節(jié)內(nèi)容1、課程導(dǎo)入提出問題“如何編寫并調(diào)試Python小程序？”2、教師講解3、學生實訓開展討論4、任務(wù)實施1、安裝Python解釋器Python解釋器是一個跨平臺的Python集成開發(fā)和學習環(huán)境，它支持Windows、MacOS和UNIX操作系統(tǒng)，且在這些操作系統(tǒng)中的使用方式基本相同。在Python官網(wǎng)可以下載Python解釋器。1）訪問Python官網(wǎng)的下載頁面，如圖7-4所示。圖7-4Python的下載頁面2）單擊選擇圖7-4中的超鏈接“windows”，進入windows版本軟件的下載頁面，根據(jù)操作系統(tǒng)版本選擇相應(yīng)的軟件包。選擇下載“下載windows安裝程序（64位）”，則下載Pythonwindows1064位操作系統(tǒng)，此處是3.10.0版本、.exe形式的安裝包，如圖7-5所示。它不能在windows7操作系統(tǒng)下使用。圖7-5下載windows版本的安裝程序（64位）3）下載完成后，雙擊安裝包會啟動安裝程序，如圖7-6所示。圖7-6安裝程序在圖7-6中，可選擇安裝方式，選擇“InstallNow”，將采用默認的安裝方式，選擇“Customizeinstallation”可自定義安裝路徑。注意：勾選“AddPython3.10toPATH”選項，則安裝完成后Python將自動添加到環(huán)境變量中；若不勾選此選項，則在使用Python解釋器之前需要先手動將Python添加到環(huán)境變量。4）勾選“AddPython3.10toPATH”選項，選擇“InstallNow”開始自動安裝Python解釋器、配置環(huán)境變量。等待片刻，即可完成安裝。5）在“開始”菜單欄中搜索“Python”，找到并單擊打開Python3.10（64bit），打開的窗口如圖7-7所示。圖7-7Python解釋器也可以在控制臺中進入Python環(huán)境：在windows10操作系統(tǒng)下，按“Win+R”組合鍵打開“運行”對話框，如圖7-8所示。輸入“cmd”，單擊“確定”按鈕，在控制臺的命令提示符“>”后輸入“Python”，然后按ENTER鍵（回車鍵），如圖7-9所示。圖7-8運行“cmd”命令如果想退出Python環(huán)境，在Python的命令提示符“>>>”后輸入“quit()”或“exit()”再按回車鍵即可。圖7-9在控制臺中進入Python環(huán)境2、Python程序的運行方式Python程序的運行方式有兩種，分別是交互方式和文件方式。1）交互運行方式交互方式是指Python解釋器逐行接受Python代碼并立即執(zhí)行。Python解釋器或控制臺都能以相同的操作通過交互方式運行Python程序。進入Python環(huán)境后，在命令提示符“>>>”后輸入代碼：print（”我愛編程序”），按下回車鍵，控制臺將立即打印運行結(jié)果，如圖7-10所示。圖7-10交互方式運行命令2）文件運行方式創(chuàng)建一個文件，在文件中寫入Python代碼，將該文件保存為.py形式的Python文件。①打開Python集成開發(fā)環(huán)境。執(zhí)行“開始”菜單中的命令“Python3.10”→“IDLE（Python3.1064-bit）”，打開“IDLEshell3.10.0”窗口，如圖7-11所示。在這個窗口中可以進行Python程序的編輯、編譯、執(zhí)行與查錯等功能。圖7-11“IDLEshell3.10.0”窗口圖7-12輸入命令語句②編輯程序。執(zhí)行菜單命令“File”→“NewFile”,打開程序編輯窗口，然后輸入命令語句，如圖7-12所示。③保存程序。執(zhí)行菜單命令“File”→“saveas”，在打開的“另存為”對