字符串的“魔法操作”——Python字符串基础与文本处理

课题

字符串的“拆分与重组”：从名字处理到句子变形

教学时间

2课时（90分钟）

课前准备

• 教师端：电脑（Python 3.10+）、投影仪、多媒体课件（含“字符项链”动画：展示字符串像珠子串成的项链）、实物道具（字母卡片、带编号的珠子串）、字符串操作流程图（索引、切片、替换）。
• 学生端：电脑（Python环境）、笔记本、练习纸（印有名字拆分练习）、彩色笔（标注字符串操作步骤）。
• 教学素材：代码模板（name_processing.py）、“字符串小侦探”任务卡（含不同难度的文本处理问题）、AI代码小助手（可解答“如何提取姓氏”等问题）。

一、导入活动：从“字符游戏”到“字符串逻辑”（15分钟）

活动1：“名字拆解”大挑战——感知字符串结构

• 教师出示“王小明”名字卡片，提问：“怎么把这个名字拆成‘王’‘小’‘明’？怎么快速找到‘小’字的位置？”
• 学生用字母卡片拼出自己的名字，尝试“拆成单个字”“找出第2个字”，记录操作步骤（如“王小明→拆成3部分，第2个是‘小’”）。

活动2：“字符项链”动画演示——理解字符串本质

• 播放动画：字符串"Hello"像5颗珠子（H-e-l-l-o）串成的项链，每颗珠子有固定位置（编号0-4）。
• 类比：“字符串就是字符的‘项链’，编程可以像拆项链、换珠子一样处理文本”。

二、知识点讲解：字符串的“基础魔法”（30分钟）

模块1：认识字符串——文本的“数字编码”（5分钟）

• 核心概念：字符串是用英文引号（""或''）包裹的文本（如"Python"、'你好'），本质是字符的有序集合（像排队的人，有固定顺序）。
• 生活案例：微信消息、作文内容、网址都是字符串，编程处理字符串就是“让计算机帮我们整理文字”。

模块2：索引与切片——精准“提取”字符（15分钟）

• 比喻：
  • 索引=字符的“座位号”（从0开始，如"abc"中a是0号，b是1号）；
  • 切片=“截取一段项链”（如从0号到2号，取前3颗珠子）。
• 代码演示：

  # 示例：处理名字“李晓华”
  name = "李晓华"
  # 1. 索引：获取单个字符（格式：变量[编号]）
  first_char = name[0]  # 0号是第一个字符
  print("姓氏：", first_char)  # 输出：姓氏：李
  
  # 2. 切片：获取一段字符（格式：变量[开始:结束]，结束编号不包含在内）
  last_two = name[1:3]  # 从1号到3号（不包含3号），即1和2号
  print("名字：", last_two)  # 输出：名字：晓华

• 关键规则：
  • 索引越界错误：若字符串长度为3（编号0-2），访问name[3]会报错（“项链只有3颗珠子，没有第4颗”）；
  • 省略规则：name[:2]=从开头取到2号（不包含2号），name[1:]=从1号取到结尾。

模块3：拼接与替换——“重组”文本（10分钟）

• 拼接：用+连接两个字符串（像把两条项链接成一条）：

  first_name = "张"
  last_name = "三"
  full_name = first_name + last_name  # 拼接
  print(full_name)  # 输出：张三

• 替换：replace(旧字符, 新字符)——替换指定字符（像把项链中的红珠子换成蓝珠子）：

  sentence = "我喜欢苹果，苹果很好吃"
  new_sentence = sentence.replace("苹果", "香蕉")  # 把“苹果”换成“香蕉”
  print(new_sentence)  # 输出：我喜欢香蕉，香蕉很好吃

三、练习题设计：分层任务+生活应用（25分钟）

基础任务（全员完成）：“姓名处理器”

• 要求：用索引、切片、拼接处理自己的姓名，输出“姓氏”“名字”“倒序姓名”（如“李晓华”→“华晓李”）。
• 代码框架：

  my_name = "______"  # 填写自己的姓名（2-3个字）
  # 1. 提取姓氏
  family_name = my_name[__]  # 补全索引
  # 2. 提取名字（除姓氏外的部分）
  given_name = my_name[__:__]  # 补全切片
  # 3. 倒序排列（提示：用[::-1]切片）
  reversed_name = my_name[::-1]
  # 4. 输出结果
  print(f"姓氏：{family_name}，名字：{given_name}，倒序：{reversed_name}")

进阶任务（选做）：“句子变形器”

• 要求：处理句子"Python is fun, I love Python"，完成：
  1. 替换“Python”为“编程”；
  2. 提取“fun”（从第10到13号字符）；
  3. 拼接“编程很有趣！”和提取的单词。

创意任务（挑战）：“暗号生成器”

• 用替换功能设计简单暗号（如把“a”换成“@”，“s”换成“$”），将自己的爱好写成暗号，让同桌解密。

教师支持：

• 打开AI代码小助手，学生可提问“怎么提取第3个字？”“倒序切片怎么写？”，AI生成带注释的示例代码（如name[::-1]的解释：“从结尾到开头，步长为-1，即倒序”）。

四、讲解与互评：从“操作”到“逻辑”（15分钟）

1. 错误分析：投屏典型错误（如索引从1开始、切片包含结束编号），引导学生用“字符项链”模型排查（“第1颗珠子编号是0还是1？”）。
2. 创意展示：选2份“暗号生成器”作品，全班尝试解密，作者讲解替换规则，评选“最佳暗号设计师”。

五、总结与作业（5分钟）

课堂总结：

• 字符串是“字符项链”，用""或''定义；
• 索引（[编号]）取单个字符，切片（[开始:结束]）取一段字符；
• 拼接（+）和替换（replace()）可重组文本。

课后作业：

1. 用代码处理家人的姓名，输出“姓氏+‘先生/女士’”（如“王女士”）；
2. 设计一句包含3个“今天”的句子，用replace()把“今天”换成“明天”，观察结果。

教学理论支撑：

1. 皮亚杰形式运算阶段理论：通过“字符项链”具象模型，帮助学生将抽象的字符串索引转化为“座位编号”的具体逻辑，逐步形成抽象思维。
2. 维果茨基最近发展区：分层任务（基础→创意）匹配不同学生的现有能力，AI代码小助手作为“脚手架”，帮助学生解决切片规则等难点。
3. 自我决定理论：“姓名处理”“暗号设计”关联学生生活，满足自主需求（设计个人规则）和胜任需求（完成解密挑战），激发内在动机。
4. STEAM教育融合：结合技术（字符串操作）、语言（文本处理）、逻辑（规则设计），让编程成为文本分析与创意表达的工具。