文/東莞市商業(yè)學(xué)校 周 蓉

國務(wù)院印發(fā)的《人工智能技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》指出人工智能已經(jīng)成為一個國際市場競爭的新焦點，建議在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)理論課程，并逐步開展“全民智能編程”教育。編程是幫助實現(xiàn)人工智能的方法之一，Python語言作為一種新的編程語言，越來越受歡迎，簡單易學(xué)、語法簡潔等特征使得它被各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。如何上好枯燥無味的編程課，對教師來說是一項挑戰(zhàn)。

一、研究背景

很多發(fā)達國家都在積極推動青少年編程教育。比如，美國的很多孩子在六七歲就開始接觸編程課程；美國前總統(tǒng)奧巴馬曾發(fā)起“編程一小時”運動；蘋果公司首席執(zhí)行官蒂姆·庫克(Tim Cook)也給出過一條建議：“編程，應(yīng)該成為所有公立學(xué)校的必修課。”又比如，歐盟已經(jīng)有15個國家將編程技術(shù)教育列為必修課；芬蘭自小學(xué)一年級便正式啟動全國計算機編程教育；以色列將教育孩子網(wǎng)絡(luò)信息安全管理技術(shù)作為一項國家使命；瑞典在2018年秋天正式出臺電腦編程學(xué)校課程(含小學(xué)1年級課程)。

“少年強則國強”，青少年是推動祖國未來發(fā)展的主力軍，我國也于2017年發(fā)布了《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》，明確指出要推廣編程教育，青少年的編程教育將成為一個熱點。但是，目前并沒有推出一套適合青少年學(xué)習(xí)的編程教育體系，所以筆者認為研究出一套適合青少年學(xué)習(xí)的人工智能編程教育體系勢在必行。

筆者所在學(xué)校是一所職業(yè)中學(xué)，編程課程是中職計算機專業(yè)的必修課程，課程開設(shè)的目的是讓學(xué)生掌握一至兩門高級程序設(shè)計語言，比如C語言、C++語言、VB語言、Java語言等，課程的開展主要側(cè)重理論學(xué)習(xí)，教師一般“先教”，然后學(xué)生上機操作實踐。由于中職學(xué)生的知識基礎(chǔ)相對薄弱，這些語言語法系統(tǒng)比較強大，導(dǎo)致學(xué)生對于編程語言、概念、算法、思維等內(nèi)容接受起來有一定難度。比如VB語言及后續(xù)的VB.NET所開發(fā)出來的程序僅僅限于Windows系統(tǒng)，應(yīng)用起來的面比較狹窄，具有較大的局限性，不僅會讓學(xué)生學(xué)起來很乏味，教師也不能很好地激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，與人工智能的大發(fā)展趨勢很不協(xié)調(diào)。

后來我們開設(shè)了Python語言編程課程。Python語言是一門靈活性很強的編程語言，并且隨著人工智能的發(fā)展，它的發(fā)展勢頭很迅猛，功能也很強大。Python語言由于教學(xué)內(nèi)容精煉、語法輕量、語言表示層次更高，所以更適合于學(xué)生學(xué)習(xí)、理解和掌握。

本文以《Python中的萬花筒》教學(xué)活動為例探索中職Python語言編程課。

二、Python語言編程教學(xué)的實踐

Python語言是一種解釋型、面向?qū)ο?、動態(tài)數(shù)據(jù)類型的高級程序語言。我們在向?qū)W生講授Python語言知識系統(tǒng)的教學(xué)過程中，更要注重教學(xué)實踐的方法，了解學(xué)生的興趣，從學(xué)生的興趣出發(fā)，預(yù)先設(shè)計出讓學(xué)生感興趣的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生在有趣的程序?qū)W習(xí)中克服遇到的困難，并嘗試去解決問題，從而達到鍛煉思維、提高能力的目的。

1.激發(fā)興趣，調(diào)動學(xué)習(xí)熱情

程序設(shè)計教學(xué)一直以來給學(xué)生的感覺就是無聊、乏味，缺乏對學(xué)生的吸引力。所以在開設(shè)Python語言編程課的時候，不能僅以數(shù)據(jù)處理為目的，更應(yīng)該結(jié)合Python語言的鮮明特點，設(shè)計更有針對性的案例，讓學(xué)生覺得編程原來也可以這么好玩，編程也可以那么有趣，編程也可以那么時尚，以此來激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

《Python中的萬花筒》教學(xué)活動設(shè)計中，筆者先讓學(xué)生觀看萬花筒，回憶兒時的快樂，感受萬花筒帶來的多姿多彩的圖形世界，然后拋出一個問題：同學(xué)們想知道怎么用程序來設(shè)計出萬花筒的圖形嗎？頓時激起了同學(xué)們的探索熱情，大家都躍躍欲試。

接下來通過閱讀、講解、嘗試等活動，讓學(xué)生討論，動手編寫程序，筆者在一旁檢查提醒，提出修改建議，很快他們就編寫出了程序。(表1)

表1

程序中倒數(shù)第二行“turtle.left(90)”是整個程序的關(guān)鍵點，通過變換括號中的角度數(shù)值，可以得出千變?nèi)f化的萬花筒圖案。(表2)得出圖案的那一刻，學(xué)生們是驚訝的、開心的、充滿成就感的。

表2

表3

表5

興趣是最好的老師，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性是筆者備課的一個重點，本節(jié)《Python中的萬花筒》教學(xué)活動設(shè)計中，通過圖形代碼編程，借助了Turtle圖形繪制函數(shù)庫，得到直觀圖像，激發(fā)了學(xué)生的興趣，讓他們能比較輕松地編寫出程序，并能自主地在課堂上觀察圖形的變化。讓學(xué)生感受到，原來可以用Python語言繪制出萬花筒的圖形，他們一改以往對編程的抗拒，讓他們更信賴Python語言，真正激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情。

2.舉一反三，激發(fā)學(xué)生探索新知

這種感覺是學(xué)習(xí)傳統(tǒng)編程語言無法遇見的。這是一個關(guān)鍵的時刻，筆者趁熱打鐵，提出了問題：萬花筒的圖案那么漂亮，怎么可以少了顏色呢？同學(xué)們思考一下，能否想辦法讓萬花筒的顏色豐富起來？問題拋出，學(xué)生都很樂意去探索，尋找方法，并興奮地與同學(xué)探討交流。

其實只需要增加一行程序turtle.color(“red”)，就能夠使萬花筒進行顏色的變化，如red(紅色)、yellow(黃色)、blue(藍色)、purple(紫色)、green(綠色)、cyan(青色)等。(表3)這一步驟讓學(xué)生重溫了顏色的英文單詞，也讓學(xué)生體驗了更具有色彩感的萬花筒。

給學(xué)生足夠的探究時間，并且允許他們交流討論，鼓勵他們大膽操作嘗試，程序出現(xiàn)錯誤沒有關(guān)系，關(guān)鍵是鼓勵他們要敢于操作。

3.一題多變，步步為營

表4

單一的顏色總是顯得有些單調(diào)，于是再次引導(dǎo)學(xué)生思考：能否在一個圖形中出現(xiàn)多種顏色？多種顏色的組合，會讓圖形的變幻更加豐富多彩，達到真正萬花筒的效果。

通過探索，學(xué)生發(fā)現(xiàn)只需要在程序上多加Python中的列表內(nèi)容，就能將多種顏色放在列表中進行引用。(表4)

程序turtle.color(colors[x % 5])，用“%”求模運算，相當于mod，也就是計算除法的余數(shù)，比如11%5就得到1，以此調(diào)用列表colors中的顏色。顏色組合的數(shù)量是三種、四種還是五種，可以通過改變“%”后的數(shù)值來調(diào)整。(表5)

這是學(xué)生主動操作的一節(jié)課，教師所做的只是給出不同的建議，引導(dǎo)學(xué)生從不同的方向去思考、去改變、去主動實踐，真正激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。他們能夠主動思考，不斷改變程序，得出更多不一樣的圖形。鞏固了所學(xué)的知識，也使動手能力、思維能力得到了真正的鍛煉。這種課堂趣味性很強，完全打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，不僅限于“照葫蘆畫瓢”，不同的變式在學(xué)生的操作中應(yīng)運而生，達到理想效果。在操作的過程中，他們扎實地掌握了新知識，并從中體會到了Python語言的簡潔、高效、生態(tài)的特征，對Python接下來的學(xué)習(xí)有了更多的期待。

Python語言編程教學(xué)與學(xué)習(xí)，動手環(huán)節(jié)是至關(guān)重要的，如果只注重理論教學(xué)，會使學(xué)生感到厭煩，提不起興趣，相反，在教學(xué)過程中設(shè)置更多的動手實踐環(huán)節(jié)，能夠幫助他們對Python語言的印象實現(xiàn)從抽象到具體的轉(zhuǎn)變，幫助他們將Python語言的理論知識轉(zhuǎn)化為一種技能。

三、結(jié)束語

隨著人工智能的快速發(fā)展，中職學(xué)校也開始注重編程教學(xué)，注重編程課程與人工智能的銜接。Python語言的代碼編寫規(guī)則類似英語，所以相對比較容易掌握，減少了學(xué)生由于書寫帶來的錯誤，特別對于本身基礎(chǔ)就不是很扎實的中職學(xué)校學(xué)生來說，更容易接受。Python語言的簡潔、高效和生態(tài)的特點，注定更適合中職學(xué)生。