Python程序设计-教案-单元六 面向对象

《Python程序设计》教案单元六面向对象

教学内容设计学生信息管理系统教学目标素质目标：培养学生善于观察，提高对事物的归纳总结能力。培养团队合作的能力。增强使用抽象思维解决实际问题的能力。知识目标： 理解面向对象编程思想。掌握定义类和创建类的实例的方法。掌握类中变量和方法的应用。理解类成员和实例成员的区别。能力目标：能够通过面向对象设计学生信息管理系统，体会类的设计和对象的创建。教学重难点教学重点：Python中的类的定义、对象的定义、类的构造器构造方法。教学难点：Python中的面向对象编程。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面向对象编程的概念，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Python是真正面向对象的高级动态编程语言，它以类和对象作为面向对象编程的基础，具有封装、继承和多态三大基本特性，能够很好地支持代码复用和设计复用，使得代码具有更好的可读性和可扩展性。本项目将详细介绍Python中面向对象编程的方法。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）什么是对象？（2）什么是面向对象的编程？【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、面向对象的程序设计【教师】讲解Python中的面向对象的程序设计面向对象程序设计（ObjectOrientedProgramming，OOP）的思想主要针对大型软件设计而提出，它使得软件设计更加灵活，能够很好地支持代码复用和设计复用，并且使得代码具有更好的可读性和可扩展性。Python完全采用了面向对象程序设计的思想，是真正面向对象的高级动态编程语言，完全支持面向对象的基本功能，如封装、继承、多态以及对基类方法的覆盖或重写。因此，掌握面向对象编程思想至关重要。面向对象是相对于面向过程而言的，它是一种对现实世界理解和抽象的方法，是计算机编程技术发展到一定阶段的产物。面向过程编程主要是分析出实现需求所需要的步骤，通过函数一步一步实现这些步骤，接着依次调用函数即可。面向过程编程的关注点在于怎么做，特点是：1）注重步骤与过程，不注重职责分工；2）如果需求复杂，代码会变得很复杂；3）开发复杂项目，没有固定的套路，开发难度很大。面向对象编程则是分析出需求中涉及哪些对象，这些对象各自有哪些特征、有什么功能，对象之间存在何种关系等，将存在共性的事物或关系抽象成类。最后通过对象的组合和调用完成需求。面向对象编程的关注点在于谁来做，在完成某一个需求前，首先确定职责——要做的事情（方法），根据职责确定不同的对象，在对象内部封装不同的方法（多个），最后就是顺序地调用不同对象的相应方法。特点是：1）注重对象和职责，不同的对象承担不同的职责；2）更加适合应对复杂的需求变化，是专门应对复杂项目开发，提供的固定套路。【学生】聆听、记录、理解二、类的定义【教师】讲解Python中的类的定义Python中定义类的基本语法格式如下所示。class类名:#类的内部实现属性名=属性值def方法名(self):方法体对于类的定义，有如下规定：1）Python使用class关键字来定义类，class关键字之后是一个空格，然后是类的名字，再然后是一个冒号，最后换行并定义类的内部实现。2）类名的首字母一般要大写，当然也可以按照自己的习惯定义类名，但一般推荐参考惯例来命名，并在整个系统的设计和实现中保持风格一致，这一点对于团队合作尤其重要。3）类的内部实现中一般包括属性的定义和方法的定义，且相对于class关键字必须保持一定的空格缩进。4）方法的定义语法与函数一样，也是使用def关键字，相当于定义在类里面的函数。但是，与类外的函数不同的是，类方法的第一个参数都是指向调用者实例的引用，在定义时一般都习惯用self作为参数名（也可以使用其他标识符作为参数名）。【教师】演示例6-1程序【学生】聆听、记录、理解三、创建对象【教师】讲解Python中的创建对象在Python中，创建对象的语法格式如下所示。对象名=类名()创建完对象后，可以使用它来访问类中的属性和方法，具体方法是：对象名.属性名对象名.方法名([参数])示例代码如下所示。>>>car=Car()>>>r()Thisisacar在Python中，可以使用内置方法isinstance()来测试一个对象是否为某个类的实例，isinstance()方法返回值是布尔类型。示例代码如下所示。>>>isinstance(car,Car)True>>>isinstance(car,Str)False通过上面的示例代码可以看出，对象car是类Car的一个实例，而对象car不是类Str的一个实例。【教师】演示例6-2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、理解四、self参数【教师】讲解Python中的self参数类的所有实例方法都必须至少有一个名为self的参数，并且必须是方法的第一个形参（如果有多个形参的话），self参数代表将来要创建的对象本身。在类的实例方法中访问实例属性时需要以self为前缀。哪个对象调用了方法，方法里的self指的就是谁。通过“self.属性名”可以访问到这个对象的属性；通过“self.方法名()”可以调用这个对象的方法。在类的外部通过对象名调用对象方法时并不需要传递self参数,但是如果在外部通过类名调用对象方法则需要显式为self参数传值。【教师】演示例6-3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】小拓展Python在类中定义方法时将第一个参数命名为self只是一个习惯，而实际上名称是可以改变的。例如：classA:defshow(my):print('hello!')a=A()a.show()上述代码中，将show()方法的第一个参数命名为my，程序运行结果为“hello!”。【学生】聆听、记录、理解五、类的构造器方法【教师】讲解Python中的构造方法Python里有一种方法，这种方法并不需要由用户显式调用，而是在实例化类时自动被调用，即称为“类的构造器（constructor）方法”。类的构造器方法在Python的类里提供，由两个下划线开始、两个下划线结束，且方法名字已经由Python官方定义好，不能乱写。（1）__init__()方法“__init__()”方法，又称“构造方法”，在创建一个对象时默认被调用，从而实现对对象进行初始化的操作。在开发中，如果希望在创建对象的同时，就设置对象的属性，可以重新实现“__init__()”方法来执行一些具体的初始化操作。【教师】演示例6-4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（2）__del__()方法创建对象后，Python解释器默认调用“__init__()”方法；而当删除对象时，Python解释器也会默认调用一个方法，这个方法为“__del__()”方法。需要注意的是：程序结束时会自动调用“__del__()”方法，也可以使用del语句手动调用“__del__()”方法删除对象。【教师】演示例6-5和例6-6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Python中每个类有且仅有一个构造方法，即便不手动为类添加任何构造方法，创建对象时，也会隐式地调用只包含self参数的构造方法。六、类成员和实例成员【教师】讲解Python中的类成员和实例成员Python类中定义的成员包括两种：类成员和实例成员，它们有以下两点区别。（1）类成员是在类中所有方法外定义的；实例成员一般是指在构造方法__init__()中定义的，在类中定义和使用时必须以self作为前缀。（2）类成员属于类，可以通过类名或对象名访问；而实例成员属于实例（即对象），在主程序中（或类的外部）只能通过对象名访问。【教师】强调以下问题与很多面向对象程序设计语言不同，Python允许在类外部动态地为类和对象增加成员，这是Python动态类型特点的重要体现。【教师】演示例6-7至例6-9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】布置题目（1）以下程序的运行结果是__________。fromdatetimeimportdatetimeclasspro:name="computer" #定义类成员defsale_date(someday): #定义类方法someday=datetime(2021,7,29)print("该产品的销售日期是：",someday)computer=pro() #实例化对象print("该产品是：",) #访问类中的成员computer.sale_date()【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中的面向对象编程的使用任务实施（15min）【教师】带领学生完成任务一✈【教师】提出任务随着时代的发展，学生信息化管理已经成为一个必不可少的重要环节。通过信息化管理，可以实现学生信息的收集、分析和处理，从而更好地为他们提供优质的教学服务。学生信息管理系统应具有添加学生信息、删除学生信息、修改学生信息和查询所有学生信息等功能，负责编辑学生的信息，适时地更新学生的资料。例如，新生入校，要在学生管理系统中录入刚入校的学生信息。本任务将带领大家编写Python程序，用面向对象编程思想设计学生信息管理系统。【学生】思考、讨论一、进行任务分析：完成本任务，用面向对象编程思想设计学生信息管理系统。要求可以在此系统中进实现以下操作功能：添加学生信息、删除学生信息、展示班级学生信息和查询学生信息。任务实施步骤：1.定义学生类，使用__init__()方法初始化实例成员学生姓名（name）、学号（num）、性别(sex)和年龄(age)。2.定义班级类，使用__init__()方法初始化实例成员班级名称（classname），以及add_stu()方法、del_stu()方法、show_stu()方法和get_stu()方法，add_stu()方法用于添加学生信息，del_stu()方法用于删除学生信息，show_stu()方法用于展示班级学生信息，get_stu()方法用于查询学生信息。3.实例化班级对象myClass1，分别调用成员方法add_stu()、del_stu()、show_stu()和get_stu()。4.使用while循环实现主程序入口，提示用户选择功操作，然后获取用户选择的功能，最后根据用户的选择，分别调用不同的方法。二、参考代码：classStudent:#学生类def__init__(self,name,num,sex,age):=nameself.num=numself.sex=sexself.age=agedef__str__(self):return'姓名:{}学号:{}性别:{}年龄:{}'.format(,self.num,self.sex,self.age)classClass:#班级类def__init__(self,classname):self.classname=classnameself.stu_list=[]self.stu_dict={}defadd_stu(self,stu):#添加学生self.stu_list.append(stu)self.stu_dict[stu.num]=studefdel_stu(self,num):#删除学生s=self.stu_dict.pop(num)#从字典中弹出并删除self.stu_list.remove(s)#从列表中删除defshow_stu(self):#展示学生信息forsinself.stu_list:print(s)defget_stu(self,num):#查找学生returnself.stu_dict.get(num)myClass1=Class('1班')#创建班级实例对象三、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，学生信息管理系统。【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）面向对象程序设计思想是把事物的属性和行为包含在类中。其中，事物的属性作为类的变量，事物的行为作为类的方法，而对象则是类的一个实例。因此，想要创建对象，需要先定义类。（2）Python中使用class关键字声明类；类名必须是合法标识符，类名的首字母一般大写；类名后必须紧跟冒号；类体相对于class关键字必须保持一定的空格缩进。（3）带self参数的方法称作实例方法，在类的实例方法中访问实例变量时，须以self为前缀，但在外部通过对象名调用实例方法时不需要传递该参数。【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固学生对Python中的面向对象编程相关知识的印象作业布置

（2min）【教师】布置课后作业定义水果类Fruit，包含水果名、产地和单价3个变量，定义setXxx()方法和getXxx()方法读写变量的值。然后创建3个水果类的对象，设置和输出3种不同水果的信息。【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中的面向对象编程知识点，通过知识点的学习和实践，让学生对Python中的面向对象编程有了更深入的了解。本次课程学生信息管理系统为任务，引出本次课涉及到的知识点，提高了学生的学习兴趣，不仅掌握了Python的知识，也对抽象的对象和类有了概念。

教学内容开发“人机猜拳”游戏教学目标素质目标：培养学生严谨细致的作风和认真负责的良好习惯。增强使用抽象思维解决实际问题的能力。知识目标： 掌握面向对象的三大特性（封装、继承和多态）及相关知识的应用。 能力目标：能够在任务中掌握封装、继承和多态的用法。能够利用面向对象的特性开发“人机猜拳”游戏。教学重难点教学重点：Python中封装、继承、多态的定义。教学难点：Python中封装、继承、多态的使用。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了解封装、继承、多态的概念，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】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面向对象编程具有封装、继承和多态三大特征。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】根据预习回答以下问题：（1）什么是封装？（2）什么是继承？（3）什么是单继承？（4）什么是多继承？（5）什么是方法重写？（6）什么是多态？【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、封装【教师】讲解Python中的封装封装是面向对象编程的核心思想，它将对象的属性和行为封装起来（其载体是类），隐藏其实现细节，用户只需通过接口来操作对象。好比用户使用计算机时，通过键盘就可以实现一些功能，无须知道计算机内部是如何工作的。具体来说，封装有两个层面的含义。（1）将客观事物封装成抽象的类，类中的变量和方法只能通过类名或对象名加“.”的方式来访问，前面介绍的例子其实都是这一层面的封装。（2）将类的某些变量和方法隐藏在类内部，不允许用户直接访问，或者留下少量的方法供外部访问。为了更好地实现数据的封装和保密性，可以将类中的变量和方法设置成私有的，然后在类中定义一个方法（也称接口函数），在它内部访问被隐藏的变量和方法，而外部可以通过接口函数进行访问。在Python中，私有化变量或方法时只需在名字前加两个下划线“__”即可。【教师】演示例6-10至6-12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Python目前的私有机制其实是伪私有，实际上，在外部可以通过“_类名__属性”访问私有变量和调用私有方法【教师】布置题目（1）以下程序的运行结果是_______。classfruit:#定义类def__init__(self):self.__price=10#定义私有变量并赋值为10def__type(self):#定义私有方法print('红富士')defbar(self):#定义接口函数self.__type()#类内部访问私有方法returnself.__price#返回私有变量price的值a=fruit()#创建对象b=a.bar()#调用接口函数，将返回值赋给bprint(b)#输出b的值【学生】完成题目【教师】随机点名回答二、继承【教师】讲解Python中的函数的继承继承是面向对象程序设计中两个类之间的一种关系，是指从已有的类中派生出新的类。被继承的类称为基类或父类，继承父类的类称为子类或派生类。子类可以继承父类的属性和行为，还可以增加自己的属性和行为。例如，自行车类有品牌、外观等属性，刹车、加速等行为，而双人自行车继承了自行车类（父类）的属性和行为，还增加了后座这个属性。子类还可以改变从父类继承来的行为。例如，杂技演员使用的自行车不仅可以前进，还可以后退，这就改变了自行车类的行为。继承使父类的代码得到重用，在继承父类提供的共同特性的基础上增加新的代码，可以大幅度减少开发工作量，并且可以很大程度地保证质量。继承分为单继承和多继承两种。1．单继承在Python中，当一个子类只有一个父类时称为单继承。定义子类的语法格式如下。class子类名(父类名):子类可以继承父类的所有公有变量和公有方法，但不能继承其私有变量和私有方法。【教师】演示例6-13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Python中pass表示空语句，即不执行任何操作，一般用作占位语句，保持程序结构的完整性。2．多继承多继承指一个子类可以有多个父类，它继承了多个父类的特性。例如，沙发床是沙发和床的功能的组合，儿子喜欢做爸爸和妈妈喜欢做的事。多继承可以看作是对单继承的扩展，其语法格式如下。class子类名(父类名1,父类名2……):【教师】演示例6-14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】强调以下问题在Python中，如果两个父类中有同名的方法，那么调用该同名方法时会调用先继承的类中的方法。例如，如果DadLikeDo类和MomLikeDo类中有同名的方法，用“classSonLikeDo(DadLikeDo,MomLikeDo):”语句定义子类时，子类会先继承DadLikeDo类。3．方法重写当父类中的方法无法满足子类需求或子类具有特有功能时，可以在子类中重写父类的方法，即子类中的方法会覆盖父类中同名的方法，以实现不同于父类的功能。【教师】演示例6-15程序【学生】观察运行结果并讨论【教师】讲解程序（主要代码）如果需要在子类中调用父类的方法，可以使用内置函数super()或通过“父类名.方法名()”来实现。【学生】聆听、记录、理解【教师】演示例6-16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）以下程序的运行结果是________。classfruit: #定义一个父类name='香蕉'place='海南'defspeak(self): #定义方法用于输出print('这里的{}来自{}'.format(,self.place))classapple(fruit): #定义一个子类，继承fruit类defsetName(self,newName): #定义方法用于修改名字=newNamedefsetPlace(self,newPlace):self.place=newPlacedefapple_speak(self): #定义方法用于输出print('这里的{}来自{}'.format(,self.place))apple_1=apple() #创建学生对象print('水果的名称为:',apple_1.name) #输出水果的名称print('水果的产地为:',apple_1.place) #输出水果的产地apple_1.apple_speak() #调用子类方法用于输出apple_1.setName('红富士') #调用子类方法用于修改名字apple_1.setPlace('烟台')apple_1.speak() #调用父类方法用于输出【学生】完成题目【教师】随机点名回答三、多态【教师】讲解Python中的函数的多态在Python中，多态指的是一类事物有多种形态，如一个父类有多个子类，因而多态的概念依赖于继承。而多态性可以这样描述：向不同的对象发送同一条消息，不同的对象在接收时会产生不同的行为（即方法）。也就是说，每个对象可以用自己的方式去响应同一消息（调用函数）。【教师】演示例6-17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、理解通过教师的讲解和演示，使学生了解Python中的封装、继承和多态的使用任务实施（15min）【教师】带领学生完成任务二✈【教师】提出任务“人机猜拳”游戏需要实现的功能是通过用户键盘和计算机进行猜拳比赛，用户所选择的手势由用户输入，计算机的手势则随机产生。猜拳游戏一般包含三种手势：石头、剪刀、布，判定规则为：石头胜剪刀、剪刀胜布、布胜石头。根据猜拳的游戏规则对用户和计算机选择手势进行判断哪方获胜。本任务将带领大家利用Python中类的继承，开发“人机猜拳”游戏。【学生】思考、讨论一、进行任务分析：完成本任务，开发一个基于面向对象的“人机猜拳”游戏。猜拳游戏一般包含三种手势：石头、剪刀、布，判定规则为石头胜剪刀，剪刀胜布，布胜石头。任务实施步骤：1.定义用户类，在用户类中的初始化方法中定义字典类型属性，存储“剪刀”、“石头”、“布”三种手势，如{0:'剪刀',1:'石头',2:'布'}。2.定义计算机类，继承用户类。由于在“人机猜拳”游戏中，人表示用户，机表示计算机，所以用户所选择的手势由用户输入，计算机的手势则可以随机产生。然后，为了增加计算机获胜的概率，我们可以将用户输入的手势保存在一个列表中，通过计算该列表中用户最大概率的手势生成计算机获胜的手势。3.定义游戏类，根据猜拳的游戏规则对用户和计算机选择手势进行判断哪方获胜，并输出计算机生成的手势。二、参考代码：classPlayer:#用户类def__init__(self):self.dict={0:'剪刀',1:'石头',2:'布'}defgesture(self):#手势方法player_input=int(input("请输入(0剪刀、1石头、2布:)"))returnself.dict[player_input]classAIPlayer(Player):#计算机类，继承用户类play_data=[]defai_gesture(self):whileTrue:#循环computer=random.randint(0,2)iflen(self.play_data)>=4:#获取玩家出拳的最大概率max_prob=max(self.play_data,key=self.play_data.count)ifmax_prob=='剪刀':return'石头'elifmax_prob=='石头':return'布'else:return'剪刀'else:returnself.dict[computer]classGame:#游戏类defgame_judge(self):player=Player().gesture()AIPlayer().play_data.append(player)aiplayer=AIPlayer().ai_gesture()if(player=='剪刀'andaiplayer=='布')or\