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基于ChatGPT的高中信息技术教学--以python语言为例目录TOC\o"1-3"\h\u13308基于ChatGPT的高中信息技术教学--以python语言为例 摘要:ChatGPT是新时代的新兴技术,是人工智能发展中的标志性成果,在高中信息技术教学中,通过设计课堂教学、分配课堂任务、可视化抽象概念、启发解题思路等方法进行对ChatGPT的教学应用,实现在高中信息技术课堂中对ChatGPT的合理使用,设计出以ChatGPT结合python语言教学为特色的高中信息技术课堂。关键词:ChatGPT;信息技术教学;生成式AI;人工智能技术;教学实践1.引言随着时代的发展,生成式AI取得了重大的发展,ChatGPT应运而生,时至今日,ChatGPT仍在不断地更新中,其拥有庞大的数据库支持运算。既然ChatGPT拥有庞大的数据库,那么如何将ChatGPT自带的数据库以及其各种各样的功能运用到教育教学当中呢?本次研究主要从基于ChatGPT的高中信息技术教学--以python语言为例这一方向进行研究。1.1选题依据与研究意义1.1.1选题依据随着中国式现代化持续推进和发展以及新兴技术的出现,如ChatGPT,对于原有的教学模式是否有更好的、更符合我国实际情况的发展方向,是否有更好的对新技术结合教育实际的应用方法进行研究和展望。ChatGPT在课堂教育中多作为辅助教学工具进行帮助学生学习新一门语言如英语等外语,python作为学生新接触的一门语言,通过已有的ChatGPT教学应用体系及实践的指导下进行课堂的设计以及应用实践研究。1.1.2研究意义本研究针对当前国内外对ChatGPT在教育应用中的看法和展望进行总结归纳,并结合教学实际,尝试利用现有教学模式结合ChatGPT进行课堂教学,通过实践完善ChatGPT在教学当中的应用,为ChatGPT在教学中的使用提供案例,并在理论文献的指导下展开对信息技术学科教学的应用,来探索验证其有效性,以求发现新情况、提出新见解,进而推进完善有关理论或实践。以Python编程语言的教授为例对教学模式进行落实到教学实践的具体分析与说明。最后本研究以厦门市某中学高一(3)班的50名学生为研究对象,设计使用ChatGPT的融合式教学课堂,发现、分析、总结ChatGPT在教学当中的优点和产生的问题,以及对产生问题的解决方法,进而完善对ChatGPT教学课堂的建设。1.2研究现状1.2.1国内研究现状ChatGPT作为新兴技术,作为生成式人工智能,各领域学者对其在教育中的应用抱有很高的期待,并阐述了自身的看法和认为可以实现的方法,并且详细分析了ChatGPT如何在教育中起到作用,同时对于其教育应用提出了假设并分析其风险和如何规避。现如今大部分人士通过设计一个情景使用ChatGPT进行程序设计和开发,在教育事业中ChatGPT多数在语言类教育教学当中研究使用,其作为辅助教学工具帮助学生学习新语言,这一应用方面的应用体系与实践已经有了研究案例,python同样作为新语言可以参考研究文献进行课堂设计。1.2.2国外研究现状2023年2月9日,美国佛罗里达州诺瓦东南大学哲学助理教授JeremyWeissman在InsideHigherEd上发表了《ChatGPT是教育的大瘟疫》一文,认为新冠爆发是2020年的寒冬,而ChatGPT教育领域的流行则是2023年的寒冬。韦斯曼认为,“我们正面临着一种新的瘟疫瘟疫对我们的思想产生了比身体更大的威胁”。他在文章中指出,和早期的新冠爆发一样,对于“海啸”即将袭击教育系统的严酷现实,大多数还没有完全搞清楚。与之不同的是,KevinRoose等人认为ChatGPT“作为教育工具的潜力大于其风险”,甚至认为“学校应该将ChatGPT作为一种教学辅助工具进行深思熟虑,一种能够释放学生创造力的辅助工具,提供个性化的辅导,并让学生在成年后准备好与人工智能系统合作的辅助工具”。斯科特·麦克劳德(ScottMcLeod)等人认为,“ChatGPT暴露了我们学校教育模式的弱点,也暴露了我们改革能力的不足,就像过去的其他工具一样,我们不能超越死记硬背,不能让教育更紧密地联系到未来的需求,联系到人生的成功”。国外教育界对ChatGPT的两面性的学者的任务是对教育思想的冲击和风险;另一部分学者则认为可以作为有效的教学辅助工具,在教育教学中使用ChatGPT。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容第一,在已有的科学研究和传统的教学模式研究的基础上,构建使用ChatGPT结合教学的中观课堂教学设计。第二,在构建的使用ChatGPT结合教学的中观课堂教学设计的指导下,结合现有的对于中学信息技术python语言教学的实际教学情况的研究,设计具体使用ChatGPT的微观课堂教学设计,并进行实际教学实践。第三,对使用ChatGPT的微观课堂教学设计进行实际效果研究。基于对海口市H中学高一(一)班的学生的教学实践,运用对学生进行访谈与问卷的形式对教学效果进行研究。1.3.2研究方法在确定研究目的与研究内容后,本文共采用三种研究方法:文献研究法、调查分析法,访谈法。具体内容如下:以“ChatGPT结合教学”、“Python教学”、“信息技术教学”为关键词,在众多电子数据库中搜集整理相关的文献资料,了解Python教学的研究现状,熟悉计算思维国内外研究现状、维度要素、评价方式,掌握Python教学的内涵特征、教学过程、教学案例等,为课题研究提供必要的理论学习和研究基础。在对以上内容有充分把握的基础上,初步构建使用ChatGPT结合教学的信息技术教学模式。本研究选取海口市H中学高一(一)班学生为调查对象,利用问卷记录班级教学的实施情况,分析学生对ChatGPT结合教学的看法、对ChatGPT的依赖程度。通过面试方式访谈法,即访谈人通过与被访谈人直接沟通的方式,了解被访谈人的感情思考、行为举止、心理状态等方面的研究方法。该研究采用随机抽样的方式,在测试结束后,随机抽取了班级的3名学生作为被访问对象,以了解学生对微课堂教学使用ChatGPT的观点和看法。2.基于ChatGPT的高中信息技术python教学设计2.1中观课程教学设计2.1.1使用ChatGPT合理安排课时课时安排通常需要考虑课程内容、学生学情等因素,教师在对课时的分配安排中,可能会出现单课时授课内容过于紧凑而导致学生学习效率下降,或者单课时授课内容过少,导致学生注意力下降,整体授课进度慢的情况。而ChatGPT可以从以下两点进行合理的课时安排。①依据高中学生学习分析安排课时比如,高中生处于各方面思想趋于成熟,实践能力强的时期,可以在课时安排中多添加实践动手的课程活动,培养学生的实践能力和合作能力。ChatGPT可以根据数据库对高中学生进行学习者分析,进而进行基础的课时安排,在确保讲授课程内容的同时,合理地安排单课时的内容,在保持学生学习积极性的同时,不会给学生太大的学习负担。②依据本班学生具体学习进度调整不同的班级的学生具体学习进度会有差异,作为任课教师通常会教授不同班级,这时如何为不同班级进行合理的课时安排就成了一个问题。这个问题我们可以通过使用ChatGPT进行帮助解决。通过对ChatGPT描述本班学生具体学习进度,使ChatGPT在基础的课时安排上做出更个性化、更细致化、更深层次的具体的课时安排,在学生学习基础知识的基础上,针对本班学生对于知识掌握的不足进行更有针对性的课时安排,帮助学生更好的在课堂上查缺补漏,提高对知识的掌握程度。如下图1中,通过对ChatGPT提出“安排符合高中生学习python语言的课时”,ChatGPT进行回答。图1.运用ChatGPT进行课时安排2.1.2使用ChatGPT灵活分配学习任务运用任务驱动法引导学生学习,需要结合课时安排,合理、灵活地分配学习任务,如果单课时的学习任务分配过于简单或是过于困难,容易导致学生减少对课程的学习兴趣,降低学生在课堂上的注意力,同时合理的学习任务同样可以促进学生的创造力、合作能力、逻辑思维等方面的发展。ChatGPT的多种用途完全可以扩展至任务设计分配教学领域,成为教师和学生的个性化辅助工具,使python作为信息技术教学中的要素教学更加符合师生需求,体现因材施教的原则。如下图2中,通过对ChatGPT提出“安排符合高中生学习python语言的任务分配”,ChatGPT进行回答。图2.运用ChatGPT分配学习任务2.1.3使用ChatGPT进行对概念的跨学科解释教师就授课内容中出现的概念的讲解说明因人而异,其对学生理解这些概念的帮助效果也大不相同,有些解释能够让学生快速的理解,而有些解释却更加迷糊了学生对于概念的理解。可以利用ChatGPT对概念进行具体的、合理的、更易懂的、结合学生所学学科内容的解释,并结合教师的讲解,进而帮助学生更好的学习。ChatGPT可以通过以下两点对抽象化概念进行合理的解释。①依据高中学生现有的知识层面进行解释比如:通过python语言的顺序结构进行循环结构的类比说明,表明循环结构是未达到目标就不断循环进行的顺序结构。通过学生已学知识对新知识进行类比讲解。许多教师由于自身的知识层面,生活经历与学生不同,进而对于概念的具体描述讲解往往让学生产生更多的疑惑。ChatGPT通过对高中学生现有的知识层面、知识量进行分析,通过使用高中生更容易理解的语言描述进行对概念的分析总结。②通过跨学科结合的方式进行概念的解释比如:将python语言中的算术运算符使用学生学习过的数学知识:加减乘除、求余、求商、求百分比等类比进行算术运算符的解释Python作为计算机语言,其中设计的学科包括语言学科和数学等等,在课程中遇到的符号语句、运算符、运算符等较难理解的知识概念时,ChatGPT可以结合学生现有的学习科目进行跨学科结合的解释,通过运用词义、数学运算符、逻辑思维进行对概念的概括分析,帮助学生更好的理解抽象化的概念。如下图3,通过对ChatGPT提出“将python中的算术运算符与数学符号对应”,ChatGPT进行回答。图3.使用ChatGPT将算术运算符与数学符号对应2.2微观课堂教学设计——“python中的循环结构”课例如何将ChatGPT运用到具体的课堂教学当中,以”python中的循环结构”一课为例,列出如下表1教学设计方案:表1.“python中的循环结构”教学设计方案“python中的循环结构”教学设计方案教学环节教师活动学生活动设计意图创设教学情境,提出问题通过提出问题:有8个苹果,已知其直径,优品的直径要求为不小于8cm,怎样通过python语言编辑一个程序来解决这个问题?让同学们思考一下python是如何解决问题的,python程序如下apples=[7.5,8.2,6.9,8.5,7.8,9.0,6.5,8.1]#假设这是苹果的直径列表#挑选优品和次品good_quality=[appleforappleinapplesifapple>=8]poor_quality=[appleforappleinapplesifapple<8]#输出结果print(\"优品苹果:\",good_quality)print(\"次品苹果:\",poor_quality)学生们积极观看程序内容,小组讨论Python是通过怎样的一个思路来对问题进行解决的。从生活中常见的基本问题出发,创设教学情境,激发学生们的学习兴趣与热情。分析问题如何利用python语言来判断苹果的优次呢?利用上个课时学习到的条件语句编写出对苹果优次条件的判断语句,进而引导出循环判断所使用的循环语句。同时,表明上示程序是由ChatGPT所作,询问学生是否有其他方法解决问题,用自然语言描述解决思路。学生分组对问题进行分解,得出需要解决的问题。同时写出问题解决的步骤并通过自然语言描述出解决过程。引导学生将问题分解为各个步骤,引入循环结构教学。同时引导学生对所谓“标准答案”的反向思考,如何通过不同方法解决问题,培养学生的创新思维。探究新知讲解本节课的程序知识问题的解决思路教师先用自然语言描述出本问题的解题环节:第一步:输入8个苹果的直径第二步:通过题目得出苹果优次品的判断条件第三步:选择出优品苹果和次品苹果编写python程序结合之前所学的各个类型的变量定义与赋值,数据的输入与输出等相关知识点,尝试将完整步骤从自然语言转换为Python语言。循环结构循环结构是编程中的一种重要概念,它允许程序重复执行特定的代码块,直到满足某个条件为止。循环结构使得程序能够有效地处理大量数据或重复性任务,提高了代码的复用性和可维护性。在编程中,通常有两种主要的循环结构:while循环和for循环。while循环:while循环会在满足指定条件的情况下重复执行特定的代码块。循环开始时,会先检查条件是否为真,如果为真,则执行循环体中的代码,然后再次检查条件,直到条件为假时结束循环。示例:count=0whilecount<5:print("Countis",count)count+=1for循环:for循环通常用于遍历序列(如列表、元组、字符串等)中的元素,执行特定的代码块。for循环会按顺序遍历序列中的每个元素,并执行循环体中的代码。示例:fruits=["apple","banana","cherry"]forfruitinfruits:print(fruit)循环结构的基本概念包括循环条件、循环体和循环变量(在for循环中)。循环条件决定了循环何时结束,循环体包含了需要重复执行的代码,而循环变量则用于控制循环的次数或遍历的位置。这就是我们今天所学的,程序设计中的基本结构——循环结构。学生与结对同伴之间相互讨论,相互帮助,在教师的指导下,写出正确的程序代码并完成程序运行。完成程序后专注于教师对课堂知识的讲解,大胆提问,理解知识内容。首先引导学生将一个抽象的问题具体化,将小组讨论得出的自然语言算法转换为正确的Python代码,由浅到深、从抽象的问题转换为具体的过程,让学生更好地理解循环结构这个算法,减少学生认为学习算法很困难这一问题,提升他们的信心。巩固练习课堂作业:同学们已经学习了python语言中的循环结构,那么我们通过一个问题来实际编写应用一下:编写一个程序,计算出所有1-100的偶数的和。完成之后老师会让几位同学来回答他们的解题思路。没有思路的同学可以询问同学、老师或者使用ChatGPT进行思路的启发。比如:使用ChatGPT询问问题的解决方法,思考ChatGPT是以一个怎样的思路进行问题解决的。在教师规定的时间内,各个同学完成程序,并提交至教师端。被提问同学整理好自身解题思路并用自然语言描述。用课堂作业的方式让学生们练习循环结构的使用,加深学生对循环结构的记忆,也可以培养学生分析问题、合作学习的良好学习习惯,让学生感受使用ChatGPT来帮助解决问题的方法。总结归纳通过思维导图总结本节课知识点,引导学生总结出循环结构的概念与基本构成。学生跟随教师一起回顾本节课所学知识点。对本节课的知识点进行归纳总结,强化学生对循环结构的记忆。课堂评价使用ChatGPT设计课堂评价标准和量表,通过对学生课堂表现,作业提交情况,作业具体内容进行教师评价。如下表2所示。通过对问卷的收集、平时作业的评价、对于随机学生的访谈来了解ChatGPT结合教学对于学生的影响。认真填写问卷,完成平时作业,对于教师的访谈问题提出自己的见解。对本课内容的具体评价,反映学生对于课堂内容的掌握程度和各部分能力的数据体现,同时对教师教学进行一个总体的评价。

表2.设计“python的循环结构”课堂评价标准以及量表评价标准1分2分3分4分5分理解能力对循环结构的基本概念和原理一无所知。对循环结构的基本概念有一定了解,但理解不够深入。能够清晰地解释循环结构的基本概念和原理。能够深入理解循环结构的原理,并能够灵活运用。能够深入理解循环结构的原理,并能够清晰地解释其在实际问题中的应用。编程能力无法编写包含循环结构的代码。能够编写简单的循环代码,但经常出现错误。能够编写基本的循环代码,并能够正确处理边界条件。能够编写复杂的循环代码,并能够高效地解决问题。能够编写高效、简洁的循环代码,并能够处理各种复杂的问题。问题解决能力无法独立分析和解决使用循环结构的问题。能够独立分析简单的问题,但对于复杂问题需要他人帮助。能够独立分析和解决一般难度的使用循环结构的问题。能够独立分析和解决较为复杂的使用循环结构的问题。能够独立解决各种复杂的使用循环结构的问题,并能够提出创新的解决方案。创新能力缺乏创新意识,只能编写基本的循环代码。能够编写一些创新性的循环代码,但创新性不够突出。能够设计出一些创新性的循环代码,并能够提出简洁高效的解决方案。能够设计出较为创新性的循环代码,并能够提出高效、简洁的解决方案。能够设计出高度创新性的循环代码,并能够提出高效、简洁的解决方案,并对解决方案进行深入思考和改进。合作能力无法与他人合作,缺乏团队合作精神。能够与他人合作,但合作效果不佳。能够与他人合作,共同解决使用循环结构的编程问题。能够与他人高效合作,共同解决复杂的使用循环结构的编程问题。能够与他人高效合作,共同解决各种复杂的使用循环结构的编程问题,并能够发挥团队合作的优势。3.基于ChatGPT的高中信息技术python课例效果分析3.1教学效果之问卷数据分析教学过程实施与数据收集通过使用问卷调查法进行:对于ChatGPT了解程度、接受程度、依赖程度三方面进行评价。(问卷详见附件1)评价标准如下表3:表3.评价标准了解程度接受程度依赖程度非常了解/接受/依赖17分以上12分以上17分以上了解/接受/依赖13-17分9-12分13-17分普通/中立/适度依赖8-13分4-9分8-13分了解不足/不接受/独立8分以下4分以下8分以下这个量表旨在从多个角度了解学生对于在教育中引入ChatGPT的态度与认识。使用量表的结果,教育者与研究人员可以更好地理解学生的需求和顾虑,从而做出更合理的决策,例如是否广泛引入ChatGPT到教育场景中、以及如何更合理地引入等。通过对50名学生采用问卷调查的方式,结合量表,得出以下评分表4:表4.具体评分及其说明评价方面评分说明了解程度14.32分经过ChatGPT结合python语言课堂教学,50名学生对于ChatGPT达到了比较了解的程度,能够明确ChatGPT的使用方式、ChatGPT在学习过程中的定位、ChatGPT在日常生活中的帮助。接受程度12.18分经过对于学习python语言这一单元的ChatGPT结合教学课堂实践,50名学生对于ChatGPT的接受程度是非常接受,学生们普遍对于ChatGPT这一新的教学辅助工具展现出极高的兴趣,同时,学生们对于ChatGPT与其他科目结合的展望,包括但不限于:语文课、数学课、美术课、音乐课、体育课等科目。依赖程度8.56分经过多个课堂中对于ChatGPT的实践应用,50名学生对于ChatGPT的依赖程度是适度依赖,学生们在对于问题没有解题思路时,能够把ChatGPT作为启发思路的工具,而非完全的依赖ChatGPT进行解题。3.2教学效果之测试数据分析教学效果评价选择通过ChatGPT设计的符合高中信息技术python语言课堂的考试题目进行考察评价,通过设计的考察量表进行对教学效果的评价。(考试题目详见附件2)在设计考察量表时,我们主要考虑学生对Python语言基础知识的掌握程度、逻辑思维能力、问题解决能力以及代码编写和调试能力。考察量表分为以下几个层面,如表5所示:表5.考察层面、等级划分与分数区间及其说明考察层面说明基础知识掌握通过选择题来考察,包括基本的数据类型、操作语句、函数定义和使用等。代码理解与调试能力通过程序纠错题来考察,重点是学生是否能发现并修正代码中的错误。逻辑思维与编程应用能力通过程序设计题来考察,着重评价学生解决实际问题的能力和编程技巧。等级划分分数区间说明优秀85分及以上表明学生不仅掌握了Python基础知识,还能灵活运用到实际编程中,有很强的逻辑思维能力和问题解决能力。良好70分至84分表明学生掌握了大部分Python基础知识,具备一定的编程应用能力,能够完成大部分编程任务合格60分至69分表明学生基本掌握了Python的基础知识,对编程有基本的理解,但在复杂问题的解决上还需要进一步提高。不合格60分以下表明学生对Python的基础知识掌握不够,编程能力较弱,需要通过进一步学习来强化自己的知识储备和编程技能。通过对50名学生进行章节测试,得出以下结论:表6.考察层面均分及其说明考察层面均分说明总体分数80.88分50名学生通过ChatGPT结合教学进行了对于python语言的学习,在章节测试中整体水平达到了良好的水平,部分学生能够达到优秀水平。基础知识掌握9.08分50名学生对于基础知识的掌握水平较高,能够达到均分9.08分的水平,这证明经过ChatGPT的表达,基础知识和基础概念能够很好的被学生接受掌握。代码理解与调试能力17.5分50名学生的代码理解与调试能力较高,能够达到均分17.5的水平,这证明在解决课堂问题的ChatGPT实践使用过程中,对于ChatGPT展现出的解题过程进行了自主的思考,能够很好的辨别出代码中的错误,进行纠错,编写正确代码。逻辑思维与编程应用能力54.3分50名学生的逻辑思维与编程应用能力良好,能够达到均分54.3的水平,这证明在利用ChatGPT进行思路启发后,能够对所解问题进行举一反三的思考,能够对类型题进行归纳,具有良好的创新思维和逻辑思维能力。4.研究小结本次研究以ChatGPT结合python语言教学课堂——“python中的循环结构”一课为例,在教授过程中明确ChatGPT在课堂上的职能,通过示例让学生清楚如何使用ChatGPT帮助进行学习活动,给予学生一个活力满满的教学课堂。整体的研究思路首先是对ChatGPT在教学中的定位进行思考,并且明确其在课堂中的职能,使其能在课堂上与学生交互,进而展现出交互式的课堂实践活动。其次,在进行ChatGPT结合python语言教学课堂之后,通过使用问卷调查、试题检测的方式,进行教学效果的数据分析,通过具体量表得出此次研究的课堂教学效果。其中,此次研究原定预期目标是学生能够掌握python语言的基础知识,并且能够熟练地使用python进行问题的解决,而通过教学效果的数据分析,此次研究达到了预期目标,并且学生在程序的查错和纠错方面表现更为优秀,表明此次研究对于学生的逻辑思维能力上的发展产生了远超预期的效果。后续研究方面期望能够将ChatGPT更好的融入信息技术教学中,并且能够对学生的学习生活起到一定的帮助作用,同时,使用ChatGPT进行跨学科教学课堂的建设,帮助学生更为全面的发展学习。最后,虽然此次研究在实际过程中遇到如:讲师如何与ChatGPT协同教学、学生如何与ChatGPT进行合理的互动等问题,在实践过程中不断地进行思考,向ChatGPT、论文指导教师、论文小组成员进行讨论,从而将各种各样的问题进行了解决,并且完善了此次研究。

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附件1:调查问卷问题编号问题内容评分标准(1-5分)评分1你知道ChatGPT是什么吗?1=完全不知道,5=非常了解2你了解ChatGPT的基本功能吗?1=一点都不了解,5=非常了解3你是否知道ChatGPT可以如何应用于教学中?1=完全不知道,5=非常清楚4你了解ChatGPT背后的技术原理吗?1=完全不了解,5=非常了解5你认为将ChatGPT引入课堂教学中是否有助于学习?1=完全不认同,5=非常认同6你愿意尝试使用ChatGPT来辅助你的学习吗?1=完全不愿意,5=非常愿意7你认为ChatGPT可以作为教师的有效补充吗?1=完全不认为,5=非常认同8如果有机会,你希望在哪些学科中看到ChatGPT的应用?开放式问题9你认为在学习中频繁使用ChatGPT,会减少自己的思考吗?1=非常认同,5=完全不认同10在没有ChatGPT辅助的情况下,你是否能有效地完成学习任务?1=非常能,5=完全不能11你认为过度依赖ChatGPT对学习有害吗?1=非常认同,5=完全不认同12你是否认为自己已经或者可能会对ChatGPT产生依赖?1=非常认为,5=完全不认为

附件2:测试题目选择题(每题只有一个正确答案):在Python中,哪个关键字用于定义一个函数?A.

function

B.

def

C.

func

D.

define

正确答案:B下列哪个选项是Python中的合法变量名?A.

2things

B.

things2

C.

None

D.

my-variable

正确答案:B在Python中,如何表示字符串"Hello,World!"?A.

"Hello,World!"

B.

'Hello,World!'

C.

Hello,World!

D.

A和B都正确正确答案:D下列哪个数据类型不是Python的内置数据类型?A.

list

B.

tuple

C.

array

D.

dict

正确答案:C如何在Python中表示一个范围从0到5的循环?A.

foriinrange(0,5):

B.

foriinrange(5):

C.

foriinrange(1,6):

D.

A和B都正确正确答案:D6.在Python中,哪个函数用于获取用户的输入?A.

input()

B.

get()

C.

read()

D.

scan()

正确答案:A下列哪个选项是Python中的逻辑运算符?A.

&&

B.

and

C.

||

D.

|

正确答案:B在Python中,如何导入名为math的模块?A.

#importmath

B.

importmath

C.

includemath

D.

usingm

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