鄒衛(wèi)華

摘要：本文論述了在小學(xué)高年級(jí)學(xué)段引入Python教學(xué)的可行性和小學(xué)生計(jì)算思維的現(xiàn)實(shí)意義，并根據(jù)教學(xué)實(shí)踐給出了Python編程在小學(xué)高年級(jí)教學(xué)的基本目標(biāo)、內(nèi)容及實(shí)施策略。

關(guān)鍵詞：Python教學(xué)；計(jì)算思維；小學(xué)高年級(jí)

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2023）12-0049-04

Python是一門入門快、功能強(qiáng)大、高效靈活的編程語(yǔ)言，部分省份擬將Python納入信息技術(shù)高考，信息技術(shù)教材編程語(yǔ)言也將VB替換為Python；在義務(wù)教育階段，初中信息科技普遍采用Python進(jìn)行編程與人工智能方面的教學(xué)。那么，在小學(xué)階段，特別是小學(xué)的高年級(jí)（5～6年級(jí)）進(jìn)行Python教學(xué)是否適宜？筆者對(duì)此進(jìn)行了嘗試。

小學(xué)高年級(jí)Python編程教學(xué)可行性分析

1.基于Python語(yǔ)言特點(diǎn)的可行性

Python是命令式編程，是一種高層次結(jié)合了解釋性、編譯性、互動(dòng)性和面向?qū)ο蟮哪_本語(yǔ)言，也是一種靈活性高的跨平臺(tái)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。作為通用開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，Python已被廣泛地用于系統(tǒng)運(yùn)維、數(shù)據(jù)分析、人工智能等。

2.基于Python編程優(yōu)勢(shì)的可行性

Python的編程哲學(xué)是“優(yōu)雅”“明確”“簡(jiǎn)單”。在編程設(shè)計(jì)時(shí)，如果面臨多種選擇，Python開(kāi)發(fā)者可選擇明確且少有歧義的語(yǔ)法而不用花俏的語(yǔ)法。Python源代碼的可讀性優(yōu)勢(shì)，能讓學(xué)生從零開(kāi)始學(xué)習(xí)編程。

3.基于小學(xué)高年級(jí)所缺內(nèi)容的可行性

小學(xué)高年級(jí)的圖形化編程無(wú)法支撐兩年的學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)。例如，目前的蘇教版小學(xué)信息科技五、六年級(jí)的教材中涉及很多智能硬件內(nèi)容，但由于大部分學(xué)校沒(méi)有施教條件，導(dǎo)致五年級(jí)下學(xué)期與六年級(jí)整個(gè)學(xué)年無(wú)內(nèi)容可教。所以，引入Python語(yǔ)言可以上承圖形化編程，下接純字符編程，為五、六年級(jí)的學(xué)生正式學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程提供契機(jī)。

4.基于新型編程平臺(tái)圖文優(yōu)勢(shì)的可行性

目前，國(guó)內(nèi)的學(xué)生編程學(xué)習(xí)平臺(tái)種類豐富，有的是以圖形任務(wù)將代碼編寫與動(dòng)畫完美結(jié)合，有的是設(shè)置了代碼命令的“可點(diǎn)選”、代碼BUG的“行提示”，使編碼過(guò)程更容易吸引小學(xué)生，使其能夠?qū)Ｗ⒂诖a的邏輯（而不是語(yǔ)法和記憶），使學(xué)習(xí)過(guò)程更有效。

Python教學(xué)培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維的現(xiàn)實(shí)意義

1.認(rèn)識(shí)編程語(yǔ)言的意義

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課標(biāo)》）在“計(jì)算思維學(xué)段目標(biāo)”中指出，第三學(xué)段（5～6年）要“通過(guò)生活中的實(shí)例，了解算法的特征和效率。能用自然語(yǔ)言、流程圖等方式描述算法”。在實(shí)際教學(xué)中，編程語(yǔ)言是算法最直接的表達(dá)和最好驗(yàn)證。編程語(yǔ)言是計(jì)算思維的物質(zhì)外殼，是理解科技世界的一把鑰匙，其實(shí)質(zhì)是一種思考和理解方式。學(xué)生學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言的益處不僅僅是掌握編程技能，還能領(lǐng)略到其背后蘊(yùn)藏的重要思維模式。

2.培養(yǎng)編程思維的意義

《課標(biāo)》提出五、六年級(jí)的學(xué)生要學(xué)會(huì)將給定的編程任務(wù)分解為一系列實(shí)施步驟，使用順序、分支、循環(huán)三種基本控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單描述實(shí)施過(guò)程，并通過(guò)編程驗(yàn)證過(guò)程。在使用Python解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，可以幫助學(xué)生培養(yǎng)編程思維，學(xué)會(huì)思考和解決問(wèn)題的方法。例如，引導(dǎo)學(xué)生用Python實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的小游戲，如找出隨機(jī)生成的數(shù)字、猜數(shù)字等，在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生需要思考如何生成隨機(jī)數(shù)、控制游戲流程等。通過(guò)這些游戲的設(shè)計(jì)，學(xué)生不僅能學(xué)會(huì)如何編寫代碼，還能更好地對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象、分解、建模，從而增強(qiáng)編程思維，提高對(duì)抽象概念的理解能力。

3.增強(qiáng)算法表達(dá)的意義

算法是計(jì)算思維的核心要素之一。Python是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，可以幫助學(xué)生學(xué)會(huì)使用計(jì)算思維去解決問(wèn)題，增強(qiáng)算法表達(dá)能力。例如，讓學(xué)生通過(guò)Python編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算器（實(shí)現(xiàn)加減乘除運(yùn)算）—使用Python實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)計(jì)算；讓學(xué)生用Python實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析（統(tǒng)計(jì)數(shù)字個(gè)數(shù)、排序等）—更好地理解抽象的數(shù)據(jù)分析概念……通過(guò)這些實(shí)際操作，學(xué)生結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)加深了對(duì)抽象概念的理解，有助于提高其算法表達(dá)能力，為今后編程學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

4.提升綜合素養(yǎng)的意義

Python是人工智能語(yǔ)言，學(xué)習(xí)Python除了可以幫助學(xué)生提高代碼能力外，還可以幫助其更好地了解人工智能的基本概念和技術(shù)，并能夠通過(guò)實(shí)際編程實(shí)踐提升其人工智能創(chuàng)新能力。用Python實(shí)現(xiàn)實(shí)際項(xiàng)目（如制作網(wǎng)頁(yè)、數(shù)據(jù)可視化等）能夠讓學(xué)生體驗(yàn)從需求分析到程序?qū)崿F(xiàn)的整個(gè)流程，培養(yǎng)綜合應(yīng)用能力。通過(guò)項(xiàng)目合作，還能提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通能力以及項(xiàng)目管理能力。

小學(xué)高年級(jí)Python編程教學(xué)的目標(biāo)與內(nèi)容

1.基本目標(biāo)

①掌握基礎(chǔ)概念：確保理解Python編程語(yǔ)言的基本概念，如變量、數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符等。能夠正確使用這些概念，并能夠解釋它們的作用和意義。

②理解編程邏輯：培養(yǎng)學(xué)生的編程思維和邏輯思維能力，使他們能夠理解條件語(yǔ)句、循環(huán)結(jié)構(gòu)和函數(shù)等編程概念。能夠編寫簡(jiǎn)單的條件判斷和循環(huán)語(yǔ)句，并能夠設(shè)計(jì)和調(diào)用函數(shù)解決問(wèn)題。

③培養(yǎng)問(wèn)題解決能力：鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)編程來(lái)解決問(wèn)題，培養(yǎng)問(wèn)題分析和解決能力。能夠?qū)F(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)程序，并能夠運(yùn)用所學(xué)的編程知識(shí)解決這些問(wèn)題。

④實(shí)踐應(yīng)用能力：引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的Python知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中。通過(guò)設(shè)計(jì)小項(xiàng)目或?qū)嵗龑⒕幊碳寄軕?yīng)用于實(shí)際情境，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和實(shí)踐能力。

2.基本內(nèi)容

①變量與數(shù)據(jù)類型：介紹變量的概念和用法，如變量的聲明、賦值和使用。講解不同的數(shù)據(jù)類型，如整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符串等，并介紹它們的基本操作和轉(zhuǎn)換方法。

②條件與循環(huán)：介紹條件語(yǔ)句（如if語(yǔ)句）和循環(huán)結(jié)構(gòu)（如for循環(huán)和while循環(huán)），讓學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)條件執(zhí)行不同的代碼塊，以及重復(fù)執(zhí)行特定代碼塊。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生理解邏輯運(yùn)算符和比較運(yùn)算符的使用。

③函數(shù)與模塊：介紹函數(shù)的概念和定義方法，讓學(xué)生學(xué)會(huì)編寫和調(diào)用函數(shù)。講解函數(shù)參數(shù)和返回值的使用，并引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)自己的函數(shù)來(lái)解決問(wèn)題。同時(shí)，介紹常用的Python模塊和庫(kù)，如random、math等，讓學(xué)生學(xué)會(huì)利用這些模塊擴(kuò)展自己的程序功能。

④列表與字典：介紹列表和字典這兩種常見(jiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，講解它們的定義、遍歷和操作方法，引導(dǎo)學(xué)生利用列表和字典來(lái)組織和處理數(shù)據(jù)，解決實(shí)際問(wèn)題。

⑤文件操作：介紹如何讀寫文件，讓學(xué)生學(xué)會(huì)打開(kāi)文件、讀取和寫入文件內(nèi)容，以及關(guān)閉文件，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)文件操作來(lái)處理文本和數(shù)據(jù)文件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取和保存。

⑥圖形化編程：引入圖形化編程的概念，介紹基本的圖形化庫(kù)（如turtle庫(kù)）和繪圖方法，讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用圖形庫(kù)來(lái)繪制簡(jiǎn)單的圖形和動(dòng)畫，培養(yǎng)他們對(duì)編程的興趣和創(chuàng)造力。

Python教學(xué)實(shí)例與策略

由于目前小學(xué)并沒(méi)有關(guān)于Python的國(guó)編或省編教材，所以在教學(xué)中教師需要精選教學(xué)內(nèi)容，選擇適合小學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)生活的案例。

1.變量與數(shù)據(jù)類型的教學(xué)

如圖1所示，計(jì)算一個(gè)小學(xué)生的平均分?jǐn)?shù)并打印結(jié)果的程序，程序應(yīng)該使用以下變量和數(shù)據(jù)類型：

①語(yǔ)文、數(shù)學(xué)和英語(yǔ)三個(gè)學(xué)科的分?jǐn)?shù)（假設(shè)分?jǐn)?shù)范圍為0～100）。

②學(xué)生的姓名和年齡（假設(shè)姓名是字符串，年齡是整數(shù)）。

③平均分?jǐn)?shù)（假設(shè)是浮點(diǎn)數(shù)）。

這個(gè)示例程序展示了如何使用變量和數(shù)據(jù)類型來(lái)計(jì)算一個(gè)小學(xué)生的平均分?jǐn)?shù)。首先，使用input（）函數(shù)獲取數(shù)據(jù)，使用int（）函數(shù)轉(zhuǎn)成整數(shù)類型，再使用變量和算術(shù)運(yùn)算符計(jì)算平均分?jǐn)?shù)，并將結(jié)果存儲(chǔ)在變量中，最后使用print（）函數(shù)將計(jì)算結(jié)果輸出到屏幕上供用戶查看。

這個(gè)示例將編程中的變量和數(shù)據(jù)類型與現(xiàn)實(shí)生活中的學(xué)生信息相聯(lián)系，通過(guò)輸入學(xué)生的姓名、年齡和各科分?jǐn)?shù)，計(jì)算并打印學(xué)生的平均分?jǐn)?shù)，展示了編程在實(shí)際情境中的應(yīng)用，幫助學(xué)生理解變量和數(shù)據(jù)類型的概念。

2.條件與循環(huán)的教學(xué)

如圖2所示，編寫一個(gè)程序，根據(jù)用戶輸入的年齡判斷他們所處的階段，并打印相應(yīng)的信息。程序應(yīng)該使用以下條件和循環(huán)結(jié)構(gòu)：

①如果年齡小于等于12歲，打印“你是一個(gè)兒童”。

②如果年齡在13到18歲之間（包括13和18），打印“你是一個(gè)青少年”。

③如果年齡大于18歲，打印“你是一個(gè)成年人”。

④如果用戶輸入的年齡為0或負(fù)數(shù)，打印“年齡輸入無(wú)效，請(qǐng)重新輸入”，并重新提示用戶輸入年齡。

這個(gè)示例程序展示了如何使用條件和循環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)根據(jù)用戶的年齡判斷他們所處的階段。先用while循環(huán)來(lái)確保用戶輸入的年齡是有效的，即大于0。如果用戶輸入的年齡小于等于0，打印“無(wú)效消息”并再次提示用戶輸入年齡。最重要的是使用條件語(yǔ)句if-elif-else，根據(jù)年齡判斷用戶所處的階段。這個(gè)示例將編程中的條件和循環(huán)結(jié)構(gòu)與現(xiàn)實(shí)生活中的年齡階段相聯(lián)系。通過(guò)根據(jù)用戶的年齡輸出相應(yīng)的信息，展示了條件和循環(huán)在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)的應(yīng)用，幫助學(xué)生理解條件和循環(huán)的概念。

3.函數(shù)與模塊的教學(xué)

如下頁(yè)圖3所示，編寫一個(gè)程序，使用函數(shù)和模塊來(lái)計(jì)算正方形的面積和周長(zhǎng)。程序應(yīng)該包括以下部分：

①定義一個(gè)名為calculate_area的函數(shù)，接受正方形的邊長(zhǎng)作為參數(shù)，并返回正方形的面積。

②定義一個(gè)名為calculate_perimeter的函數(shù)，接受正方形的邊長(zhǎng)作為參數(shù)，并返回正方形的周長(zhǎng)。

③在主程序中，提示用戶輸入正方形的邊長(zhǎng)，使用上述函數(shù)計(jì)算正方形的面積和周長(zhǎng)，并將結(jié)果打印輸出。

這個(gè)示例程序展示了如何使用函數(shù)和模塊來(lái)計(jì)算正方形的面積和周長(zhǎng)。定義兩個(gè)函數(shù)：calculate_area用于計(jì)算正方形的面積，接受正方形的邊長(zhǎng)作為參數(shù)，并返回面積；calculate_perimeter用于計(jì)算正方形的周長(zhǎng)，同樣接受邊長(zhǎng)作為參數(shù)，并返回周長(zhǎng)。調(diào)用上述定義的函數(shù)來(lái)計(jì)算正方形的面積和周長(zhǎng)，并將結(jié)果打印輸出。這個(gè)示例將函數(shù)和模塊與現(xiàn)實(shí)生活中的正方形計(jì)算聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)定義和使用函數(shù)來(lái)計(jì)算正方形的面積和周長(zhǎng)，展示了函數(shù)的封裝和重用性，幫助學(xué)生理解函數(shù)和模塊的概念。

4.代碼編寫圖形的教學(xué)

如圖4所示，編寫一個(gè)程序，在屏幕上繪制一個(gè)簡(jiǎn)單的笑臉圖形，使用圖形化編程庫(kù)（如turtle庫(kù)）來(lái)完成，并包括以下元素：①一個(gè)圓形的臉部；②兩個(gè)小圓形的眼睛；③一個(gè)弧線表示的微笑嘴巴。

這個(gè)示例程序展示了如何使用圖形化編程庫(kù)在屏幕上繪制一個(gè)簡(jiǎn)單的笑臉圖形。讓學(xué)生學(xué)習(xí)導(dǎo)入turtle庫(kù)，并創(chuàng)建一個(gè)畫布和畫筆對(duì)象，體驗(yàn)運(yùn)用畫筆對(duì)象來(lái)繪制笑臉的各個(gè)元素。使用circle（）方法繪制一個(gè)圓形的臉、眼睛、微笑的嘴巴，goto（）方法將畫筆移動(dòng)到指定的位置，setheading（）方法設(shè)置畫筆的初始方向，隱藏畫筆，用exitonclick（）方法實(shí)現(xiàn)等待用戶點(diǎn)擊、畫布關(guān)閉等。這個(gè)示例將圖形化編程與現(xiàn)實(shí)生活中的笑臉圖形聯(lián)系起來(lái)，展示了圖形化編程在可視化表達(dá)和創(chuàng)造性展示方面的應(yīng)用，幫助學(xué)生理解用代碼編寫圖形化的功能。

結(jié)束語(yǔ)

在《課標(biāo)》的指導(dǎo)下，在小學(xué)高年級(jí)引入Python教學(xué)有著現(xiàn)實(shí)可行性與培養(yǎng)計(jì)算思維的積極意義。教師在教學(xué)中，可以根據(jù)學(xué)生的年級(jí)和水平，以及教學(xué)時(shí)間的安排，適當(dāng)增減或調(diào)整模塊內(nèi)容。在劃定Python課程模塊時(shí)，要確保各個(gè)模塊之間的順序和邏輯關(guān)系，使學(xué)生能夠逐步建立起完整的編程知識(shí)體系。在確定教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重點(diǎn)時(shí)，要考慮學(xué)生的年齡、編程經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)能力，并確保目標(biāo)的可行性和可衡量性，同時(shí)靈活調(diào)整目標(biāo)和重點(diǎn)，以適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和需求。

本文為江蘇省“十四五”教育科學(xué)規(guī)劃課題“人工智能教育背景下中小學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)”階段性成果。