python编程 ：第三十课：我的“智能”小工具 – 大型综合项目挑战

• 时长: 90 分钟
• 教学目标:
  • 全面复习和综合运用本系列课程所有核心知识点，包括：变量、数据类型、列表、字典、元组、集合、函数（参数、返回值）、循环（for, while）、条件判断（if-elif-else）、文件操作（读写文本/CSV）、错误处理（try-except）、常用模块（random, os, csv, collections.Counter 等）。
  • 挑战更复杂的项目需求，提升问题分析、系统设计和模块化编程的能力。
  • 学习如何让程序更加灵活和智能，例如加入随机性、更复杂的文件操作、更详细的报告输出。
  • 鼓励学生自主思考和解决问题，培养项目管理和调试技能。
  • 体验构建一个较完整“小工具”的成就感，为后续更深入学习打下坚实基础。

核心项目：“我的智能学习伙伴”——单词记忆小助手

这是一个能让学生复习英文单词，并记录学习情况的程序。

课程内容

1. 复习与引入 (10 分钟)

• 复习: 快速回顾前一节课的 CSV 文件处理和 collections.Counter。强调这些工具在处理表格数据和统计时的强大之处。
• 提出问题: 老师提问：“我们已经学到了很多 Python 的强大功能，可以做文件管理、数据统计、小游戏。现在，我们来做一个更有趣、更贴近学习生活的小工具：一个能帮助我们学习和记忆英文单词的助手！它能随机出题，记录对错，还能统计我的学习进度。这需要我们把学过的所有技能都用上！”
• 引出大型综合项目: 今天的目标是实现一个“单词记忆小助手”，这将是对大家学习成果的一次大检阅和实战挑战。

2. 项目需求分析与系统设计 (15 分钟)

• 功能需求:
  • 加载单词库: 从一个 CSV 文件（例如 words.csv）加载单词（英文单词, 中文释义）。
  • 单词测试:
    • 随机抽取一个单词进行测试。
    • 显示英文单词，让用户输入中文释义。
    • 判断用户答案是否正确，并给出提示。
    • 记录答对或答错的次数。
  • 学习报告:
    • 显示总共测试了多少个单词。
    • 显示答对和答错的单词数量及正确率。
    • 可以显示哪些单词最容易出错（答错次数最多）。
  • 用户交互菜单: 提供选择（开始测试、查看报告、退出）。
  • 数据持久化: 测试数据（每个单词的答对/答错次数）能保存到文件，下次启动程序时能加载。
  • 错误处理: 处理文件不存在、用户输入无效等情况。
• 数据存储设计:
  • 单词库: 使用 CSV 文件 words.csv。每行 英文单词,中文释义。

    apple,苹果
    banana,香蕉
    cat,猫
    dog,狗
    book,书
    computer,电脑
    ...
    

  • 学习记录: 使用另一个 CSV 文件 study_log.csv。每行 英文单词,答对次数,答错次数。

    apple,5,2
    cat,3,1
    ...
    

  • 内存中的数据结构:
    • 单词库：列表，每个元素是字典 {"english": "apple", "chinese": "苹果"}。
    • 学习记录：字典，键是英文单词，值是另一个字典 {"correct": 5, "wrong": 2}。例如：{"apple": {"correct": 5, "wrong": 2}, "cat": {"correct": 3, "wrong": 1}}。
• 功能模块分解 (函数设计):
  • load_word_bank(filename): 加载单词库，返回列表。
  • load_study_log(filename): 加载学习记录，返回字典。
  • save_study_log(study_data, filename): 保存学习记录到文件。
  • display_main_menu(): 显示主菜单。
  • start_test(word_bank, study_data): 开始单词测试的核心逻辑。
  • show_report(study_data): 显示学习报告。
  • main_program(): 主程序循环，管理整个系统。

3. Step by Step 实现项目代码 (40 分钟)

老师带领学生一步一步编写代码。这是一个较大的项目，可以根据时间选择重点部分进行讲解和编码。

• 准备工作和全局常量/变量:

  import csv
  import random
  from collections import Counter # 用于统计错误次数最多的单词
  import os # 用于检查文件是否存在
  
  WORD_BANK_FILE = "words.csv"
  STUDY_LOG_FILE = "study_log.csv"
  
  # 全局变量，用于存储加载的数据
  word_bank = [] # 列表，存储所有单词字典
  study_log = {} # 字典，存储每个单词的学习记录
  

• 第一步：加载单词库 (load_word_bank)
  • 使用 csv.DictReader 读取 words.csv。
  • 处理 FileNotFoundError。

  def load_word_bank(filename):
      words = []
      try:
          with open(filename, 'r', encoding='utf-8', newline='') as csvfile:
              reader = csv.DictReader(csvfile)
              for row in reader:
                  if 'english' in row and 'chinese' in row: # 确保包含必要字段
                      words.append({"english": row['english'].strip(), "chinese": row['chinese'].strip()})
                  else:
                      print(f"警告：跳过单词库中格式不正确的行: {row}")
      except FileNotFoundError:
          print(f"错误：单词库文件 '{filename}' 不存在。请确保该文件在程序同目录下。")
          print("请创建该文件，每行包含 'english,chinese'。")
      except Exception as e:
          print(f"加载单词库时发生未知错误: {e}")
      return words
  

• 第二步：加载和保存学习记录 (load_study_log, save_study_log)
  • load_study_log: 读取 study_log.csv，将答对答错次数转换为整数。
  • save_study_log: 使用 csv.DictWriter 将 study_log 字典转换为列表形式保存。

  def load_study_log(filename):
      log = {} # 键是英文单词，值是 {'correct': count, 'wrong': count}
      try:
          with open(filename, 'r', encoding='utf-8', newline='') as csvfile:
              reader = csv.DictReader(csvfile)
              for row in reader:
                  if 'english' in row and 'correct' in row and 'wrong' in row:
                      try:
                          log[row['english']] = {
                              'correct': int(row['correct']),
                              'wrong': int(row['wrong'])
                          }
                      except ValueError:
                          print(f"警告：跳过日志文件中无效的数字行: {row}")
      except FileNotFoundError:
          print(f"学习日志文件 '{filename}' 不存在，将创建新的日志。")
      except Exception as e:
          print(f"加载学习日志时发生未知错误: {e}")
      return log
  
  def save_study_log(study_data, filename):
      # 准备写入 CSV 的数据格式
      log_rows = []
      for english_word, counts in study_data.items():
          log_rows.append({
              'english': english_word,
              'correct': counts['correct'],
              'wrong': counts['wrong']
          })
  
      fieldnames = ['english', 'correct', 'wrong']
      with open(filename, 'w', encoding='utf-8', newline='') as csvfile:
          writer = csv.DictWriter(csvfile, fieldnames=fieldnames)
          writer.writeheader()
          writer.writerows(log_rows)
      print("学习记录已保存。")
  

• 第三步：显示主菜单 (display_main_menu)

  def display_main_menu():
      print("\n--- 单词记忆小助手 ---")
      print("1. 开始单词测试")
      print("2. 查看学习报告")
      print("0. 退出系统")
      print("--------------------")
  

• 第四步：单词测试核心逻辑 (start_test)
  • 从 word_bank 随机抽取单词 (random.choice)。
  • 循环进行测试 (while 循环，或设定测试题目数量的 for 循环)。
  • 获取用户输入，判断对错 (if-else)。
  • 更新 study_log 字典中的答对/答错次数。

  def start_test(word_bank_list, study_log_dict):
      if not word_bank_list:
          print("单词库为空，无法开始测试。请检查 'words.csv' 文件。")
          return
  
      print("\n--- 单词测试开始 (输入 'quit' 结束) ---")
      tested_count = 0
      correct_count = 0
  
      while True:
          # 随机选择一个单词
          word_to_test = random.choice(word_bank_list)
          english = word_to_test['english']
          chinese_correct = word_to_test['chinese']
  
          # 获取用户输入
          user_answer = input(f"请写出 '{english}' 的中文释义 (输入 'quit' 退出): ").strip()
  
          if user_answer.lower() == 'quit':
              break # 退出测试循环
  
          tested_count += 1
  
          # 初始化该单词的记录 (如果第一次测试)
          if english not in study_log_dict:
              study_log_dict[english] = {'correct': 0, 'wrong': 0}
  
          # 判断答案
          if user_answer == chinese_correct:
              print("✅ 回答正确！")
              study_log_dict[english]['correct'] += 1
              correct_count += 1
          else:
              print(f"❌ 回答错误。正确答案是：'{chinese_correct}'")
              study_log_dict[english]['wrong'] += 1
          print("-" * 20)
  
      print(f"\n--- 测试结束 ---")
      if tested_count > 0:
          print(f"总共测试了 {tested_count} 个单词。")
          print(f"答对 {correct_count} 个，答错 {tested_count - correct_count} 个。")
          print(f"正确率: {(correct_count / tested_count * 100):.2f}%")
      else:
          print("本次测试没有完成任何单词。")
  

• 第五步：显示学习报告 (show_report)
  • 遍历 study_log 字典，计算总测试数、总对错数。
  • 利用 collections.Counter 找出最容易出错的单词（按 wrong 次数排序）。

  def show_report(study_log_dict):
      print("\n--- 学习报告 ---")
      if not study_log_dict:
          print("还没有学习记录。请先进行测试。")
          return
  
      total_tested = 0
      total_correct = 0
      total_wrong = 0
      wrong_counts = Counter() # 用 Counter 统计每个单词的错误次数
  
      for english_word, counts in study_log_dict.items():
          current_correct = counts.get('correct', 0)
          current_wrong = counts.get('wrong', 0)
  
          total_tested += (current_correct + current_wrong)
          total_correct += current_correct
          total_wrong += current_wrong
          wrong_counts[english_word] = current_wrong # 记录错误次数
  
      print(f"总计测试单词数: {total_tested}")
      print(f"总计答对数: {total_correct}")
      print(f"总计答错数: {total_wrong}")
  
      if total_tested > 0:
          accuracy = (total_correct / total_tested) * 100
          print(f"总正确率: {accuracy:.2f}%")
      else:
          print("尚无有效的测试记录。")
  
      print("\n--- 最容易出错的单词 (按错误次数从多到少) ---")
      most_common_wrong = wrong_counts.most_common(5) # 找出错误次数最多的5个
      if most_common_wrong:
          for word, count in most_common_wrong:
              if count > 0: # 只显示有错误的
                  print(f"'{word}': 错了 {count} 次")
      else:
          print("太棒了，目前没有答错记录！")
      print("--------------------")
  

• 第六步：主程序循环 (main_program)
  • 加载数据，显示菜单，处理用户选择，退出时保存数据。

  def main_program():
      global word_bank # 声明使用全局变量
      global study_log
  
      # 1. 程序启动时，加载数据
      word_bank = load_word_bank(WORD_BANK_FILE)
      study_log = load_study_log(STUDY_LOG_FILE)
  
      if not word_bank:
          print("警告：单词库为空，请确保 'words.csv' 文件内容正确。")
          # 可以选择在这里退出，或者让用户创建单词
          # return
  
      while True:
          display_main_menu()
          choice = input("请选择操作 (输入数字): ").strip()
  
          if choice == '1':
              start_test(word_bank, study_log)
          elif choice == '2':
              show_report(study_log)
          elif choice == '0':
              print("正在保存学习记录并退出系统...")
              save_study_log(study_log, STUDY_LOG_FILE)
              print("感谢使用，下次再见！")
              break
          else:
              print("无效的选择，请重新输入。")
  
  # 程序启动入口
  if __name__ == "__main__":
      # 为了方便调试，可以在这里创建一些初始文件
      if not os.path.exists(WORD_BANK_FILE):
          print(f"正在创建示例单词库文件: {WORD_BANK_FILE}")
          with open(WORD_BANK_FILE, 'w', encoding='utf-8', newline='') as f:
              writer = csv.writer(f)
              writer.writerow(['english', 'chinese']) # 写入表头
              writer.writerow(['apple', '苹果'])
              writer.writerow(['banana', '香蕉'])
              writer.writerow(['computer', '电脑'])
              writer.writerow(['book', '书'])
              writer.writerow(['hello', '你好'])
              writer.writerow(['world', '世界'])
              writer.writerow(['python', '派森'])
              writer.writerow(['programming', '编程'])
              writer.writerow(['science', '科学'])
              writer.writerow(['mathematics', '数学'])
      else:
          print(f"找到单词库文件: {WORD_BANK_FILE}")
  
      main_program()
  

  （强调 global 关键字的使用，让函数能修改全局变量。）

4. 课堂巩固练习与扩展 (15 分钟)

• 练习 1: 增加一个功能：添加新单词到单词库。
  • 在主菜单中增加一个选项（例如 3. 添加新单词）。
  • 编写一个函数 add_new_word(word_bank_list, filename)，让用户输入英文单词和中文释义。
  • 检查单词是否已存在于单词库。
  • 如果不存在，添加到 word_bank_list，并更新 words.csv 文件。
• 练习 2: 在 start_test 函数中，增加一个选项，让用户选择一次测试多少个单词，而不是无限循环。
• 练习 3: (选做) 优化 show_report 函数，除了显示最容易出错的单词，还可以显示正确率最高的 3 个单词。

5. 总结与提问 (5 分钟)

• 回顾: 总结本节课通过“单词记忆小助手”项目，全面综合运用了：列表和字典组织数据，CSV 文件读写持久化，函数封装模块，random 模块随机出题，循环和条件判断控制流程，collections.Counter 统计报告，以及错误处理。强调了系统设计和分解问题的过程。
• 提问:
  • 在这个项目中，哪个数据结构用来存储所有单词？哪个用来存储学习记录？
  • 我们为什么用 CSV 文件来保存数据？
  • start_test 函数中，哪些地方用到了 random 模块？
  • show_report 函数中，collections.Counter 帮我们解决了什么问题？
  • 你觉得这个项目中，哪个功能实现起来最有挑战？
• 答疑: 回答学生问题。

6. 布置课后作业 (5 分钟)

• 作业 1: 完善课堂练习 1 和 2 的功能（添加新单词，设置测试题目数量）。
• 作业 2: 增加一个功能：删除单词。
  • 在主菜单中增加一个选项。
  • 编写一个函数 delete_word(word_bank_list, study_log_dict, filename)，让用户输入要删除的英文单词。
  • 如果单词存在，从 word_bank_list 和 study_log_dict 中都删除，并更新 words.csv。
• 作业 3: 优化用户体验：在 start_test 中，如果用户回答错误，可以提示用户是否要再尝试一次。
• 作业 4: (选做) 进一步美化输出，例如使用更多的 f-string 格式化，或者使用简单的文本颜色（需要导入 colorama 模块，如果环境允许）。或者，探索如何将学习记录保存为 JSON 格式，因为它能直接保存字典，比 CSV 更方便处理复杂结构（简单介绍 import json 和 json.dump/json.load）。