Python程序设计-教案-单元八 异常

《Python程序设计》教案单元八异常

课学内容初识异常教学目标素质目标：锻炼从全局视角看问题、客观辩证地思考和处理问题的科学思维方式。知识目标：理解异常的概念并熟悉Python中常见的异常。能力目标：能够在任务中掌握处理异常的几种方式。教学重难点教学重点：Python中的语法错误和异常的识别。教学难点：Python中的语法错误和异常的区别。教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法、实训法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计教学过程主要教学内容及步骤设计意图课前任务【教师】布置课前任务，提醒同学通过学习软件，完成课前任务请大家自行搜集资料了解bug的概念，并且预习本任务需要的相关知识点。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解本次课的重要性，增加学生的学习兴趣考勤

（2min）【教师】清点上课人数，记录好考勤【学生】班干部交假条培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况新课预热

（10min）【教师】与学生简单互动，复习回顾上次课的内容等【学生】聆听、互动【教师】讲述本项目的作用和开设本项目的原因程序运行过程中，由于程序本身设计问题或外界环境改变而引发的错误称为异常（即bug）。如果这些异常得不到正确处理就会导致程序终止运行，而合理地使用异常处理可以使得程序更加健壮，并具有更强的容错性。本项目将详细介绍Python中异常的捕获和处理方法。【教师】概括本次课总体学习内容，让学生大体了解本次课学习内容在编写和运行Python程序时，经常会遇到一些错误。Python中有两种常见的错误：语法错误和异常。通过老师与学生的互动，并让学生了解这次课的知识点大致要求问题导入（5min）【教师】提出以下问题：（1）什么是语法错误？（2）什么是异常？【学生】思考、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知

（30min）一、语法错误【教师】讲解Python中的语法错误语法错误也称为解析错误，在使用PyCharm编写代码时，如果出现语法错误，会通过红色波浪线提示。常见的语法错误包括拼写错误、缩进错误等不符合Python语法规范的错误。【学生】聆听、记录、理解二、异常【教师】讲解Python中的异常即使Python程序的语法是正确的，在运行时也有可能发生错误，这种在运行期间检测到的错误称为异常。Python的异常分为两种：一种是内置异常，在某些错误出现时会自动触发；另一种是用户自定义异常（详见任务三），就是用户根据自己的需求设置的异常。内置异常原因TypeError不同类型的数据进行运算操作ZeroDivisionError除数为0NameError尝试访问一个未声明的变量IndentationError缩进错误IndexError索引超出序列的范围KeyError使用字典中不存在的键ValueError传给函数的参数类型不正确FileNotFoundError试图以只读模式打开一个不存在的文件AttributeError尝试访问未知的对象属性SyntaxError语法错误通过教师的讲解和演示，使学生了解Python中的语法错误和异常的使用任务实施（15min）【教师】带领学生完成任务一✈【教师】提出任务在程序设计中，由于程序本身的错误会造成的功能不正常、体验不佳、死机、数据丢失、非正常中断等异常现象，我们通常用术语“bug”来描述。那么，为什么我们称异常为“bug”呢？如果程序中出现了异常会带来哪些影响？我们应该如何避免异常？本任务将带领大家通过学习异常概述和Python中常见异常类来初识异常。【学生】思考、讨论一、bug的由来Bug一词的原意是“昆虫”或“虫子”；但是现在，在计算机系统或程序中，隐藏着的一些未被发现的缺陷或问题,我们也叫它“bug”。Bug的创始人格蕾丝·赫柏(GraceMurrayHopper)，是一位为美国海军工作的计算机专家，也是最早将人类语言融入计算机程序的人之一。而代表计算机程序出错的“bug”这名字,正是由赫柏所取。Bug的等级可分为四个。1级bug：致命错误，通常表现为系统无法运行、崩溃或严重资源不足，应用模块无法启动或者异常退出，主要功能模块无法使用等。2级bug：严重错误，通常表现为影响系统功能或操作，主要功能存在严重缺陷，但不会影响到系统稳定性。3级bug：一般错误，通常表现为界面、性能缺陷。比如：操作界面错误；提示类错误；边界值错误；大数据操作时没有提供进度等。4级bug：通常表现为：易用性及建议性问题。比如：产品的易用性不够；界面不规范；产品说明不明确；提示信息错误；程序在一些显示上不美观，不符合用户习惯，或者是一些文字的错误等。二、异常带来的影响有些软件中的异常（bug）或许只会引发小问题，但正是这些看似不起眼的“小问题”却可能越积越多，最终引起程序不能运行、出错等一系列的“大问题”；而有些软件中的异常（bug）则会直接引发生命财产安全等大问题。1994年在苏格兰，一架吉努克型直升飞机坠毁，29名乘客全部罹难。然而最初指责声都指向飞行员，但后来有证据表明，直升飞机的系统错误才是罪魁祸首。另外一次因软件而引发的飞行事故发生在1993年。瑞典的一架JAS39鹰狮战斗机因飞行控制软件的Bug而坠毁。2000年，美国一家名为MultidataSystemsInternational的公司，癌症治疗规划软件按照数据输入的顺序来计算辐射的计量，错误的计算了放射治疗中的辐射量，导致28位病人接受了过量的伽马辐射，其中8人死亡，20人严重受伤。可见，有些bug或许只会引发小毛病，但飞行控制系统软件和医疗设备软件，还有其他和人命相关的软件，绝不应该出现因程序异常问题，而给民众生命财产带来无端灾难的问题。所以，作为初学者，我们要时刻提醒自己，不断检查，不断完善，发扬精益求精的工匠精神，养成严谨的科学作风。三、如何避免异常程序设计过程中保证程序质量最好的方式是避免异常出现，预防bug，具体体现为以下三个阶段。程序编写前，首先明确需求，确保在需求分析阶段考虑全面，满足单元的功能需求。程序编写时，要考虑全面，在可能产生异常的代码位置进行异常处理，并生成相应的错误报告。程序编写完成后，要严格对程序或系统进行软件测试，验证软件单元是否符合软件需求与设计。【学生】聆听、记录、理解通过任务实施环节，让学生将所学知识与实践相结合，培养学生的实操能力实操练习（15min）【教师】布置任务PyCharm工具有没有处理bug的工具呢？【教师】巡堂辅导，及时解决学生遇到的问题；安排每组做得最快、最好的学生辅导其他学生进行操作，并解答其遇到的问题【学生】对比自己的结果，若结果有误，查找并记录原因通过实操练习使学生巩固所学知识，并以学生为主体，针对学生接受能力的差异性，让优秀学生带动其他学生掌握知识课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点异常一般是指程序运行时发生的错误，合理使用异常处理可以提高程序的容错性和健壮性。【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对Python中的语法错误和异常相关知识的印象作业布置

（2min）【教师】布置课后作业语法错误和异常的区别是什么？【学生】完成课后任务通过课后作业复习巩固学到的知识，提高实际操作能力教学反思本次课讲授的主要是Python中的语法错误和异常知识点，通过知识点的学习和实践，让学生对Python中的语法错误和异常有了更深入的了解。本次课程目的让学生了解什么是语法错误，什么是异常，为以后处理这些问题做铺垫，通过这部分知识的学习，有助于培养学生处理程序中遇到的错误的能力。

教学内容求解三角形面积教学目标素质目标：发扬精益求精的工匠精神，养成严谨的科学作风。 知识目标：掌握异常处理的几种结构的使用方法。能力目标：能够通过合理地使用异常处理来完成求解三角形面积的任务。教学重难点教学重点：Python中try-except语句、多重except语句、try-except-else语句、try-except-finally语句的定义。教学难点：Python中try-except语句、多重except语句、try-except-else语句、try-except-finally语句的使用。教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法、实训法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计教学过程主要教学内容及步骤设计意图课前任务【教师】布置课前任务，提醒同学通过学习软件，完成课前任务请大家自行搜集资料研究“三斜求积术”，并且预习本任务需要的相关知识点。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解本次课的重要性，增加学生的学习兴趣考勤

（2min）【教师】清点上课人数，记录好考勤【学生】班干部交假条培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况新课预热

（10min）【教师】与学生简单互动，复习回顾上次课的内容等【学生】聆听、互动【教师】课外拓展在程序运行的过程中，会出现很多猝不及防的异常，如果这些异常得不到正确处理就会导致程序终止运行。因此，编写代码时，在可能出现异常的位置进行处理，可以使得程序更加健壮，并具有更强的容错性。同时，由于异常的类型很多，须尽量对所有可能出现的异常进行处理。所以，需要用户全面地考虑问题，进行多次测试和调试。Python提供了多种不同形式的异常处理结构，它们的基本思路一致：运行代码，如果没有异常就正常执行，如果出现异常就捕获和处理。通过老师与学生的互动，并让学生了解这次课的知识点大致要求问题导入（5min）【教师】提出以下问题：（1）try-except语句是否接触过，能够根据英文含义猜出语句含义？（2）多重except语句是否接触过，能够根据英文含义猜出语句含义？（3）try-except-else语句是否接触过，能够根据英文含义猜出语句含义？（4）try-except-finally语句是否接触过，能够根据英文含义猜出语句含义？【学生】思考、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知

（30min）一、try-except语句【教师】讲解Python中的try-except语句try-except语句用于捕获和处理异常，其语法格式如下。try:#可能会引发异常的代码块exceptexception[ase]:#出现异常后执行的代码块其中，exception为异常类名，[]为可选项，“ase”表示将异常类的实例对象命名为e。如果try子句中的代码块引发异常并被except子句捕获，就执行except子句中的代码块；如果try子句中的代码块没有引发异常，就继续执行try-except语句后面的代码；如果引发的异常没有被except子句捕获，程序将终止运行并输出异常信息。【教师】演示例8-1程序【学生】观察运行结果并讨论【学生】聆听、记录、理解【教师】强调以下问题运行程序时，只要捕获到异常，程序就会执行except子句，不会再执行try子句中未执行的语句。【教师】布置题目（1）有以下程序try:n=input("请输入一个整数:")s=pow2(n)print(s)defpow2(n):returnn*nexcept:print("程序执行错误")运行程序时输入1<回车>，输出结果是________。【学生】完成题目【教师】随机点名回答二、多重except语句【教师】讲解Python中的多重except语句在某些情况下，一个代码块可能引发多种异常，此时，可定义多个except子句，每个except子句捕获一种类型的异常，其语法格式如下。try:#可能会引发异常的代码块exceptexception1[ase]:#处理异常类型1的代码块exceptexception2[ase]:#处理异常类型2的代码块exceptexception3[ase]:#处理异常类型3的代码块……当异常发生时，依次检查每一个except子句，并执行第一个异常类型匹配的代码块，其他的except子句将不再捕获，程序继续执行try-except语句后面的代码。【教师】演示例8-2和程例8-3序【学生】观察运行结果并讨论【教师】讲解程序（主要代码）【学生】聆听、记录、理解【教师】强调以下问题也可使用一个except子句捕获多种异常。例如，同时捕获除数为0和参数类型不正确异常，可以用下面代码实现。except(ZeroDivisionError,ValueError):print('出现异常')当无法确定要对哪一种异常进行处理时，可在except子句中不指定异常类型，此时程序将捕获所有异常。例如：except:print('出现异常')三、try-except-else语句【教师】讲解Python中的try-except-else语句try-except语句还有一个可选的else子句，如要使用该子句，须将其放在所有except子句后。else子句将在try子句没有发生任何异常时执行，其语法格式如下。try:#可能会引发异常的代码块exceptexception[ase]:#出现异常后执行的代码块else:#如果try子句中的代码没有引发异常，则执行该代码块【教师】演示例8-4程序【学生】观察运行结果并讨论【教师】讲解程序（主要代码）【学生】聆听、记录、理解【教师】强调以下问题建议在try子句中只添加真的可能引发异常的代码，将其余代码添加到else子句中。【教师】布置题目（1）以下程序的输出结果是_______。f="test.txt"try:withopen(f,"r")asfi:forlineinfi:print(line)exceptFileNotFoundError:print(f,'文件不存在')else:print(f,'文件有',len(f.readlines()),'行')f.close()【学生】完成题目【教师】随机点名回答四、try-except-finally语句【教师】讲解Python中的try-except-finally语句finally子句用于为异常处理提供一个统一的出口，无论try子句中的代码是否引发异常，都会执行该子句。通常，finally子句用于资源清理工作，如释放内存、关闭打开的文件、断开网络连接等，其语法格式如下。try:#可能会引发异常的代码块exceptexception[ase]:#出现异常后执行的代码块finally:#无论try子句中的代码是否引发异常，都会执行的代码块【教师】演示例8-5程序【学生】观察运行结果并讨论【教师】讲解程序（主要代码）【学生】聆听、记录、理解【教师】强调以下问题except子句中设置的异常类型为Exception时，由于Exception类是Python内置异常类的基类，所以在不确定异常的类型时可以这样使用。使用多重except语句时，except子句中的异常类型应先子类后父类，否则捕获了父类的异常后就不会再捕获子类的异常了。Python异常处理中可以同时包含多个except子句、else子句和finally子句。所有的except子句必须在else子句和finally子句之前，else子句必须在finally子句之前，否则会出现语法错误。【教师】布置题目（1）有以下程序try:a=float(input('请输入分子：'))b=float(input('请输入分母：'))c=a/bifabs(c)>1:print("此分数为假分数")else:print("此分数为真分数")exceptZeroDivisionError:print('分母不能为0！')exceptValueError:print('分子和分母应为数值类型！')except:print('其他错误！')else:print('运行没有错误！')finally:print('运行结束！')程序运行时输入2<回车>，3<回车>，则输出结果是______。【学生】完成题目【教师】随机点名回答通过教师的讲解和演示，使学生了解Python中的异常处理语句的使用任务实施（15min）【教师】带领学生完成任务二✈【教师】提出任务中国是一个具有悠久历史的文明国家，数学作为中国古代科学的一门重要学科，取得了丰硕的成果。早在1247年，中国宋代的数学家秦九韶就在《数书九章》中记述了“三斜求积术”，填补了中国数学史中的一个空白。“三斜求积术”用现代公式表示，即三角形三边长为a、b、c，那么面积是1/4*sqrt[(a+b+c)(a+b-c)(a+c-b)(b+c-a)]。本任务将带领大家编写Python程序，利用Python中的异常处理机制完成“根据输入的三角形三条边长计算三角形面积”的求解问题。【学生】思考、讨论一、进行任务分析：完成本任务，需要捕捉可能存在的ValueError和IndexError等异常。1.定义check_is_triangle（）函数，对三角形三条边进行判断，如果无法构成三角形，则引发ValueError异常。2.由于任务中要求输入3个整数，所以如果输入的三条边不是整数，会引发ValueError异常。3.由于整数是3个，且用空格分隔，这时需要使用字符串的split（）函数将字符串用空格切割，然后放入列表中，如果整数不是3个，当引用列表里的3个整数时，会引发IndexError异常。二、参考代码：importmath#定义函数，对三条边进行判断，如果无法构成三角形，则引发ValueError异常。defcheck_is_triangle(a,b,c):ifa<=0orb<=0orc<=0:raiseValueError('无法构成三角形')ifa+b>canda+c>bandb+c>a:passelse:raiseValueError('无法构成三角形')if__name__=='__main__':whileTrue:side=input('请输入三角形的三条边长，以空格分隔，输入q退出：')if'q'==side:breaksides=side.split()try:a=int(sides[0])b=int(sides[1])c=int(sides[2])exceptIndexError:#捕捉IndexError异常print('请输入至少3个整数')exceptValueError:#捕捉ValueError异常print('请输入整数')else:try:check_is_triangle(a,b,c)exceptValueError:#捕捉ValueError异常print('无法构成三角形')else:s=1/4*math.sqrt((a+b+c)*(a+b-c)*(a+c-b)*(b+c-a))print(f'三角形的面积是：{s}')三、代码运行四、代码分析（主要代码）：【学生】聆听、记录、理解通过任务实施环节，让学生将所学知识与实践相结合，培养学生的实操能力实操练习（15min）【教师】布置任务编写Python程序，利用Python中的异常处理机制完成“根据输入的三角形三条边长求三角形面积”的求解问题。【教师】巡堂辅导，及时解决学生遇到的问题；安排每组做得最快、最好的学生辅导其他学生进行操作，并解答其遇到的问题【学生】对比自己的绘制结果，若绘制有误，查找并记录原因通过实操练习使学生巩固所学知识，并以学生为主体，针对学生接受能力的差异性，让优秀学生带动其他学生掌握知识课堂小结

（3min）【教师】简要总结本节课的要点（1）try-except语句用于捕获异常，当try子句中的代码块引发异常并被except子句捕获时，就执行except子句中的代码块。（2）针对不同异常可设置多个except子句，也可对多个异常进行统一处理。（3）在异常处理结构中，else子句中的代码在try子句中的代码没有引发异常时执行，而finally子句中的代码总会执行。【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对Python中的异常处理语句相关知识的印象作业布置

（2min）【教师】布置课后作业编写程序，输入三角形三条边判断能否构成直角三角形，若能构成则计算三角形的面积和周长，否则引发异常。【学生】完成课后任务通过课后作业复习巩固学到的知识，提高实际操作能力教学反思本次课讲授的主要是Python中的异常处理语句知识点，通过知识点的学习和实践，让学生对Python中的异常处理语句有了更深入的了解，提高了Python知识的掌握程度。通过“根据输入的三角形三条边长求三角形面积”的求解问题，提高了学生的学习兴趣，掌握了Python的具体应用，在设计过程中，对异常的处理有了进一步认识，取得了不错的教学效果。在以后的教学中，重点关注理论知识和实际应用的结合，使学生能够学有所用。

教学内容制作空气质量评级系统教学目标素质目标：强化环境保护意识，提升生态系统多样性、稳定性、持续性。 知识目标：掌握raise和assert语句的使用方法。掌握用户自定义异常的方法和使用。 能力目标：能够通过用户自定义异常制作空气质量评级系统。教学重难点教学重点：Python中raise语句、assert语句和自定义异常的使用。教学难点：Python中会主动抛出bug并且会自定义bug。教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法、实训法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计教学过程主要教学内容及步骤设计意图课前任务【教师】布置课前任务，提醒同学通过学习软件，完成课前任务请大家自行搜集资料了解处理异常的方法，并且预习本任务需要的相关知识点。【学生】完成课前任务通过课前任务，使学生了解本次课的重要性，增加学生的学习兴趣考勤

（2min）【教师】清点上课人数，记录好考勤【学生】班干部交假条培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况新课预热

（10min）【教师】与学生简单互动，复习回顾上次课的内容等【学生】聆听、互动通过老师与学生的互动，并让学生了解这次课的知识点大致要求问题导入（5min）【教师】提出以下问题：（1）raise语句的作用是什么？（2）assert语句的作用是什么？（3）如何自定义bug？【学生】思考、举手回答【教师】通过学生的回答引入要讲的知识通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知

（30min）一、主动抛出bug【教师】讲解Python中的主动抛出bug如果想要在程序中主动抛出异常，可以使用raise语句和assert语句。1．raise语句raise语句可抛出一个指定的异常，其语法格式如下。raise[exception[(message)]]其中，exception表示异常类名，message表示异常对象的描述信息，[]表示参数可选。使用raise语句抛出指定异常时，须使用try-except语句捕获抛出的异常，否则程序会终止，并显示异常信息。raise语句根据参数的不同有下面3种用法。raise异常类#结构1：使用异常类名抛出指定的异常raise异常类对象#结构2：使用异常类对象抛出指定的异常raise#结构3：使用刚出现过得异常重新抛出异常【教师】演示例8-7程序【学生】观察运行结果并讨论【教师】讲解程序（主要代码）【学生】聆听、记录、理解2．assert语句assert语句又称为断言，它是对一个逻辑表达式进行检查，如果为False，就会触发AssertionError异常，其语法格式如下。assertexpression[,message]assert后面紧跟逻辑表达式，message为一个字符串，当表达式的值为False时，作为异常类的描述信息使用。逻辑上等同于：ifnotexpression:raiseAssertionError(message)assert语句用于收集用户定义的约束条件，而不是捕获内在的程序设计错误。【教师】演示例8-8程序【学生】观察运行结果并讨论【教师】讲解程序（主要代码）【学生】聆听、记录、理解【教师】布置题目（1）有以下程序s=input("Inputyourage:")ifs=="":raiseException("Inputmustnobeempty.")try:i=int(s)exceptExceptionaserr:print(err)finally:print("Goodbye!")程序运行时输入空格<回车>，则输出结果是_________。【学生】完成题目【教师】随机点名回答二、用户自定义异常【教师】讲解Python中的用户自定义异常Python提供的内置异常可以描述大部分异常情况，但有时程序会有特殊的要求，系统可能无法识别该异常。此时，需要用户创建自定义异常类，使系统能够识别异常并进行处理。自定义异常类必须继承Exception类，通过__init__()方法初始化异常类对象，然后通过__str__()方法返回异常类对象说明信息。自定义异常类通过raise语句抛出，捕获异常后可直接通过异常对象输出说明信息。【教师】强调以下问题__str__()方法返回一个字符串，用于描述对象。如果类中定义了__str__()方法，当使用print()函数输出类的对象时，会直接输出该方法中返回的字符串。【教师】演示例8-9程序【学生】观察运行结果并讨论【教师】讲解程序（主要代码）【学生】聆听、记录、理解【教师】强调以下问题通过教师的讲解和演示，使学生了解Python中的主动抛出bug和自定义bug的使用任务实施（15min）【教师】带领学生完成任务三✈【教师】提出任务大自然是人类赖以生存发展的基本条件，尊重自然、顺应自然、保护自然，是全面建设社会主义现代化国家的内在要求。“提升生态系统多样性、稳定性、持续性”，必须牢固树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念，站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。近年来，环境空气达标城市数量持续增加，城市优良天数比例持续提升，水质优良海域面积比例持续提升……可见，在中国，“绿水青山就是金山银山”的理念已深入人心。空气质量评级系统可根据空气质量指数（AQI，取值范围是0～500）评定空气质量等级，并针对各类人群给出不同的户外活动建议。本任务将带领大家编写Python程序，利用用户自定义异常类制作空气质量评级系统。【学生】思考、讨论一、进行任务分析：完成本任务，须自定义异常类处理AQI值小于0、大于500的异常情况。1.自定义异常类AQIException继承Exception类，处理AQI值小于0、大于500的异常情况，在__init__()方法中用value表示实际输入的AQI值。2.通过input（）函数接收用户输入的AQI值，若用户输入的AQI值不在0～500之间时，就会抛出AQIException异常。3.根据AQI的值判断空气质量等级并输出，同时输出相应的户外活动建议。4.利用try...except语句捕捉多重异常并处理。二、参考代码：classAQIException(Exception): #用户自定义异常类def__init__(self,value):self.value=valuedeftestAQI():AQI=int(input('请输入AQI的值：')) #输入AQI的值并将其转换为整数ifAQI<0orAQI>500:raiseAQIException(AQI) #抛出异常ifAQI<=50:#如果AQI小于等于50print('空气质量：一级（优）')#输出空气质量等级print('活动建议：各类人群可正常活动')#输出活动建议elifAQI<=100:#如果AQI大于50小于等于100print('空气质量：二级（良）')#输出空气质量等级print('活动建议：极少异常敏感人群应减少户外活动')#输出活动建议elifAQI<=150:#如果AQI大于100小于等于150prin