前言
從2017年國務院下發《新一代人工智能發展規劃》開始,青少年編程教育就風靡全國大部分城市,大家都意識到了在當今的信息時代,讓孩子早一步學習編程是一件非常具有前瞻性的事情。
寫作意圖
學習編程可以培養青少年的邏輯思維能力、數學思維能力、動腦和動手完成自己作品的能力,以及與其他人團結合作完成一個項目的能力,對於開發青少年的智力、培養嚴謹的邏輯思維,以及鍛煉他們提出問題、分析問題、解決問題的能力具有莫大的益處。很多有條件的學校、社會培訓機構都推出了相應的編程課程,並受到了廣大教師、家長和學生的好評。很多家長發現,大部分學習過編程的孩子會更加自信,老師發現這部分孩子性格更活潑,做事更主動,會提出很多有趣的問題。當孩子們完成了自己的某個作品後,哪怕在成年人看來是很幼稚的一幅小小的作品,他們都充滿了愉悅感、自豪感和成就感。
在經過近幾年大部分培訓機構大規模地開展Scratch或類似Scratch的圖形化工具的編程啟蒙教育後,如何在後續銜接上相應的課程?如何讓喜愛編程的孩子保持興趣繼續學習?如何讓孩子們學到更實用的編程課程? 這是每個編程教育工作者應該思考的問題,也是廣大家長和學生非常關心的問題。
本書就是在這種情況下做出的一個新的嘗試,把人工智能時代主流的編程語言之一——Python和中小學數學知識結合起來,讓具有初步的Scratch編程基礎的同學能進一步學習編程,不再是做出幾個簡單的小遊戲或小項目,而是以數學知識為原理,以嚴密的邏輯為思維,以標準的Python代碼為語言,真正培養學生的算法思維、編程思維,從而提高他們解決問題的能力。筆者認為這纔是編程教育的本質。
眾所周知,人工智能的部分產品現在已經開始滲透進了我們的日常生活中。從無人飛機、無人銀行、無人汽車、無人超市,到大數據的挖掘和分析,再到我們網購時關聯商品的自動推薦,這些產品和服務的背後都離不開各種軟件,而任何軟件都是編程思維和算法思維的直接產品。因此,甚至有一種說法“未來世界的編程能力=讀寫能力”。
當然,這個社會不需要人人都去當程序員,也不需要人人都去從事信息行業的工作,但從小讓孩子了解編程,學習編程的思維,掌握信息社會的基本規律是完全有必要的。
主要內容
本書把Python編程的基本知識和中小學的部分數學知識緊密結合起來,以數學知識為原理,以Python代碼來實現,帶領讀者從一個全新的角度來看待編程、體驗編程和學習編程。希望這樣的嘗試有助於大家了解青少年編程教育的本質——促進數學等主要科目的學習,培養思維能力和解決實際問題的能力。
全書共分為13章,主要內容如下:
第1章介紹下載和安裝Python的運行環境,做好基本的準備。
第2章講述Python的基本數據類型和基本編程知識。這是任何編程學習的基礎。
第3章引入了數軸、坐標繫和平面幾何圖形,這也是中小學數學的內容,但學這些內容不是為了考試,而是為了實際應用,同時也講述了如何使用蒙特卡洛方法來估算圓周率,並給出了實現的具體方法和代碼。
第4章講述編程中日期和時間的表示和計算,有助於讀者對時間有更深刻的理解。
第5章介紹程序的順序執行、數學課本中很少提到的隨機數的應用,以及初學者在編程時容易犯的三種錯誤,有助於培養讀者嚴密的邏輯思維能力。
第6章介紹條件語句,計算機程序之所以是智能的,就是因為它能根據不同的條件執行不同的命令,條件語句增加了計算機的“靈活性”,仿佛讓計算機有了智力。
第7章介紹循環語句,這是大部分初學者學習編程的道坎兒,邁過去了纔能算編程學習入了門。
第8章介紹數學數制和計算機中的編碼基礎,這部分在傳統的數學課本中很少提到,但二進制數卻是計算機的基石,沒有二進制數,就不可能制造出現在的計算機。
第9章介紹大數據的基本表現形式——大數字,並用實例讓讀者體驗大數字的威力,增加切身感受。
第10章介紹的函數是編程學習中繼循環外的第二個“攔路虎”。計算機編程中的函數和數學裡的函數有相同點,也有不同點,函數是數學知識的重點和難點。
第11章是集Python編程和中小學部分趣題的“大全”,當然一本書無法全部包括相關內容,但相信通過編程來解決數學趣題一定會給你全新的啟迪和體驗。學會Python,會提高你的數學解題能力。
第12章講述文件操作,計算機中的文字、圖片、聲音、視頻都可以被看作文件,其中基本的就是文本文件,如何操作它們?請學習此章。
第13章介紹加密和解密的基礎知識。想當一名少年黑客嗎?想讓你計算機中的內容得到保密嗎?此章就是學習加密知識的起點。
本書配有同步視頻講解,關鍵代碼還有一步步的跟蹤和動畫演示。另外,視頻中還講解了部分國外的Python學習資料。本書還專門建立了兩個QQ讀者群(一群:785837911;二群:1062036306),用於解答讀者的疑問,便於大家交流。
說明:本書習題答案可通過網站(www.broadview.com.cn/ 38976)獲取。
致謝
本書得以順利出版,首先要感謝我的家人在我寫作期間給予的大力支持和理解,沒有他們,我無法靜下心來完成本書的寫作。
其次要感謝電子工業出版社的編輯李利健和她的同事,沒有出版社的大力支持,沒有李編輯的辛苦工作和多次精心的指導,本書是無法得以順利出版的。
因作者水平有限,書中難免有不當之處,敬請讀者批評、指正。
蹇肜