從程式基礎到智慧應用:Python 程式實習課程
Python 程式實習以「看懂問題、設計流程、撰寫程式、測試除錯、整合應用」為學習主線。學生從變數、條件判斷、迴圈與資料結構開始,逐步運用函式、模組、檔案與資料處理,再把程式連接到 Raspberry Pi、Hub 8735 Ultra 或既有雲端應用,完成能說明、能測試、能展示的實作成果。
一、Python 程式實習學習架構
課程重點在 Python 程式設計能力。硬體與雲端服務是學生應用程式的情境:先學會如何表達資料、控制程式流程及拆解任務,再運用 Python 與裝置或服務交換資料。
二、從基礎語法建立程式思考
初學程式時,先練習將生活中的需求拆成明確步驟,再把步驟寫成 Python 指令。變數與資料型別用來保存資訊,輸入與輸出讓程式能與使用者互動,運算式則負責計算及比較。
| 學習內容 | 程式觀念 | 練習例子 |
|---|---|---|
| 變數與資料型別 | 整數、浮點數、字串、布林值;為資料選擇合適型別。 | 保存感測數值、商品名稱或是否需要提醒等資訊。 |
| 輸入、輸出與運算 | 讀取輸入、顯示結果、使用運算式處理數值。 | 輸入資料後,計算平均值或產生簡短摘要。 |
| 條件判斷 | 使用 if、elif、else 依條件選擇程式分支。 | 依照設定條件顯示不同狀態或建議。 |
| 重複執行 | 使用 for 或 while 處理重複任務。 | 逐筆整理資料、重複讀取輸入或持續檢查狀態。 |
三、使用資料結構整理資訊
實際應用通常需要處理一批資料。學生可以運用字串處理文字,使用串列保存多筆項目,使用字典描述具有欄位名稱的資料,並透過檔案讀寫保存程式輸入或輸出。
# 用字典整理一筆場域資料
reading = {
"site": "水井村",
"temperature": 27.5,
"status": "正常"
}
print(reading["site"], reading["temperature"])
教師可提供去識別化或模擬資料,讓學生練習查找、分類、統計與轉換。透過清楚的資料結構,程式更容易閱讀、測試,也更方便後續串接服務。
四、以函式、模組與除錯提升程式品質
當程式逐漸變長,學生需要學習把重複工作整理成函式,使用參數傳入資料、以回傳值交付結果,並透過模組重用已寫好的功能。例外處理則協助程式面對輸入錯誤、檔案不存在或服務暫時無法連線等情況。
- 函式:把一項清楚的工作包裝起來,讓主程式更容易理解。
- 模組:匯入標準函式庫或課程提供的程式模組,擴充功能。
- 例外處理:辨識可能發生的錯誤,提供適當訊息或後續處理。
- 測試與除錯:以小資料測試功能,閱讀錯誤訊息,逐步定位問題。
五、讓 Python 處理資料並連接服務
掌握程式基本能力後,學生可練習讀取教師提供或允許使用的資料,進行清理、轉換及摘要。進一步可認識 JSON 等常見資料格式,以及 HTTP/API 請求的基本概念,理解程式如何向服務提出請求並處理回應。課程實作應使用已核准的測試服務與介面,並遵守資料來源、授權與個資保護規範。
| 應用階段 | Python 任務 | 學習重點 |
|---|---|---|
| 資料蒐集 | 讀取輸入資料、檔案或授權的服務回應。 | 辨識資料來源與欄位。 |
| 資料處理 | 整理文字及數值、篩選紀錄、計算統計或產生摘要。 | 資料型別、串列、字典、函式與程式流程。 |
| 資料交換 | 依介面規格將資料轉為 JSON,處理服務回傳結果。 | 資料格式、請求與回應、錯誤處理。 |
| 結果呈現 | 顯示狀態、產生簡易報表或提供查詢結果。 | 將程式輸出連結到使用者需求。 |
六、從 PC 延伸到 Raspberry Pi 與場域應用
PC 適合撰寫及測試 Python 程式;Raspberry Pi 可用於裝置端實作。課程可先在 PC 完成資料處理,再依設備介面與課程環境,透過 USB 進行 PC 與 Pi 的資料交換,或使用 Wi-Fi 連接 Hub 8735 Ultra/雲端應用。
若在 Raspberry Pi 上使用 MicroPython,學生可比較它與一般 Python 的使用情境。兩者語法有相通之處,但可用的函式庫、硬體介面與執行環境可能不同,因此程式要依實際裝置及課程提供的範例調整。USB 資料交換也須依設備採用的介面與驅動設定操作。
七、以智慧生活情境發展專題
學生可從既有系統選擇一種應用情境,聚焦完成一項範圍適中的程式任務。系統串接依已開放的操作介面及資料權限進行;若無法直接連接正式服務,也可使用教師提供的模擬資料完成相同程式概念練習。
| 應用情境 | Python 專題方向 |
|---|---|
| 智慧養殖:水井村 USR | 整理模擬或授權的養殖資料,計算摘要、顯示狀態或產生提醒。 |
| 智慧工藝:水井三寶 | 建立工藝資料清單,實作分類、查詢或互動介紹。 |
| 智慧商店:雲林國際慢食協會 | 整理商品資訊,製作搜尋、分類或簡易商品問答原型。 |
| 智慧學習:元長樂齡中心 | 製作簡易問答或互動練習,呈現適合學習者使用的內容。 |
八、建議的學習成果與評量方式
期末可採個人或小組專題,讓學生完成一個能清楚展示的 Python 應用原型。評量除了結果,也可檢視學生如何拆解問題、安排程式結構、處理例外及驗證輸出。
- Python 程式碼及簡要流程圖。
- 測試資料、測試結果與除錯紀錄。
- PC 與 Raspberry Pi 的資料交換或服務串接展示。
- 一份專題說明,交代使用情境、資料來源、程式功能與限制。
建議評量面向:程式概念正確性、程式可讀性、測試與除錯歷程、資料使用合宜性,以及應用成果是否回應所選情境。
結語:讓程式成為解決問題的工具
Python 程式實習的學習成果,不只是記住語法,而是能把需求轉成清楚的程式流程,選擇合適的資料結構,運用函式整理功能,並透過測試與除錯逐步完成作品。當程式再與 Raspberry Pi、Hub 8735 Ultra 或雲端服務連結,學生便能把程式能力應用到智慧養殖、智慧工藝、智慧商店與智慧學習等真實情境。
教學支援:實作題目、設備介面與場域案例可透過智慧生活科技專業社群交流,並依教室設備及既有系統開放的介面調整。


