[发明专利]一种基于Python的计算思维教学系统

说明书

本发明公开了提供了一种基于Python的计算思维教学系统，属于计算机与网络技术领域。本系统利用“停车场”模型可视化地展示数据结构知识点，趣味性强，可以给学生更好的学习体验，通过该系统辅助教师教学，能够有效激发学生对程序设计的学习兴趣，提高学生学习效率，培养学生分析问题和解决问题的能力，进而发展为信息技术学科核心素养。本系统由于需要执行Python脚本以及直接读取本地文件，因此可设计成典型的桌面应用程序，系统结构简单、使用方便、运行快速稳定。

技术领域

本发明属于计算机与网络技术领域，特别是涉及基于Python的计算思维教学系统。

技术背景

Python语言的由于简洁性、易读性以及可扩展性，在国外用Python做科学计算的研究机构日益增多，一些知名大学已经采用Python来教授程序设计课程。例如卡耐基梅隆大学的编程基础、麻省理工学院的计算机科学及编程导论就使用Python语言讲授。众多开源的科学计算软件包都提供了Python的调用接口，例如著名的计算机视觉库OpenCV、三维可视化库VTK、医学图像处理库ITK。而Python专用的科学计算扩展库就更多了，例如如下3个十分经典的科学计算扩展库:NumPy、SciPy和matplotlib，它们分别为Python提供了快速数组处理、数值运算以及绘图功能。因此Python语言及其众多的扩展库所构成的开发环境十分适合工程技术、科研人员处理实验数据、制作图表，甚至开发科学计算应用程序。

在现有的计算思维培养课程中，数据结构和算法初步的部分知识点由于比较抽象，特别是对于初高中学生来说，理解有一定难度，传统的教学模式主要依靠教师面授讲解，不利于激发学生学习的主动性和积极性。随着计算机技术的不断发展，在线教学系统不断改进升级，但目前尚没有一种基于Python的、结构简单、操作方便且能够以可视化方式形象地展示高中信息技术课中数据结构和算法初步的部分知识点的基于Python的计算思维教学系统。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供了一种基于Python的计算思维教学系统，利用“停车场”模型可视化地展示数据结构知识点，趣味性强，可以给学生更好的学习体验，通过该系统辅助教师教学，能够有效激发学生对程序设计的学习兴趣，提高学生学习效率，培养学生分析问题和解决问题的能力，进而发展为信息技术学科核心素养。

本发明包含以下技术方案：

一种基于Python的计算思维教学系统，包括交互模块、后台处理模块、数据存储模块以及负责各模块之间通信的数据传输模块；所述交互模块负责与用户之间的交互，包括可供用户点选的图标、可供用户输入命令代码的命令输入区以及可视化反馈用户操作结果的显示界面，通过“停车场”模型可视化地展示数据结构知识点；所述后台处理模块，负责接收用户在交互模块下达的命令，并将相应的处理结果反馈到游戏界面，所述数据存储模块用于存储用户的历史命令脚本；所述系统开发语言为C#，框架采用NET4.5.2，界面采用WinForm技术。本系统由于需要执行Python脚本以及直接读取本地文件，因此可设计成典型的桌面应用程序，系统结构简单、使用方便、运行快速稳定。

作为可选方式，在上述在线教学系统中，采用C#与Python混合编程，并使用IronPython技术。

作为可选方式，在上述在线教学系统中，通过对停车场的建模模拟Python对数组进行初始化、赋值、追加、移除等操作。

作为可选方式，在上述在线教学系统中，所述交互模块主界面由菜单栏、快捷工具栏、状态栏组成，菜单栏包括“数组”和“帮助”图标，“数组”菜单包括“一维数组”、“二维数组”、“推荐车位”、“最短路径-原理”、“最短路径-教学”、“最短路径-应用”图标，“帮助”菜单包括：“关于”图标，点选相应的图标可进行对应的子界面；快捷工具栏上的按钮是菜单的快捷方式；状态栏负责显示本系统的基本信息。

作为可选方式，在上述在线教学系统中，通过单排停车场模型模拟一维数组。