Python在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

趙福生 劉力

摘要：在中小學(xué)信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，都有“算法和編程”的模塊，它既是信息技術(shù)的核心，也是難點(diǎn)，信息技術(shù)教師應(yīng)該把這部分放在培養(yǎng)學(xué)生興趣的位置，既不是走走形式，也不是培養(yǎng)他們成為程序員，我們教孩子學(xué)習(xí)編程的目的不是鼓勵(lì)孩子學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)專業(yè)，而是借助這樣一種工具鍛煉孩子的邏輯思維，增強(qiáng)信息技術(shù)意識(shí)，培養(yǎng)他們處理數(shù)據(jù)的能力。那么選擇什么樣的語(yǔ)言比較合適成為話題，很多省市選擇了Python語(yǔ)言，該文結(jié)合Pythton的功能分析它的優(yōu)勢(shì)有哪些，中小學(xué)教師如何發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)展開教學(xué)，如何克服初學(xué)者學(xué)習(xí)編程的障礙，突破語(yǔ)言難點(diǎn)，增加學(xué)生興趣，達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：Python；課程標(biāo)準(zhǔn)；信息素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）17-0190-02

最近Python語(yǔ)言已經(jīng)進(jìn)入山東省小學(xué)教材，浙江省信息技術(shù)教材也將啟用Python，這意味著可能成為高考內(nèi)容之一，北京市也確定把Python編程基礎(chǔ)納入信息技術(shù)課程和高考的內(nèi)容體系。那么Python成為很受歡迎的語(yǔ)言，它的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在哪兒，中小學(xué)生能夠容易接受嗎，它能培養(yǎng)學(xué)生的編程思維或提高數(shù)據(jù)處理的能力嗎？

解答上述問題，首先要明確我們的目標(biāo)是培養(yǎng)中小學(xué)生的信息素養(yǎng)，簡(jiǎn)單點(diǎn)兒說(shuō)是數(shù)據(jù)處理能力，進(jìn)而逐步培養(yǎng)計(jì)算思維（信息技術(shù)課程的核心素養(yǎng)之一），而不是培養(yǎng)所有學(xué)生都成為程序員，或是以后選擇計(jì)算機(jī)專業(yè)。當(dāng)前，編程能力正在與閱讀、寫作、算術(shù)成為學(xué)生從小具備的能力之一，就是說(shuō)，我們希望找到一種語(yǔ)言，能夠簡(jiǎn)單明了、高效直接地表達(dá)算法，越接近自然語(yǔ)言越好，這樣學(xué)生可以將注意力集中在算法本身，盡量少的去思考存儲(chǔ)空間，內(nèi)存等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方面的知識(shí)，因?yàn)槟菢訒?huì)有很多課程如《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》需要額外學(xué)習(xí)，這顯然不符合實(shí)際。還有我們希望它能有廣泛的用途，比較長(zhǎng)的生命周期，于是Python成為了首選，現(xiàn)在筆者結(jié)合中小學(xué)生初學(xué)編程的需求，課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，給出如何利用Python的優(yōu)勢(shì)在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)、計(jì)算思維等一些建議。

在義務(wù)教育階段，尚沒有國(guó)家正式頒布的《信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》，可以參考中國(guó)教育技術(shù)協(xié)會(huì)信息技術(shù)教育專業(yè)委員會(huì)2012年修訂的《基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》1，在小學(xué)部分的課程模塊“結(jié)構(gòu)與算法”里有3點(diǎn)要求：（1） 結(jié)合生活中的具體問題，能夠用自然語(yǔ)言及手工畫流程圖的方式描寫解決問題的過程；能讀懂流程圖；與使用自然語(yǔ)言相比較，體驗(yàn)使用流程圖方式的優(yōu)點(diǎn)；（2） 熟悉一種積木式程序設(shè)計(jì)工具的圖形化編程環(huán)境；（3） 結(jié)合實(shí)例使用積木式程序設(shè)計(jì)工具，體驗(yàn)程序設(shè)計(jì)作為一種特殊的信息加工處理方式的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。其中第（2）點(diǎn)用Scratch軟件即可實(shí)現(xiàn)，第（3）點(diǎn)教師們普遍感到無(wú)從下手，因?yàn)闆]有一種足夠“弱類型”的語(yǔ)言，讓學(xué)生不用過多關(guān)注語(yǔ)言本身，而是作為一種信息加工處理方式去體驗(yàn)程序的必要性和優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在Python語(yǔ)言可以解決這個(gè)問題，它的特點(diǎn)就是“弱類型”，我們用對(duì)比的方式進(jìn)行說(shuō)明。眾所周知的C語(yǔ)言就是強(qiáng)類型，要處理字符型的數(shù)據(jù)，一定要聲明字符數(shù)組或字符串，并要包含字符串頭文件，#include，數(shù)值型的一定要區(qū)分整型，長(zhǎng)整型，雙精度型等等，因?yàn)檫@意味著在內(nèi)存中開辟什么類型的空間，這對(duì)程序員是有好處的，為寫底層程序打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，但同時(shí)也超出了小學(xué)生的接受能力。而Python可以有效屏蔽一些語(yǔ)言障礙，用類似于“偽代碼”的格式體現(xiàn)最核心的部分。如可以不用類型聲明，直接把值賦給變量x，x='I love study！'，print（x*4），就能輸出4遍I love study！2，這種表達(dá)讓學(xué)生把注意力放在算法與程序的思想上，體驗(yàn)程序的優(yōu)美，領(lǐng)悟計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的方式。

在初中階段，《基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》里提出了“了解高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的概念，熟悉一種可視化程序開發(fā)工具的編程環(huán)境，借助實(shí)例理解控件、對(duì)象、屬性等基本概念，掌握程序的編輯、編譯、運(yùn)行的方法”等11點(diǎn)要求。Python語(yǔ)言即是實(shí)現(xiàn)這些標(biāo)準(zhǔn)是最佳選擇，舉一個(gè)“面向?qū)ο蟆钡睦?：

這是一個(gè)“找完全平均數(shù)”的小程序，第1行是導(dǎo)入數(shù)學(xué)庫(kù)，意味著要用到數(shù)學(xué)相關(guān)的運(yùn)算，第3行用對(duì)象的引用符“.”，所以稱它結(jié)合了面向?qū)ο笳Z(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)。

筆者建議義務(wù)教育階段的教師在技術(shù)上不用講解太深，只需用一本“Python語(yǔ)言基礎(chǔ)教程”方面的教材，根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)，重點(diǎn)是演示程序的工作方式，介紹算法的原理，教學(xué)中多列舉一些數(shù)字計(jì)算的例子，因?yàn)樾W(xué)高年級(jí)和初中生已經(jīng)具備了一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，快速的數(shù)字計(jì)算是人類的弱項(xiàng)，恰好是計(jì)算機(jī)和程序的強(qiáng)項(xiàng)，先讓學(xué)生們用紙筆計(jì)算，應(yīng)用建構(gòu)主義理論，再拿出一段程序去演示，對(duì)比的教學(xué)方式一定會(huì)讓學(xué)生們被計(jì)算機(jī)和程序的神奇所吸引，產(chǎn)生極大的興趣。Python在語(yǔ)言規(guī)則方面障礙低，功能強(qiáng)，能否利用好它的特點(diǎn)，不拘泥于某種語(yǔ)言，是教師培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)的最佳途徑。

在高中階段，2017年國(guó)家正式頒布了《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》4，在課程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，加入了當(dāng)前熱門的模塊四-人工智能，這部分對(duì)于一般語(yǔ)言來(lái)說(shuō)切入難度較大，但是Python的“類庫(kù)”十分豐富，包含了人工智能部分，“類庫(kù)”即功能模塊，越豐富，完成的功能越多，效率越高，被形象地稱作“內(nèi)置電池”，而且還有大量的第三方庫(kù)，可拿過來(lái)直接使用。高中階段的教師對(duì)“選擇性必修”模塊應(yīng)根據(jù)學(xué)生的接受能力主要從質(zhì)性角度去講解，從性質(zhì)、特點(diǎn)、功能的介紹調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，如“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”的“樹”型結(jié)構(gòu)，它的主要應(yīng)用是“棋類”搜索，并啟發(fā)學(xué)生是否還有其他用途，“圖”型結(jié)構(gòu)主要用于“交通類”程序等等，如果把功夫用在內(nèi)部細(xì)節(jié)上，課時(shí)肯定不夠用，與“課標(biāo)組”的初衷背道而馳，還扼殺了學(xué)生對(duì)課程的興趣。

Python語(yǔ)言還要其他很多優(yōu)點(diǎn)：不考慮內(nèi)存，動(dòng)態(tài)加載，膠水語(yǔ)言等等5，就像其他語(yǔ)言一樣，它也有缺點(diǎn)，但這不影響Python的普及，每種語(yǔ)言都有它自己的用途。還是那句話，我們教孩子寫程序的目的不是要培養(yǎng)“程序猿”，而是幫助孩子表達(dá)自我和組織觀點(diǎn)的新途徑，鍛煉孩子的邏輯思維，培養(yǎng)孩子的科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2012版） [EB/OL].[2012-05].https：//wenku.baidu.com/view/ 51e9513331b765ce04081447.

[2] David Beazley & Brian Jones. Python Cookbook[M].北京：人民郵電出版社，2015：16-17.

[3] Mark Summerfield. Python編程實(shí)戰(zhàn)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，26-29.

[4] 普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）[EB/OL].[2017].https：//wenku.baidu.com/view/ 5681a5752379168884868762c aaedd3383c4b594.html.

[5] 你都用Python做什么？[EB/OL].[2015-10-28]. https：//www.zhihu.com/question/.