文/東莞市商業(yè)學(xué)校 周 蓉

國(guó)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(gè)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)，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(kāi)展“全民智能編程”教育。編程是幫助實(shí)現(xiàn)人工智能的方法之一，Python語(yǔ)言作為一種新的編程語(yǔ)言，越來(lái)越受歡迎，簡(jiǎn)單易學(xué)、語(yǔ)法簡(jiǎn)潔等特征使得它被各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。如何上好枯燥無(wú)味的編程課，對(duì)教師來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

一、研究背景

很多發(fā)達(dá)國(guó)家都在積極推動(dòng)青少年編程教育。比如，美國(guó)的很多孩子在六七歲就開(kāi)始接觸編程課程；美國(guó)前總統(tǒng)奧巴馬曾發(fā)起“編程一小時(shí)”運(yùn)動(dòng)；蘋(píng)果公司首席執(zhí)行官蒂姆·庫(kù)克(Tim Cook)也給出過(guò)一條建議：“編程，應(yīng)該成為所有公立學(xué)校的必修課?！庇直热?，歐盟已經(jīng)有15個(gè)國(guó)家將編程技術(shù)教育列為必修課；芬蘭自小學(xué)一年級(jí)便正式啟動(dòng)全國(guó)計(jì)算機(jī)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(xiàng)國(guó)家使命；瑞典在2018年秋天正式出臺(tái)電腦編程學(xué)校課程(含小學(xué)1年級(jí)課程)。

“少年強(qiáng)則國(guó)強(qiáng)”，青少年是推動(dòng)祖國(guó)未來(lái)發(fā)展的主力軍，我國(guó)也于2017年發(fā)布了《國(guó)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(gè)熱點(diǎn)。但是，目前并沒(méi)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(rèn)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(shì)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(jì)算機(jī)專業(yè)的必修課程，課程開(kāi)設(shè)的目的是讓學(xué)生掌握一至兩門(mén)高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，比如C語(yǔ)言、C++語(yǔ)言、VB語(yǔ)言、Java語(yǔ)言等，課程的開(kāi)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(jī)操作實(shí)踐。由于中職學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，這些語(yǔ)言語(yǔ)法系統(tǒng)比較強(qiáng)大，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)于編程語(yǔ)言、概念、算法、思維等內(nèi)容接受起來(lái)有一定難度。比如VB語(yǔ)言及后續(xù)的VB.NET所開(kāi)發(fā)出來(lái)的程序僅僅限于Windows系統(tǒng)，應(yīng)用起來(lái)的面比較狹窄，具有較大的局限性，不僅會(huì)讓學(xué)生學(xué)起來(lái)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(shì)很不協(xié)調(diào)。

后來(lái)我們開(kāi)設(shè)了Python語(yǔ)言編程課程。Python語(yǔ)言是一門(mén)靈活性很強(qiáng)的編程語(yǔ)言，并且隨著人工智能的發(fā)展，它的發(fā)展勢(shì)頭很迅猛，功能也很強(qiáng)大。Python語(yǔ)言由于教學(xué)內(nèi)容精煉、語(yǔ)法輕量、語(yǔ)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(wàn)花筒》教學(xué)活動(dòng)為例探索中職Python語(yǔ)言編程課。

二、Python語(yǔ)言編程教學(xué)的實(shí)踐

Python語(yǔ)言是一種解釋型、面向?qū)ο?、?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)類(lèi)型的高級(jí)程序語(yǔ)言。我們?cè)谙驅(qū)W生講授Python語(yǔ)言知識(shí)系統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，更要注重教學(xué)實(shí)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(jì)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(wèn)題，從而達(dá)到鍛煉思維、提高能力的目的。

1.激發(fā)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)熱情

程序設(shè)計(jì)教學(xué)一直以來(lái)給學(xué)生的感覺(jué)就是無(wú)聊、乏味，缺乏對(duì)學(xué)生的吸引力。所以在開(kāi)設(shè)Python語(yǔ)言編程課的時(shí)候，不能僅以數(shù)據(jù)處理為目的，更應(yīng)該結(jié)合Python語(yǔ)言的鮮明特點(diǎn)，設(shè)計(jì)更有針對(duì)性的案例，讓學(xué)生覺(jué)得編程原來(lái)也可以這么好玩，編程也可以那么有趣，編程也可以那么時(shí)尚，以此來(lái)激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

《Python中的萬(wàn)花筒》教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)中，筆者先讓學(xué)生觀看萬(wàn)花筒，回憶兒時(shí)的快樂(lè)，感受萬(wàn)花筒帶來(lái)的多姿多彩的圖形世界，然后拋出一個(gè)問(wèn)題：同學(xué)們想知道怎么用程序來(lái)設(shè)計(jì)出萬(wàn)花筒的圖形嗎？頓時(shí)激起了同學(xué)們的探索熱情，大家都躍躍欲試。

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

表1

程序中倒數(shù)第二行“turtle.left(90)”是整個(gè)程序的關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)變換括號(hào)中的角度數(shù)值，可以得出千變?nèi)f化的萬(wàn)花筒圖案。(表2)得出圖案的那一刻，學(xué)生們是驚訝的、開(kāi)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(gè)重點(diǎn)，本節(jié)《Python中的萬(wàn)花筒》教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)中，通過(guò)圖形代碼編程，借助了Turtle圖形繪制函數(shù)庫(kù)，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(xiě)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(lái)可以用Python語(yǔ)言繪制出萬(wàn)花筒的圖形，他們一改以往對(duì)編程的抗拒，讓他們更信賴Python語(yǔ)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(jué)是學(xué)習(xí)傳統(tǒng)編程語(yǔ)言無(wú)法遇見(jiàn)的。這是一個(gè)關(guān)鍵的時(shí)刻，筆者趁熱打鐵，提出了問(wèn)題：萬(wàn)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(wàn)花筒的顏色豐富起來(lái)？問(wèn)題拋出，學(xué)生都很樂(lè)意去探索，尋找方法，并興奮地與同學(xué)探討交流。

其實(shí)只需要增加一行程序turtle.color(“red”)，就能夠使萬(wàn)花筒進(jìn)行顏色的變化，如red(紅色)、yellow(黃色)、blue(藍(lán)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(yàn)了更具有色彩感的萬(wàn)花筒。

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

3.一題多變，步步為營(yíng)

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(gè)圖形中出現(xiàn)多種顏色？多種顏色的組合，會(huì)讓圖形的變幻更加豐富多彩，達(dá)到真正萬(wàn)花筒的效果。

通過(guò)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(jìn)行引用。(表4)

程序turtle.color(colors[x % 5])，用“%”求模運(yùn)算，相當(dāng)于mod，也就是計(jì)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(guò)改變“%”后的數(shù)值來(lái)調(diào)整。(表5)

這是學(xué)生主動(dòng)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(dòng)實(shí)踐，真正激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。他們能夠主動(dòng)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(shí)，也使動(dòng)手能力、思維能力得到了真正的鍛煉。這種課堂趣味性很強(qiáng)，完全打破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，不僅限于“照葫蘆畫(huà)瓢”，不同的變式在學(xué)生的操作中應(yīng)運(yùn)而生，達(dá)到理想效果。在操作的過(guò)程中，他們?cè)鷮?shí)地掌握了新知識(shí)，并從中體會(huì)到了Python語(yǔ)言的簡(jiǎn)潔、高效、生態(tài)的特征，對(duì)Python接下來(lái)的學(xué)習(xí)有了更多的期待。

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

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著人工智能的快速發(fā)展，中職學(xué)校也開(kāi)始注重編程教學(xué)，注重編程課程與人工智能的銜接。Python語(yǔ)言的代碼編寫(xiě)規(guī)則類(lèi)似英語(yǔ)，所以相對(duì)比較容易掌握，減少了學(xué)生由于書(shū)寫(xiě)帶來(lái)的錯(cuò)誤，特別對(duì)于本身基礎(chǔ)就不是很扎實(shí)的中職學(xué)校學(xué)生來(lái)說(shuō)，更容易接受。Python語(yǔ)言的簡(jiǎn)潔、高效和生態(tài)的特點(diǎn)，注定更適合中職學(xué)生。