Python程序设计与人工智能基础 教案全套 杨玉军

《Python程序设计与人工智能基础》—电子教案第1章Python开发入门·教案一、基本信息项目内容章节第1章Python开发入门周次第1周学时4学时（理论2+实验2，建议）课程Python程序设计与人工智能基础授课对象计算机类/人工智能类专业一年级先修要求计算机基础操作（无需编程经验）日期待填写课程编号待填写二、教学目标教学重点Python开发环境的配置**：能独立完成Python解释器的下载、安装与环境变量配置（考核重点）集成开发环境PyCharm的安装与使用*：能下载、安装、汉化PyCharm，并新建项目与文件第一个Python程序的运行**：理解并能演示交互式与文件式两种运行方式Python语言的特点与应用领域*：能归纳Python的主要特征与典型应用场景教学难点环境变量（PATH）的概念与配置：学生对操作系统层面的"路径"无直观认识，易出现"安装成功但命令行找不到python"的问题。突破方式——用"快递地址簿"类比PATH，现场演示删除/恢复PATH后python命令的成败对比。交互式vs文件式运行的区别：初学者常混淆IDLE的Shell窗口与脚本文件。突破方式——同一段print代码分别用两种方式各跑一遍，让学生直观感受"逐行即时响应"与"整文件批量执行"的差异。学习目标（能力描述）学完本章后，学生应能够：描述（记忆）Python发展的三个阶段，并说出Python3.x相对Python2.x的关键变化（默认UTF-8编码）。归纳（理解）Python简单易学、开源、可移植、解释性等特点，列举至少5个应用领域。配置（应用）Python解释器与PATH环境变量，并验证安装是否成功。操作（应用）使用IDLE与PyCharm编写、保存、运行第一个Python程序。说明（理解）人工智能与计算机科学、数据科学之间的交叉关系，认识常见AI框架（TensorFlow、PyTorch等）的定位。三、教学内容详述课堂引入（5分钟）引入问题/案例：

教师提问："同学们每天用的抖音推荐、高德语音导航、手机里的人脸解锁，背后都有一门编程语言在支撑——你们能猜到是哪一门吗？"随后给出答案：是Python。再追问一个反差：很多同学以为"做人工智能一定要先学很难的数学"，但其实工程师调用TensorFlow、PyTorch训练一个模型，写的就是几行Python。本课程就从"装好一个能写Python的环境、跑出第一行Hello,World!"开始。本节课目标告知：

学完本节课，你将能够：在自己的电脑上装好Python和PyCharm；亲手运行人生中第一个Python程序；说清楚Python为什么是AI时代的"首选语言"。1.1初识Python（约25分钟）知识铺垫：和汉语、英语一样，计算机也有自己的"语言"——编程语言，如C、Java、Python。每种语言都有发展历史、特点和擅长的领域。1.1.1Python的发展历史*核心讲解：

Python于1989年诞生于荷兰国家数学和计算机科学研究所。三个关键阶段：第一个版本（1.0）：1994年1月发布，用C语言实现，可调用C库函数。Python2时代：2000年10月Python2.0发布，引入垃圾回收等机制。Python3时代：2008年12月Python3.0发布，在性能、稳定性、安全性上大幅提升，已成为主流版本；Python2.x已于2020年1月1日停止维护。关键理解点：Python3.x最大改变之一是默认采用UTF-8编码，因此可以直接在代码中写中文，这一点初学者后面写注释、字符串时会反复用到。教学时不必让学生记忆每个版本号，记住"3.x是主流、2.x已停更"即可。📌教学提示：展示表1-1（Python各版本与发布时间），引导学生观察"3.0在2008年发布，但2.7在2010年才发布"——说明两个系列曾长期并行。拓展阅读（板书/口头）：软件版本号

主版本号.子版本号.修订号，例如3.10.10。主版本号变化通常意味着不向后兼容的大改动；子版本号是功能升级；修订号是小修补。还有alpha、beta、RC等阶段标识。1.1.2Python的特点*核心讲解（建议用"一句话+例子"快讲，不逐条照念）：特点一句话理解简单易学语法接近自然语言，零基础可快速上手免费开源可自由使用与分发，社区庞大、库丰富可移植性同一份代码可在Windows/Linux/macOS运行模式多样既支持面向过程，也支持面向对象可扩展/可嵌入能扩展功能，也能嵌入C/C++程序中解释性无需编译，源代码可直接运行，支持交互式调试丰富的库标准库+第三方库（NumPy、Pandas等）覆盖面极广规范的代码强制缩进，天然保证可读性📌互动建议：提问学生——"'解释性'让Python调试很方便，但相比C这类编译型语言，可能牺牲了什么？"（引导答案：运行速度通常较慢，但开发效率高。）1.1.3Python的应用领域*核心讲解：用图1-1至图1-9的实例快速串讲8大领域——人工智能、数据分析、网站开发、网络爬虫、自动化运维、自动化测试、游戏开发、科学计算。关键理解点：本课程书名是"Python程序设计与人工智能基础"，所以要特别强调：Python是AI时代的首选语言，主流AI工具（NumPy、Pandas、PyTorch、TensorFlow）都需用Python调用。📌教学提示：展示图1-1（谷歌无人驾驶汽车）、图1-9（biopython基因可视化圈图），让学生直观感受Python应用的广度。1.2配置Python环境（操作流程拆解，约30分钟）本节为操作类内容，按目的→步骤→预期结果→常见报错四段式讲解，建议教师边讲边演示，学生同步在自己电脑上操作。1.2.1下载与安装Python目的：在本机装好Python解释器，这是运行一切Python程序的前提。步骤：浏览器打开Python官网→单击Downloads选项卡。在"Lookingforaspecificrelease?"下方表格选择版本（本书采用Python3.10.10），单击对应Download。选Windowsinstaller（64-bit）下载，得到安装包python-3.10.10-amd64.exe。双击安装包，选择Customizeinstallation，并务必勾选下方的Addpython.exetoPATH复选框。在OptionalFeatures、AdvancedOptions中按需选择，自定义安装路径后单击Install。出现Setupwassuccessful后，单击Disablepathlengthlimit，再单击Close。预期结果：开始菜单出现4个快捷方式——IDLE、Python3.10、Python3.10Manuals、Python3.10ModuleDocs。验证：Win+R输入cmd→在命令行输入：python若输出类似Python3.10.10...的版本信息，即安装成功。退出解释器输入exit()。📌板书/强调：安装时那个Addpython.exetoPATH复选框是全章最关键的一步，漏勾会导致命令行找不到python，后面1.2.2就得手动补救。常见报错：'python'不是内部或外部命令→99%是没勾AddtoPATH，转1.2.2手动配置环境变量。1.2.2配置环境变量目的：当命令行无法识别python命令时，手动把Python安装路径加入系统PATH，让操作系统"知道去哪里找python.exe"。通俗解释：PATH就像一本"地址簿"，你在命令行喊一声python，系统会按地址簿里登记的路径逐个去找。没登记，就找不到。步骤：右键"此电脑"→属性→高级系统设置→环境变量。在"系统变量"中选中Path→新建。填入Python的实际安装路径（例如C:\Users\pc\AppData\Local\Programs\Python\Python310\Scripts）。逐级单击"确定"保存。预期结果：重新打开命令行，输入python能正常显示版本信息。常见报错：路径填错（写成了别人电脑的路径）→必须改成本机实际安装路径，可在安装目录上右键查看属性获取。1.3实验：使用IDLE输出"Hello,World!"（见第四部分实验环节）本节为本章第一个动手实验，详见"四、实验/实践环节·实验1"。1.4集成开发环境PyCharm（操作流程拆解，约20分钟）知识铺垫：IDLE适合写几行小代码；但要开发完整项目，需要更强大的工具——PyCharm，它具备语法高亮、智能提示、自动补全、调试、版本控制等功能。目的与步骤（精讲）：下载安装：官网下载→选Windows版（Professional收费/可试用30天，Community免费）→一路Next完成安装。激活与汉化：首次启动选StartTrial试用；File→Settings→Plugins，搜索chinese，安装Chinese(Simplified)插件后重启即变中文界面。设主题：右上角设置→主题，可选IntelliJLight（亮色）或Darcula（暗色）。新建项目与文件：文件→新建项目→选"纯Python"→勾选"继承全局站点软件包"→创建；再右键项目→新建→Python文件。📌教学提示：展示图1-66，写入print("Hello,小锋！")，运行得到Hello,小锋！，让学生确认PyCharm跑通。常见报错：新建项目时未勾"继承全局站点软件包"→后续在别的项目里无法复用已装的第三方库。建议初学统一勾选。1.5人工智能入门：计算机科学与数据科学的交叉学科（约15分钟）核心讲解：人工智能（AI）：研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的技术科学。人工智能是一门交叉学科，其中两个重要分支：计算机科学：提供算法、程序设计、大数据处理等"实现能力"；数据科学：负责数据的管理、清洗、分析与建模，为AI算法"喂数据"。常见AI框架/库（学生先建立印象即可，不展开）：库：NumPy、Pandas（数据处理）、Scikit-learn（机器学习）、Matplotlib/Seaborn（可视化）；框架：PyTorch（学术研究首选）、TensorFlow（工业生产流行）、Keras、OpenCV。应用场景：计算机视觉、语音识别、自然语言理解、个性化推荐、游戏竞技（如AlphaGo）。📌互动建议：让学生举一个自己生活中接触过的AI应用，并判断它属于上面哪一类场景。📌课程思政融入点：结合图1-76"百度超导量子计算机'乾始'"等案例，说明我国在人工智能与量子计算领域的自主创新进展，激发学生的科技自信与学习动力。1.6本章小结（3分钟）本章完成了三件事：①认识Python的历史、特点与应用；②装好Python解释器与PyCharm开发环境；③初步了解人工智能与计算机科学、数据科学的关系。其中环境配置与第一个程序的运行是后续所有章节的基础，务必人人过关。四、实验/实践环节实验1：使用IDLE输出"Hello,World!"实验目的：掌握使用PythonIDLE编写第一个程序；掌握文件的保存方法（.py后缀）；理解并掌握交互式与文件式两种运行方式。实验环境：操作系统：Windows（Python3.10.10已安装）工具：Python自带IDLE实验步骤：启动IDLE：开始菜单→IDLE(Python3.1064-bit)。交互式运行：在提示符>>>后直接输入并回车：print("Hello,World!")立即看到输出Hello,World!。文件式运行：File→NewFile新建文件，输入同样代码，File→SaveAs保存为hello.py（建议存入Chapter01文件夹），按F5或Run→RunModule运行。命令行文件式运行（拓展）：cmd中输入：pythonC:\Users\pc\Desktop\Chapter01\hello.py预期结果：三种方式均输出Hello,World!。思考题：交互式和文件式各适合什么场景？（提示：交互式适合快速验证一两行；文件式适合保存可复用的完整程序。）把代码改成print("Hello,World!")中的双引号换成中文引号""会发生什么？为什么？参考代码框架：#hello.py——第一个Python程序

print("Hello,World!")实验2（拓展/课后）：在PyCharm中运行第一个程序在PyCharm中新建项目与test.py文件，写入print("Hello,你的名字！")并运行，截图保存运行结果作为作业提交。五、课后练习与作业基础概念题（3题）简述Python发展经历的三个阶段，并说明Python3.x相对2.x最重要的编码变化是什么。列举Python语言的至少5个特点，并各用一句话解释。归纳Python的至少5个主要应用领域，每个领域举一个实际例子。操作辨析题（2题）安装Python时若忘记勾选Addpython.exetoPATH，命令行运行python会出现什么提示？应如何补救？比较IDLE的交互式运行与文件式运行：各自的操作方式、适用场景、能否永久保存代码。参考答案要点三阶段：1.0（1994，C实现）→Python2时代（2000，2.0）→Python3时代（2008，3.0已成主流，2.x于2020停更）；最重要变化：默认使用UTF-8编码，可直接写中文。简单易学、免费开源、可移植性、模式多样、可扩展可嵌入、解释性、丰富的库、规范的代码（任答5个并合理解释即可）。人工智能、数据分析、网站开发、网络爬虫、自动化运维、自动化测试、游戏开发、科学计算（任答5个并举例）。提示'python'不是内部或外部命令；补救：手动将Python安装路径加入系统环境变量Path（见1.2.2）。交互式——在>>>后逐行输入、即时响应，适合快速验证，代码不自动保存；文件式——写入.py文件批量执行，适合完整程序，可永久保存复用。六、教学日志日期记录内容学生反馈：教学效果：改进建议（环境安装通过率/常见卡点）：教师备注：本章实操性强，建议安排在机房进行，预留充足时间逐一排查学生的环境安装问题（PATH是最高频卡点）。书稿第1.7节"习题"原文未给出具体题目，本教案课后练习为依据教学目标自行设计，教师可按需增删。第2章Python编程基础·教案一、基本信息项目内容章节第2章Python编程基础周次第2周学时4学时（理论3+实验1，建议）课程Python程序设计与人工智能基础授课对象计算机类/人工智能类专业一年级先修要求第1章Python开发入门（已装好Python3.10.10与PyCharm）日期待填写课程编号待填写二、教学目标教学重点变量与数据类型**：能正确定义变量、说出6大标准数据类型，并用type()检测数据类型（贯穿全章、考核重点）基本输入与输出**：能熟练使用print()、input()、eval()完成人机交互（实验核心技能）运算符及其优先级**：能正确使用算术、比较、逻辑、赋值等运算符解决实际计算问题（高频考点）基础语法规范（注释/缩进/标识符/关键字）*：能写出符合PEP8的规范代码数据类型转换*：能区分隐式转换与显式转换，会用int()/float()/str()做强制转换数据科学入门：描述性统计*：能说出count/mean/std等描述性指标的含义（建立印象，不要求精通Pandas）教学难点缩进决定代码块（而非花括号）：初学者来自"靠{}分块"的直觉，常因缩进多/少一个空格而触发IndentationError。突破方式——现场把一段正确缩进的if/else故意改错一格，让学生亲眼看到报错位置与异常类型，强化"同一代码块缩进必须一致、统一用4个空格"。input()永远返回字符串：学生想当然认为输入数字就能直接做加法，结果"3"+"5"得到"35"而非8。突破方式——先演示不转换的"坑"，再用int()/float()转换对比，把"输入即字符串"刻进肌肉记忆。is与==的区别：一个比"是不是同一个对象（内存地址）"，一个比"值是否相等"，抽象难懂。突破方式——用distinguish-is.py实例配合"两个人vs同一个人的两个名字"的类比现场演示。运算符优先级与隐式类型转换：表达式求值顺序和"低类型自动升为高类型"对零基础学生不直观。突破方式——强调"不必背优先级，用小括号()控制顺序最稳妥"；隐式转换用123+1.23现场跑出float结果说明。学习目标（能力描述，布鲁姆动词）学完本章后，学生应能够：识别（记忆）Python的单行/多行注释、关键字与标识符命名规则。解释（理解）变量的本质、6种标准数据类型的差异，以及隐式与显式类型转换的区别。运用（应用）print()、input()、eval()、type()、int()、float()、str()编写简单人机交互程序。运用（应用）算术、比较、逻辑、赋值、成员、身份运算符完成实际计算与判断。分析（分析）一个三位数/三角形问题，拆解出各位数字、周长面积的计算步骤并编程实现。概述（理解）描述性统计中count、mean、std、min、max等指标的含义及其在生产中的作用。三、教学内容详述课堂引入（5分钟）引入问题/案例：

教师承接上一章："上节课大家都跑出了人生第一行print("Hello,World!")。但只会print一句话，离写程序还差得远——程序的本质是处理数据。"随即抛出一个反差小实验，请学生口头预测结果：a=input("输入第一个数：")#假设输入3

b=input("输入第二个数：")#假设输入5

print(a+b)多数学生会脱口而出"8"。教师揭晓：实际输出是35！为什么？因为input()拿到的永远是字符串，"3"+"5"是字符串拼接而不是加法。要解决它，就得学会本章的变量、数据类型、类型转换和运算符——这正是今天的主线。本节课目标告知：

学完本章，你将能够：写出规范的注释与缩进，给变量起合法的名字；区分数字、字符串、列表等数据类型，并会做类型转换；用input()/print()写出真正能"算数"的人机交互程序；熟练使用各类运算符解决实际问题。加涅第二段（告知目标）+第三段（唤起旧知）：旧知=上一章的print与开发环境；新知=变量、类型、运算符。2.1Python基础语法（约30分钟）知识铺垫：盖楼要先有图纸和规范，写代码也一样。每种语言都有既定的"编写规范"。本节讲Python最基础的四件事——注释、缩进、关键字与标识符、编码规范（PEP8）。2.1.1注释*核心讲解：

注释是写给"人"看、解释器会忽略的文字。它能解释代码、临时禁用代码（调试）、记录维护历史、生成文档、约束代码规范。Python有两种注释：单行注释——以#开头，到行尾结束。可单独占一行，也可放在语句右侧：#输出社会主义核心价值观

print("社会主义核心价值观")

print("社会主义核心价值观")#输出社会主义核心价值观多行注释——用三对单引号'''...'''或三对双引号"""..."""包裹，常用于给文件、模块、函数写说明：'''

多行注释

输出乡村振兴

'''

print("乡村振兴")📌教学提示：描述多行代码功能时，注释一般放在被注释代码的上一行。三引号写在函数定义下一行时，又称"文档字符串（docstring）"，可被工具自动提取生成文档。2.1.2缩进*核心讲解：

Python的简洁体现在——它用缩进+冒号:表示代码块层次，而不是C++/Java的{}。行尾冒号+下一行缩进=一个代码块的开始；缩进结束=代码块结束。ifTrue:

print("如果为真，输出：")

print("True")

else:

print("否则，输出：")

print("False")关键理解点：同一个代码块中的语句，缩进必须完全一致，否则报错IndentationError（缩进错误）。缩进可用空格或Tab，但强烈推荐统一使用4个空格（默认一个Tab=4个空格）。不同编辑器里Tab代表的宽度可能不同，混用易出错。📌互动建议（突破难点）：把上面的else分支第二行print("False")故意多敲一个空格，现场运行，让学生看到报错信息里的异常类型IndentationError和出错行号，建立"缩进即语法"的认知。2.1.3标识符与关键字*核心讲解：

标识符是给变量、函数、类等元素起的"名字"。命名规则：由字母、数字、下画线组成，且只能以字母或下画线开头；区分大小写（age与Age是两个名字）；不能包含空格、@、%、$等特殊字符；不能用系统关键字做标识符；命名遵循"见名知义"，建议用英文字母（Python3虽允许中文变量名，但不推荐）。关键字是系统已占用的标识符（如if、class、def），不能挪作他用。查看方法：importkeyword

print(keyword.kwlist)Python3.10共有35个关键字。2.1.4编码规范PEP8*核心讲解：PEP8是Python官方代码样式指南（PEP=PythonEnhancementProposal）。初学者应严守的几条：每个import只导一个模块——推荐importos/importsys各占一行，不推荐importos,sys；行尾不加分号，也不用分号把两条语句塞进一行；每行建议不超过80个字符，超长时优先用小括号()隐式换行，不推荐用反斜杠\：#推荐

s=("积极培育和践行社会主义核心价值观，"

"富强、民主、文明、和谐，自由、平等、公正、法治，爱国、敬业、诚信、友善。")顶级定义（函数/类）之间空两行，方法之间空一行；运算符两侧、逗号后加空格，提升可读性。2.2变量与数据类型（约35分钟）2.2.1变量**核心讲解：

变量是"一块用来保存数据的内存空间"，是数据的载体。通过赋值符=把数据和变量名绑定起来。比如小锋今年21岁：age=21

print(age)#输出21Python变量无需声明，但使用前必须先赋值，赋值后变量才被创建。变量名是标识符，命名要避开关键字和内置函数名。多变量赋值——两种写法：a=b=c=1#三个变量同时指向同一个值1

a,b,c=1,2,"xiaofeng"#一一对应：a=1,b=2,c="xiaofeng"📌板书强调：=是"赋值"，不是数学里的"相等"。a=a+1在数学上不成立，在编程里却是"把a加1后再存回a"。2.2.2基本数据类型**核心讲解：Python有6个标准数据类型：名称意义示例数字Number整型int/浮点型float/复数型complex1、0.2、3.14j字符串string单引号'或双引号"括起来"hello"、'h34_5f'列表list方括号[]、逗号分隔，可修改[1,"hello",123]元组tuple小括号()、逗号分隔，不可修改('abcd',786,2.23)字典dict花括号{}，键值对、无序{'name':'qianfeng','age':10}集合set花括号{}，无序、自动去重{'xiaofeng','xiaoshi'}数字细分讲解：a=0b1010#二进制，=十进制10（前缀0b/0B）

d=-0o12#八进制，=十进制-10（前缀0o/0O）

e=0XA#十六进制，=十进制10（前缀0x/0X）

f1=0.3141#浮点标准格式

f2=31.41e-2#科学记数法，=0.3141

a=3+1j#复数，print(a.real)取实部，print(a.imag)取虚部布尔型是特殊整型，只有True（=1）和False（=0）。布尔值为False的对象有：None、False、0、0.0、""、[]、()、{}（空容器），其余皆为True。字符串有单引号、双引号、三引号三种形式；三引号可跨多行，也常用作docstring。列表/元组/字典/集合（容器类型，本章建立印象，第3章深入）：list1=[1,2,3]#列表，可增删改

tuple6=(1,)#单元素元组，逗号不能省！

student={'name':'小千','id':20220320,'score':98.5}#字典：键唯一、值可重复

set1=set([1,2,3,2,1])#集合去重->{1,2,3}📌教学提示：字典键必须唯一且不可变（字符串/数字/元组可做键，列表不行）；键重复时只保留最后一个。不可变数据=数字、字符串、元组；可变数据=列表、字典、集合。集合元素也不能是列表/字典（必须是不可变类型）。2.2.3检测数据类型**核心讲解：用type()看"是什么类型"，用isinstance()判断"是不是某类型"：a=10

print(type(a))#<class'int'>

print(isinstance(a,int))#True

print(isinstance(a,float))#False2.2.4数据类型转换**核心讲解：分两种——隐式转换（自动）：不同类型运算时，低类型自动升为高类型以防丢数据。例如整型+浮点型=浮点型：a=123#int

b=1.23#float

c=a+b

print(c,type(c))#124.23<class'float'>已用Python验算：123+1.23=124.23，类型为float。显式转换（强制）：用int()、float()、str()等函数手动转。整型与字符串直接相加会报TypeError，必须先转换：a=123

b="456"

b=int(b)#字符串->整型

c=a+b

print(c,type(c))#579<class'int'>已用Python验算：123+int("456")=579，类型为int。📌互动建议：回到课堂引入的"35之坑"，让学生用int()修正print(a+b)，亲手把35变成8，闭环难点。2.3基本输入与输出（约30分钟）知识铺垫：人工智能应用常要从控制台读输入、把结果输出。Python用print()输出、input()读输入，eval()把字符串当表达式求值。讲这些之前先认识"函数"。2.3.1初识函数核心讲解：函数是一段有特定功能、可重复使用的代码，用函数名调用，达到"一次编写、多次调用"。Python用def定义函数：defmax(a,b):

ifa>b:

returna

else:

returnb

print(max(4,5))#输出5规则：def开头+函数名+圆括号（放参数）+冒号+缩进的函数体；return返回结果，不带表达式的return返回None。2.3.2print()函数**核心讲解：基本语法print(*objects,sep='',end='\n',file=sys.stdout,flush=False)。可一次输出多个对象，用逗号分隔：print(1,3,'hello')；end参数设定结尾，默认换行\n，可改成空格让输出不换行：foriinrange(0,3):

print(i,end='')#输出：012（同一行）sep参数设定多对象之间的分隔符（默认空格）：print("人生苦短","我用Python","！",sep="...")

#输出：人生苦短...我用Python...！2.3.3eval()函数核心讲解：eval()把字符串当成表达式来计算并返回结果：x=7

print(eval('3*x'))#21

print(eval('pow(2,2)'))#4

print(eval('2+2'))#4

n=81

print(eval('n+4'))#85已用Python验算：上述四行结果依次为21、4、4、85，与书稿一致。📌教学提示：eval()很灵活，但会执行字符串里的任何代码，对不可信输入使用eval()有安全风险，工程中应慎用。2.3.4input()函数**核心讲解：变量=input("提示信息")。input()返回的永远是字符串（string）！要做数值运算必须先用int()/float()转换。print("完成下列诗句的上一句")

print("明月何时照我还")

a=input("input:")

ifa=="春风又绿江南岸":

print("True")

else:

print("False")一次想读多个值，可用split()拆分（默认按空格拆）：a,b=input("请输入长方形的边长：").split()#例如输入"1220"

a=int(a)

b=int(b)

p=(a+b)*2

print("长方形的周长为：",p)#64

print("长方形的面积为：",format(s:=a*b,'.2f'))#240.00这里format(s,'.2f')把面积格式化为保留两位小数的浮点数。📌板书强调（第三次锤难点）：input()→字符串→要算数先int()/float()。这是本章最容易丢分的点。2.5运算符（约40分钟）知识铺垫：运算符是"对数据进行操作的符号"，被操作的数据叫操作数。如2+3中，2、3是操作数，+是运算符。2.5.1算术运算符**（操作数a=7,b=2）运算符说明示例结果+加7+29-减7-25*乘7*214/除（结果为浮点）7/23.5%取余7%21**幂7**249//取整除7//23已用Python验算：以上7个结果全部正确。注意/永远得浮点数，//取商的整数部分。实战小例（market.py购物问题）：苹果5元/斤、满5斤部分打八折；梨4.5元/斤、满3斤部分打8.5折，手里100元。a=5#苹果单价

b=4.5#梨单价

x=(100-a*5)/(a*0.8)#全部买苹果，最多能买的斤数

print(x)#18.75

y=100-(a*5-a*0.8*1)-(b*3-b*0.85*12)#苹果、梨各买15斤后剩的钱

print(y//(a*0.8))#27.0（还能再买几斤苹果）

print(y%(a*0.8))#3.4（买完水果后剩余的钱）已用Python验算：x=18.75；y//(a*0.8)=27.0；y%(a*0.8)≈3.4（精确值3.4000…，因浮点误差产生长尾小数）。📌教学提示：y//(a*0.8)的结果27.0表示"还能再买27斤苹果"，y%(a*0.8)≈3.4表示买完水果后剩余约3.4元，提醒学生区分这两个含义。2.5.2比较运算符**（a=18,b=10）==、!=、>、>=、<、<=，结果为布尔值。a,b=18,10

#a==b->Falsea!=b->Truea>b->Truea>=b->Truea<b->Falsea<=b->False已用Python验算：六个结果依次False/True/True/True/False/False。2.5.3逻辑运算符**运算符说明规则and逻辑与a为True返回b，否则返回aor逻辑或a为True返回a，否则返回bnot逻辑非取反，结果一定是True/False实战小例（pilot.py报考飞行员）：年龄18~30且身高170~185：age=int(input("请输入您的年龄："))

height=int(input("请输入您的身高："))

if(age>=18andage<=30)and(height>=170andheight<=185):

print("恭喜，您符合报考飞行员的基本条件")

else:

print("抱歉，您不符合报考飞行员的基本条件")2.5.4赋值运算符基本=；复合+=、-=、*=、/=、%=、**=、//=。a+=b等价于a=a+b。赋值运算符从右往左结合。2.5.5成员、身份与位运算符*成员运算符in/notin：判断值是否在字符串/列表/元组中。身份运算符is/isnot：判断两个变量是否引用同一个对象（同一内存地址）。注意is比"是不是同一个对象"，==比"值是否相等"：a=[1,2,3]

b=a

print(bisa)#True（同一个对象）

print(b==a)#True

b=a[:]#切片复制出一个新列表

print(bisa)#False（不是同一个对象了）

print(b==a)#True（但值仍相等）已用Python验算：True/True/False/True，与书稿一致。📌类比：b=a像给同一个人取了两个名字（同一对象）；b=a[:]像复印了一份（值一样，但是两份）。位运算符&、|、^、~、<<、>>：对二进制位运算，了解即可，Python应用层很少直接用。2.5.6运算符优先级从高到低大致为：**（幂）→~（按位取反）→*/%//→+-→<<>>→&→^→|→比较运算符→赋值运算符→not→and→or。📌教学提示：不必死记优先级——用小括号()明确控制运算顺序最稳妥、最可读。小括号内最先计算。2.8数据科学入门：基础的描述性统计（约20分钟）知识铺垫（连接AI主题）：本课程是"Python+人工智能基础"，AI的第一步是理解数据。描述性统计就是用数学方法对数据做总结——求总数、均值、标准差、最值等，让我们一眼看清数据的"大致长相"。核心讲解：设想你是电商数据分析员，手上有一份含订单号、日期、金额、品牌、地区、年龄的CSV。常用Pandas的read_csv()读数据、describe()做描述性统计：importpandasaspd

sales_data=pd.read_csv(r"...\sales_data.csv")

sales_data["brand"].describe()#对"品牌"列做描述性统计对类别列（如brand），describe()给出：count：非空值个数（书稿示例为536945）；unique：去重后的唯一值个数（示例868）；top：出现频率最高的值（示例samsung）；freq：最高频值的出现次数（示例96239）。对数值列（如age），describe()还会给出mean（均值）、std（标准差）、min（最小值）、25%/50%/75%分位数、max（最大值）。书稿示例结论：购买者平均年龄约33.18岁，标准差约10.12，大部分集中在23~42岁。可视化（Matplotlib）：importmatplotlib.pyplotasplt

plt.rcParams['font.sans-serif']=['SimHei']#正常显示中文

plt.rcParams['axes.unicode_minus']=False#正常显示负号

plt.hist(sales_data["local"])#直方图：看各地区销量分布

plt.boxplot(sales_data["age"])#箱线图：看年龄分布与离群值

plt.show()📌课堂现场可运行的小例（不依赖CSV，便于演示原理）：用一组学生年龄手算/程序算描述性统计——importstatistics,math

ages=[25,30,28,33,40,22,35,45,29,31,38,27]

print("count=",len(ages))#12

print("sum=",sum(ages))#383

print("mean=%.2f"%(sum(ages)/len(ages)))#31.92

print("std(总体)=%.2f"%statistics.pstdev(ages))#6.34

print("std(样本)=%.2f"%statistics.stdev(ages))#6.63

print("min/max=",min(ages),max(ages))#2245

print("median=",statistics.median(ages))#30.5已用Python实算验证（教师课上可现场重跑）：count=12，sum=383，mean=31.92，总体标准差=6.34，样本标准差=6.63，min=22、max=45，中位数=30.5。📌教学提示：min/max/sum/mean这类"把一组值约简成一个值"的操作，叫约简（reduction），是函数式编程的重要概念，后续会反复用到。关键理解点：本节不要求学生现在就精通Pandas，只需建立"描述性统计=用count/mean/std/min/max等指标快速刻画数据全貌"的概念，并理解它在生产管理（产量预测、品质控制、成本分析）中的价值。本章小结（3分钟）本章打通了写Python程序的基本功：①规范语法（注释/缩进/标识符/PEP8）；②变量与6大数据类型+类型检测与转换；③print()/input()/eval()输入输出；④各类运算符与优先级；⑤描述性统计入门。其中"input()返回字符串、需类型转换"和"运算符的正确使用"是后续编程的命脉，务必人人过关。四、实验/实践环节实验1：获取学生信息（对应书稿2.4）实验目的：掌握input()与print()实现人机交互；理解input()返回的是字符串，print()可用+拼接字符串。实验环境：Windows+Python3.10.10+PyCharm（在Chapter02文件夹中操作）。实验步骤：新建studentinfo.py，依次提问姓名、年龄、专业：print("欢迎登录，请填写如下问题！")

a=input("您的姓名：")

b=input("您的年龄：")

c=input("所学专业：")设计信息呈现格式并输出：print("您填写的信息："+a+":"+b+"岁；"+c+"专业")

print("回答完毕，谢谢配合！")预期结果：依次输入小千/19/计算机技术后，输出一行汇总信息。思考题：若把b（年龄）当成数字直接参与加法b+1，会发生什么？如何修正？（提示：input()返回字符串，需int(b)+1。）把print里的+改成,逗号分隔，输出有什么不同？参考代码框架：#studentinfo.py

print("欢迎登录，请填写如下问题！")

a=input("您的姓名：")

b=input("您的年龄：")

c=input("所学专业：")

print("您填写的信息："+a+":"+b+"岁；"+c+"专业")

print("回答完毕，谢谢配合！")实验2：求一个三位数各数字之和（对应书稿2.6）实验目的：掌握基础语法与input()/print()；掌握用int()做类型转换；掌握整除//与取余%提取各位数字。实验环境：同上。实验步骤：输入三位数并转整型：num=int(input("请输入一个三位数："))用//和%提取百位、十位、个位：a=num//100#取百位

b=num//10%10#取十位

c=num%10#取个位

print('百位:',a,'十位:',b,'个位:',c)求和并输出：s=a+b+c

print(s)预期结果：输入279→百位2、十位7、个位9→各位之和18。已用Python验算：279→2/7/9，和=18，正确。思考题：num//10%10为什么能取出十位？把它拆成两步分别print出来观察。如何把程序扩展为求"四位数"各位之和？各位数字之和能被3整除，原数就能被3整除——用几个例子验证这个规律。参考代码框架：#sum.py

num=int(input("请输入一个三位数："))

a=num//100

b=num//10%10

c=num%10

print('百位:',a,'十位:',b,'个位:',c)

print(a+b+c)📌命名提示：求和变量不要命名为sum，因为sum是Python内置函数名，赋值后会覆盖内置sum()，建议命名为s或total，请提醒学生养成避开内置名的习惯。实验3（实战演练）：求三角形的周长和面积（对应书稿2.7）实验目的：综合运用input()/float()/逻辑运算符/自定义函数；掌握math模块与海伦公式；掌握%.2f格式化输出。实验环境：同上。实验步骤：输入三边并转浮点：a=float(input("a="))

b=float(input("b="))

c=float(input("c="))定义判断函数（三边均>0且任意两边之和大于第三边）：importmath

defis_triangle(a,b,c):

ifa<=0orb<=0orc<=0:

returnFalse

if(a+b>c)and(a+c>b)and(b+c>a):

returnTrue

else:

returnFalse据判断结果计算周长、面积（海伦公式）并格式化输出：ifis_triangle(a,b,c):

print("可以构成三角形")

print("周长：%.2f"%(a+b+c))

p=(a+b+c)/2

area=math.sqrt(p*(p-a)*(p-b)*(p-c))

print("面积：%.2f"%area)

else:

print("不能构成三角形")预期结果：输入12/21/18→"可以构成三角形"→周长51.00→面积107.79。已用Python验算：周长=51.00，面积=107.79（海伦公式p=25.5，area=√(25.5·13.5·4.5·7.5)≈107.79），正确。思考题：输入1/1/5会输出什么？为什么不能构成三角形？海伦公式里的p是什么？为什么要(a+b+c)/2？不导入math模块，能否用**0.5代替math.sqrt()？试改写。五、课后练习与作业基础概念题（3题）Python的单行注释和多行注释各用什么符号标识？注释在代码调试中有什么用途？标识符的命名规则有哪些？请判断2name、_age、my-var、class、成绩这5个名字是否为合法标识符，并说明理由。列出Python6个标准数据类型，指出哪些是可变类型、哪些是不可变类型；并说明is与==的区别。编程/计算题（2题）类型转换与运算：用户从键盘输入两个整数（用一个input()+split()读入），输出它们的和、差、积、商（保留两位小数）。要求正确处理"input()返回字符串"的问题。描述性统计：给定一组成绩scores=[88,92,79,95,67,100,85,73]，不使用Pandas，用内置函数和statistics模块计算并输出：个数count、总分sum、平均分mean（保留两位小数）、最高分max、最低分min、中位数median。参考答案要点单行注释用#；多行注释用三对单引号'''...'''或三对双引号"""..."""。调试时可注释掉部分代码、单独运行其他部分，快速定位问题。规则：字母/数字/下画线组成、只能字母或下画线开头、区分大小写、不能含特殊字符、不能用关键字。判断：2name✗（数字开头）；_age✓；my-var✗（含-）；class✗（关键字）；成绩✓但不推荐（Python3允许中文但应使用英文）。六类型：数字、字符串、列表、元组、字典、集合。可变：列表、字典、集合；不可变：数字、字符串、元组。is比较是否为同一对象（内存地址相同），==比较值是否相等。参考代码（结果以输入103为例）：a,b=input("输入两个整数（空格分隔）：").split()

a,b=int(a),int(b)

print("和=",a+b)#13

print("差=",a-b)#7

print("积=",a*b)#30

print("商=%.2f"%(a/b))#3.33要点：split()拆出的仍是字符串，必须int()转换才能做算术。参考代码与已验算结果：importstatistics

scores=[88,92,79,95,67,100,85,73]

print("count=",len(scores))#8

print("sum=",sum(scores))#679

print("mean=%.2f"%(sum(scores)/len(scores)))#84.88

print("max=",max(scores))#100

print("min=",min(scores))#67

print("median=",statistics.median(scores))#86.5标准答案：count=8，sum=679，mean=84.88，max=100，min=67，median=86.5。六、教学日志日期记录内容学生反馈：教学效果：改进建议（缩进报错/input类型转换是否为高频卡点）：教师备注：本章知识点多而碎，建议"边讲边敲"——每个运算符、每段示例都让学生同步在PyCharm里跑一遍，单纯听讲极易遗忘。三个高频难点务必反复锤：缩进决定代码块、input()返回字符串需转换、isvs==。课堂引入的"35之坑"贯穿始终，是串联本章的好抓手。书稿第2.10节"习题"原文未给出具体题目，本教案课后练习为依据教学目标自行设计，教师可按需增删。本教案已用python3实算核对的数值：算术运算符（a=7,b=2全部）、market购物（18.75/27.0/3.4）、三位数279（和=18）、三角形12/21/18（周长51.00、面积107.79）、eval（21/4/4/85）、类型转换（124.23/579）、描述性统计演示数据与第5题答案，均已确认无误。第3章流程控制·教案一、基本信息项目内容章节第3章流程控制周次第3-4周学时6学时（理论4+实验2，建议）课程Python程序设计与人工智能基础授课对象计算机类/人工智能类专业一年级先修要求第2章（变量、数据类型、运算符、input()/print()、布尔与逻辑运算）日期待填写课程编号待填写二、教学目标教学重点三种基本结构（顺序、分支、循环）与程序流程图*：能用流程图描述简单算法，理解"一入口一出口"原则分支结构if/if-else/if-elif-else**：能正确书写单、双、多分支，并用于实际判断（考核重点）分支嵌套与match-case模式匹配*：能阅读并编写两层以上的嵌套分支循环结构while与for**：能用两种循环完成累加、遍历、穷举类问题（考核重点）嵌套循环*：能用双层循环打印九九乘法表等二维结构break/continue/pass三个流程控制语句**：能区分三者作用并灵活跳出/跳过循环（高频易错点）教学难点多分支if-elif-else中条件的"互斥与顺序"：学生常把区间写成ifbmi<18.5后又写ifbmi<24（应为elif），导致条件被重复命中、level被覆盖。突破方式——用BMI四档判断对比"全用if"与"用elif"的运行差异，现场打印中间结果让学生看到变量被覆盖的过程。分支嵌套的缩进层级：嵌套两三层后，学生分不清else到底配对哪个if。突破方式——强调"Python靠缩进配对"，用降序输出三个数的例子，逐层用不同颜色/缩进标注if-else的配对关系。break与continue易混：两者都"打断"循环，但break是彻底退出整个循环，continue是只跳过本次、继续下一次。突破方式——同一段"输出1~10偶数"的代码，分别换成break和continue各跑一遍，对比输出（continue得到246810，break在遇到第一个奇数1时就整体结束、什么都不输出）。while循环的"死循环"陷阱：忘记在循环体内更新循环变量，条件永远为真。突破方式——故意演示一个漏写i+=1的死循环，手动Ctrl+C终止，再补上更新语句对比。学习目标（能力描述）学完本章后，学生应能够：绘制（应用）简单算法的程序流程图，辨认（理解）起止框、判断框、处理框、输入/输出框等基本元素。区分（理解）顺序、分支、循环三种基本结构的适用场景。编写（应用）单分支、双分支、多分支及嵌套分支程序，并能用match-case实现等价的多分支判断。运用（应用）while与for循环完成累加求和、序列遍历、范围穷举（如水仙花数、质数）等任务。设计（应用）嵌套循环打印九九乘法表等二维输出。解释并使用（分析）break、continue、pass三个语句，准确预测含跳转语句的循环输出。综合应用（综合）分支与循环结构解决真实问题——BMI胖瘦判断、运动健身计划、邮寄费用计算、简易计算器。三、教学内容详述课堂引入（5分钟）引入问题/案例：

教师提问："同学们体检表上都有一个BMI数值，它能判断你偏瘦、正常还是偏胖。这个判断在程序里是怎么做到的？再想想——计算1加到100，要不要写100行加法？打印一张九九乘法表，要不要敲81行print？"随后点题：上一章我们学会了让程序"算一次"；这一章要让程序学会"看情况做不同的事"（分支）和"重复做很多次"（循环）。任何复杂算法，都由顺序、分支、循环这三种基本结构搭成，就像盖楼用的三种"建筑单元"。本节课目标告知：

学完本章，你将能够：用流程图把解题思路画出来；让程序根据条件走不同的路（if/match）；让程序自动重复执行（while/for），并能随时跳出或跳过；亲手写出BMI健康判断、九九乘法表、简易计算器等程序。📌教学提示：本章是全书第一个"逻辑密集"章节，建议放慢节奏，多让学生口述"程序此刻走到了哪一行、变量值是多少"，培养单步追踪的习惯。3.1程序表示方法（约30分钟）知识铺垫：在程序设计中，最重要的不是敲代码，而是设计。就像建筑、机械行业要先画设计图、施工图，写程序前也要先把思路用图画出来。绘图的过程本身就是思考的过程。3.1.1程序流程图*核心讲解：

描述程序结构的方法有自然语言、流程图、伪代码、N-S图等，其中流程图最形象直观。程序流程图（又称程序框图、流程图）用图形、流程线和文字说明描述程序的基本操作与控制流程，是程序分析和过程描述最基本的方式。它有7种基本元素：元素作用起止框（圆角矩形）标识程序的开始与结束判断框（菱形）表示条件判断，引出"是/否"两条分支处理框（矩形）表示一步处理或运算输入/输出框（平行四边形）表示数据的输入或输出流向线（带箭头线）表示执行的先后顺序连接点（圆圈）连接断开的流程线注释补充说明流程图优点：符号简单规范、结构清晰逻辑性强、便于描述容易理解。📌教学提示：现场画一个"输入成绩→判断是否≥60→输出及格/不及格"的小流程图，强调判断框一进两出。3.1.2程序基本结构**核心讲解：按执行流程，Python程序分为三大基本结构，均通过控制语句实现：基本结构含义实现方式顺序结构各步骤按书写先后逐条执行无需特殊语句分支（选择）结构根据条件走不同的处理条件语句if系列/match循环结构反复执行某段功能直到满足退出条件循环语句while/for关键理解点：三种基本结构有一个共同特点——每种结构只有一个入口和一个出口。正是这一点保证了程序结构清晰、易于验证正确性、易于纠错。3.1.3其他算法表示方法*自然语言：用汉语、英语等描述算法，通俗易懂，但不能让计算机直接执行，只适合描述简单步骤。伪代码：介于自然语言与编程语言之间，借用程序设计语言的基本语法，没有固定格式、书写随意，便于向真实代码过渡。例如，用伪代码描述"辗转相除求最大公约数（输出余数）"：开始

c=a%b

循环直到c==0:

a=b

b=c

c=a%b

输出b

结束拓展阅读：N-S图

N-S流程图把各基本结构之间的流程线全部去掉，将整个算法写在一个矩形框内，是算法的另一种结构化描述方法，同样包含顺序、分支、循环三种基本结构。常用于"判断一个数是否为偶数"这类选择结构的可视化。📌互动建议：让学生用自然语言口述"判断闰年"的步骤，再尝试改写成伪代码，体会两者差别。3.2分支结构（约50分钟）知识铺垫：条件语句给定一个判断条件，程序在执行时判断条件是否成立，并据此执行不同操作，从而改变代码的执行顺序。本节讲单分支、双分支、多分支、分支嵌套和模式匹配。3.2.1单分支结构if*语法格式：if条件表达式:

语句块条件表达式可以是布尔值、变量、比较表达式（如a>b）或逻辑表达式（如a>borc>b）。条件为True执行语句块，为False则跳过。可运行示例（文件if-score.py）：score=88

ifscore>=60:

print("真棒！")

print("您的分数为%d"%score)讲解：第2行判断score>=60。当score=88时条件成立，输出"真棒！"，再输出分数；若把score改为59，则跳过if内部，只输出"您的分数为59"。📌教学提示：强调print("您的分数...")没有缩进，不属于if的语句块，无论条件真假都会执行。这是讲"缩进决定归属"的最佳切入点。3.2.2双分支结构if-else**语法格式：if条件表达式:

语句块1#条件为True时执行

else:

语句块2#条件为False时执行可运行示例——BMI是否在正常范围（文件judge-BMI.py）：weight=float(input("请输入您的体重(kg)："))

height=float(input("请输入您的身高(m)："))

bmi=weight/pow(height,2)

print(f"BMI：{bmi:.2f}")

if18.5<=bmi<24:

level="正常"

else:

level="已偏离正常值，正常范围为[18.5,24)"

print("身体状况为：",level)讲解（已用Python实算验证）：当输入体重60、身高1.74时，bmi=60/1.74²=19.82，落在[18.5,24)区间，输出"身体状况为：正常"。条件表达式（三元写法）：if-else可压缩成一行：表达式1if条件else表达式2上例第5~8行可改写为：level="正常"if18.5<=bmi<24else"已偏离正常值，正常范围为[18.5,24)"📌教学提示：Python支持18.5<=bmi<24这种连续比较写法，等价于18.5<=bmiandbmi<24，这是Python相对C/Java的便利之处。3.2.3多分支结构if-elif-else**知识铺垫：生活中常需多重判断，如成绩90~100称学神、80~90称学霸、60~80称学民、低于60称学渣。语法格式：if条件1:

语句块1

elif条件2:

语句块2

...

else:

语句块N程序依次判断各条件，第一个为True的分支执行后立即跳出整个if-elif-else；都不成立则执行else（else可选）。可运行示例——BMI四档判断（文件judge-BMI-1.py）：weight=float(input("请输入您的体重(kg)："))

height=float(input("请输入您的身高(m)："))

bmi=weight/pow(height,2)

print(f"BMI：{bmi:.2f}")

ifbmi<18.5:

level="偏瘦，体重太轻了，要增加营养哦"

elif18.5<=bmi<24:

level="正常，您的身体非常健康，太棒啦"

elif24<=bmi<28:

level="偏胖，规律作息、合理饮食，会变得健康哦"

else:

level="肥胖，保持健康的身体是爱护自己的表现，要运动起来呀"

print("身体状况为：",level)讲解（已用Python实算验证）：输入体重60、身高1.7，bmi=60/1.7²=20.76，落在[18.5,24)，输出"正常"。📌难点突破：把上面的每个elif都改成if让学生跑一遍——会发现因为条件不再互斥、level被后面的if反复覆盖，结果出错，提前埋下伏笔。3.2.4分支结构嵌套*if、if-else、if-elif-else三种条件语句之间可以相互嵌套。可运行示例——降序输出键盘输入的3个整数（文件descending.py）：a=int(input())

b=int(input())

c=int(input())

ifa>b:

ifa>c:

ifb>c:

print(a,b,c)

else:

print(a,c,b)

else:

print(c,a,b)

else:

ifa>c:

print(b,a,c)

elifb>c:

print(b,c,a)

else:

print(c,b,a)讲解：通过三层嵌套对a、b、c两两比较，实现从大到小排序。输入121820，降序输出201812。📌难点突破：用缩进对齐让学生指出"每个else配对哪个if"，强调Python用缩进而非花括号配对，缩进错一格逻辑就全变。3.2.5模式匹配match-case*Python3.10引入了类似其他语言switch的多分支匹配。match后的对象依次与各case比较，命中则执行对应语句块，_（下划线）可匹配一切（相当于default）。语法格式：matchvariable:#variable是要判断的内容

case1:

语句块1

case2:

语句块2

case_:#上面都没命中时执行，相当于switch的default

默认语句块可运行示例（文件match.py）：n=int(input("请输入："))

matchn:#这里的n是需要判断的内容

case1:

print("HelloWorld!")

case2:

print("HelloPython!")

case