浙江省杭州市丁荷小學(xué) 艾靖雯

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，教育發(fā)生了翻天覆地的變化。2017年7月，國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，要求在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程并逐步推廣編程教育。顯然，編程教育逐步變成信息技術(shù)學(xué)科必不可少的一個重大板塊，而培養(yǎng)學(xué)生的計算思維是學(xué)科的核心素養(yǎng)。因此，編程教育應(yīng)當(dāng)普及化，學(xué)生必須掌握一種適應(yīng)時代的編程語言，將想法通過計算機編程來實現(xiàn)。該語言以簡單、優(yōu)雅、速度快的特點深受大眾的歡迎。它可以通過調(diào)用庫函數(shù)完成諸多任務(wù)，幫助解決開發(fā)、大數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等各行各業(yè)的問題。

一、Python編程語言教學(xué)優(yōu)勢

Python是完全面向?qū)ο蟮恼Z言，具有優(yōu)異的擴展性。它可以通過調(diào)用函數(shù)、模塊、對象來擴充。學(xué)生輸入一系列的代碼，借助指令與計算機實現(xiàn)對話，從而更多地關(guān)注到計算思維與邏輯結(jié)構(gòu)，以簡單的英語表達句的形式讓代碼易讀、簡單、清晰。該語言具有以下特點：語法簡潔，結(jié)構(gòu)清晰、通用靈活。當(dāng)你理解一個Python程序時，就好比閱讀英語句子。小學(xué)生在整個編程過程中不再過多在意語法問題以及計算機基礎(chǔ)內(nèi)容，把關(guān)注點集中在巧妙運用計算機處理任務(wù)和問題的方法上。這對于小學(xué)生來說，不僅降低了學(xué)習(xí)新的編程語言的門檻，也給他們帶來了很好的學(xué)習(xí)體驗。Python語言教學(xué)能更好地發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。學(xué)生在編程的過程當(dāng)中，會出現(xiàn)一系列的問題，那么要如何處理這些問題？學(xué)生要學(xué)會自主學(xué)習(xí)、查閱資料、尋找同伴的幫助，并找出命令當(dāng)中存在的bug來修改、完善。學(xué)生在修改的同時，不是簡單地學(xué)習(xí)了幾句代碼，而是在整個處理問題的過程當(dāng)中，提高了自己英語閱讀、數(shù)學(xué)邏輯、計算思維的能力。

在小學(xué)高段編程教學(xué)當(dāng)中，通過Python教學(xué)可以讓學(xué)生圍繞問題進行分析—理解—編寫—調(diào)試，也極大地提高了學(xué)生的計算思維能力和實際解決問題的能力。與此同時，將真實情景下的問題作為出發(fā)點，學(xué)生可以將問題與進階編程教學(xué)中的邏輯思維聯(lián)系起來，能夠更好地去理解生活當(dāng)中的設(shè)備的工作原理。

二、Python編程語言教學(xué)的實施策略

2017年教育部公布的《普通高中課程方案和20科課程標準》中指出：信息技術(shù)學(xué)科幫助學(xué)生掌握信息技術(shù)基礎(chǔ)知識與技能、增強信息意識、發(fā)展計算思維。在“算法與程序設(shè)計入門”模塊中，積極引導(dǎo)學(xué)生學(xué)編程。

目前，小學(xué)階段的編程教學(xué)以圖形化編程為主，它是樂高式的玩具語言。在實際的教學(xué)當(dāng)中，我們可以發(fā)現(xiàn)，高段學(xué)生的數(shù)理邏輯能力已經(jīng)逐步形成，圖形化編程教學(xué)的實施會存在以下幾個問題：第一，圖形化編程的模塊擴展有限，它只能實現(xiàn)部分交互性的程序，一些邏輯性強的問題不能解決。第二，圖形化編程不利于學(xué)生思維的發(fā)散，而在進階編程語言教學(xué)中，將計算思維與理論實踐相結(jié)合。在課堂教學(xué)中，從實際問題出發(fā)，對問題分解剖析，思考解決該類問題的算法過程，這也極大程度地提高了學(xué)生的計算思維能力。第三，圖形化編程的腳本較為冗長煩瑣，給編程員的視覺閱讀效果不佳，這個時候Python編程語言的優(yōu)勢就凸顯出來了。

因此，針對上述問題，我們在小學(xué)高段信息技術(shù)教學(xué)中加入了Python編程語言。Python自帶的基礎(chǔ)繪圖庫，主要是作為程序設(shè)計入門，可以借助Turtle來創(chuàng)作出各式各樣的圖形，我們可以想象一只海龜，位于坐標為0的中心上，通過計算機命令，使海龜能夠運動起來，最終形成了我們想要繪制的圖形。在設(shè)計的過程當(dāng)中，讓學(xué)生掌握了基本的程序結(jié)構(gòu)，例如常見的順序、選擇、循環(huán)結(jié)構(gòu)等。結(jié)合小學(xué)高段學(xué)生的認知能力，我們設(shè)置了11課時的繪圖主題課程，如圖1所示，每個章節(jié)以項目化學(xué)習(xí)的方式落實知識點的滲透，通過小任務(wù)促進學(xué)生自主探究、合作學(xué)習(xí)。與此同時，還實現(xiàn)了信息、數(shù)學(xué)、科學(xué)、藝術(shù)、英語、美術(shù)學(xué)科的融合，例如項目中提到的有關(guān)數(shù)學(xué)知識點的物體坐標、畫圓、畫直線等。教師改變了原有編程課的枯燥模式，把課堂還給學(xué)生。

圖1

三、Python編程語言教學(xué)案例

Python的強大之處在于自身帶有許多的庫，而Turtle就是其中之一，它的定義為“海龜”，我們通過“海龜繪圖”一課帶領(lǐng)學(xué)生走進編程的世界。設(shè)計思路：本節(jié)課以創(chuàng)設(shè)海龜繪制圖形的情境來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，教師進行講解引入新知，結(jié)合教學(xué)案例，組織學(xué)生自主學(xué)習(xí)，學(xué)生在案例學(xué)習(xí)中來認識Turtle庫中的基本命令，并通過任務(wù)驅(qū)動法讓學(xué)生運用新知、模仿練習(xí)、創(chuàng)新作品、交流展示。

（一）創(chuàng)設(shè)情境

出示各式各樣的多邊形，讓學(xué)生猜一猜這些圖形是如何繪制出來的。播放海龜繪制圖形的視頻，揭曉答案。興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)最好的出發(fā)點，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，才能讓學(xué)生產(chǎn)生求知的欲望，帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)，為后續(xù)課程講解做好鋪墊。

（二）新課講解

教師結(jié)合繪制正方形案例講解該庫中的基本命令，如圖2所示，教師可以將基本命令表發(fā)送給學(xué)生便于參考。在編輯器中輸入對應(yīng)代碼，這個命令是導(dǎo)入一只叫t的“筆”，接著是讓海龜前進100的距離，并向右轉(zhuǎn)向的角度為90度，最后是讓代碼重復(fù)了四次，最后你會看到繪制出的是一個正方形。學(xué)生通過案例練習(xí)后，理解腳本原理，教師可以基于正方形的任務(wù)延伸出多邊形的任務(wù)，由此來拓展學(xué)生的思維。例如：“三角形需要轉(zhuǎn)向的角度是多少？”引導(dǎo)學(xué)生運用橡皮當(dāng)作畫筆t來試一試。通過以上案例，我們可以發(fā)現(xiàn)該進階編程語言通俗易懂，學(xué)生只需要根據(jù)問題將基礎(chǔ)命令進行組合，就可以進行交互式繪畫。在課堂中可以看出學(xué)生在完成任務(wù)時的喜悅感，也為后續(xù)的學(xué)習(xí)增強了信心。

圖2

（三）運用新知

通過基本命令的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮想象力，在任務(wù)單上繪制出想畫的圖形，可以參考右表中的命令在編輯器中自主創(chuàng)作，編寫代碼。例如讓畫筆在某個位置進行繪制，還可以同時設(shè)置畫筆和圖形的填充色。在本環(huán)節(jié)當(dāng)中，可以采取分層教學(xué)，讓每位學(xué)生的能力和個性差異得到充分的體現(xiàn)，從而實現(xiàn)知識的遷移。學(xué)生創(chuàng)作過程當(dāng)中，積極引導(dǎo)他們歸納總結(jié)，不能簡單地停留在完成的作品上，而是對原有作品進行延伸。

（四）交流展示

根據(jù)課堂預(yù)留時間，教師挑選代表性作品進行展示交流。在分享環(huán)節(jié)當(dāng)中，教師積極鼓勵學(xué)生上臺交流，呈現(xiàn)作品以及針對作品講解思路。在整個交流環(huán)節(jié)中，學(xué)生活躍的發(fā)言帶動課堂氛圍。通過生生評價、師生評價，學(xué)生在交流中發(fā)現(xiàn)了在編程過程中遇到的難題，鞏固了本節(jié)課的知識點，并在自我反思中提出對作品進行改進的建議與拓展的思路。與此同時，教師針對學(xué)生在編程中存在的問題進行整理和知識點歸納、講解。部分學(xué)生還能提前將其他命令加入本節(jié)課的制作中，如循環(huán)、顏色等，為下節(jié)課的開展做了鋪墊準備。

根據(jù)課堂教學(xué)實踐反饋，我們可以看出，小學(xué)高段學(xué)生的認知以及數(shù)學(xué)邏輯思維已經(jīng)形成，他們有能力學(xué)習(xí)和吸收進階編程課程的內(nèi)容。與此同時，讓學(xué)生提前認識、學(xué)習(xí)Python也為后續(xù)接觸人工智能領(lǐng)域打下堅實的基礎(chǔ)。需要明確的是，編程教育不僅僅是學(xué)習(xí)編程語言的技巧，而是幫助學(xué)生架構(gòu)新的計算思維模式。通過認識、理解、感受編程語言的算法、邏輯，引導(dǎo)他們在解決實際生活問題當(dāng)中形成知識技能，而這恰恰是編程教育的目的所在。