鄧正媛
摘 要:隨著人工智能和5G技術(shù)的發(fā)展,使編程成為教育的重要組成部分。傳統(tǒng)的Logo或Scratch編程已不能滿足數(shù)字時代的需求。Python語言簡單易學(xué),功能強大,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,注重解決問題而無需關(guān)注語言、語法規(guī)則本身,適合不同年齡段的人學(xué)習(xí)編程。根據(jù)小學(xué)生的年齡和心理特點,從Python編程語言的特點和教學(xué)要點入手,用不同的教學(xué)策略以條件判斷邏輯為案例進行初探,從而打開Python小學(xué)教學(xué)的研究的大門。
關(guān)鍵詞:Python ;人工智能和5G技術(shù);計算思維;條件判斷
2017年7月國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》,明確指出在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程,逐步推廣編程教育[1]。12月14日,國家工業(yè)和信息化部發(fā)布《促進新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃(2018-2020年)》。人工智能已深入我們生活,編程也將成為教育領(lǐng)域的重頭戲,學(xué)編程成為時代所需。北京和浙江把 Python 編程基礎(chǔ)納入信息技術(shù)課程和高考的內(nèi)容體系,山東省更是將Python內(nèi)容納入最新出版的小學(xué)信息技術(shù)六年級教材中。Python成為目前最受歡迎的編程語言,也是最接近人工智能的語言。
當前在小學(xué)教學(xué)中常以Logo或Scratch等編程作為學(xué)生主要的學(xué)習(xí)工具。但是小學(xué)生作為數(shù)字時代的原住民,小學(xué)教學(xué)應(yīng)緊跟時代的步伐,更要走在時代的前列,做好與中高等教育的銜接,與此同時,由于大數(shù)據(jù)、人工智能、5G的蓬勃發(fā)展,Python語言應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,市場對Python應(yīng)用與開發(fā)的人才需求,也正在不斷上漲。因此小學(xué)Python校本課程開發(fā)迫在眉睫。
1 背景
1.1 人工智能+5G的時代背景
2019年6月6日,國家工業(yè)和信息化部正式頒發(fā)5G商用牌照,這標志著人工智能+5G時代正式到來。人們將關(guān)注點聚焦在人工智能和5G網(wǎng)絡(luò)之上。然而,人工智能曾因被盲目追捧而遭遇發(fā)展的低谷,但隨著人類不斷突破核心算法、開發(fā)應(yīng)用環(huán)境以及大量資金的持續(xù)投入,使得人工智能從2010年開始,獲得了飛躍式發(fā)展。目前第五代移動通信技術(shù)正式啟用,人工智能在5G這條信息高速公路上,可以為用戶提供更快的響應(yīng)速度、豐富的內(nèi)容、更智能的應(yīng)用模式以及更直觀的體驗。5G為人工智能的發(fā)展注入新動力。5G在推動人工智能發(fā)展的同時,人工智能技術(shù)也會助力5G自動化、智能化的發(fā)展進程。5G技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及網(wǎng)絡(luò)維護方面要求高,將大量增加以人工為主的傳統(tǒng)工作量和復(fù)雜度。此時,Python程序開發(fā)的人工智能技術(shù)通過對網(wǎng)絡(luò)運營和海量數(shù)據(jù)進行分析將會為網(wǎng)絡(luò)自動化運行提供重要支撐。
1.2 Python 編程語言的特點及教學(xué)要點
Python,是一種面向?qū)ο蟮慕忉屝陀嬎銠C程序設(shè)計語言,具有豐富和強大的庫,已經(jīng)成為繼JAVA,C++之后的第三大語言,它具有免費開源、可移植性、可擴展性、可嵌入性等特點[2]。Python作為一門編程語言,其魅力遠超Java、C++,被稱為“膠水語言”、 “最美麗的”編程語言[3],具有開發(fā)效率高、功能強大、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等優(yōu)勢,在人工智能與機器學(xué)習(xí)、自動化運維、網(wǎng)絡(luò)爬蟲與數(shù)據(jù)分析等方面獨占鰲頭,得到廣泛支持和應(yīng)用。
在小學(xué)開展Python 語言教學(xué)時要更多地專注應(yīng)用計算機解決問題的思路和方法,讓學(xué)生在用計算機編程的過程中, 逐步提高思考問題、分析問題、解決問題的能力,而不是注重太多的語法細節(jié)和計算機底層知識,就像我們只需知道如何利用腳下的路,去更遠的地方,看更多的風(fēng)景,而不需要知道路是如何修的一樣。然后編寫代碼,通過不斷調(diào)試修改達到預(yù)期結(jié)果,進而達到培養(yǎng)學(xué)生計算思維和解決問題的能力[4]。在以問題驅(qū)動為導(dǎo)向的Python 語言教學(xué)過程中,從學(xué)生實際生活出發(fā),讓學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)到的編程知識和大腦記憶中的真實任務(wù)情境聯(lián)系起來,有利于學(xué)生去理解學(xué)習(xí)生活中的工作邏輯、工作原理。比如智能家居系統(tǒng)所涉及到的數(shù)據(jù)采集和機器學(xué)習(xí)等,教師將Python 知識點與實際生活相結(jié)合,讓其感覺到計算機解決實際問題的作用,幫助他們建立學(xué)習(xí)自信,進一步激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣與欲望。Python語言不僅能讓學(xué)生通過指令和計算機交流,專注于算法思維和程序的邏輯結(jié)構(gòu),形成人機共存,還能在編程過程中用接近自然語言的方式通過代碼來傳情達意,讓學(xué)生對技術(shù)“祛魅”,從小培養(yǎng)他們正確合理地使用技術(shù)的意識,從而更好地發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。
2 Python校本課程教學(xué)探索
依據(jù)人工智能的時代背景,結(jié)合小學(xué)生的心理特點,Python程序設(shè)計課程內(nèi)容主要包括:Python簡介,Python安裝,Python輸入輸出,數(shù)據(jù)類型與變量,運算符,條件語句,循環(huán)語句等。
2.1 教學(xué)策略
2.1.1 視頻或游戲交互式教學(xué),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣
興趣是打開語言世界大門的鑰匙。小學(xué)生對視頻畫面和游戲較感興趣,緊緊抓住他們的興趣點,使學(xué)生的注意力很快集中到課堂上,同時也給學(xué)生提供將腦海中的想法可視化并轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實的機會,充分利用充滿趣味的視頻和游戲,激發(fā)學(xué)生的求知欲,為學(xué)生搭建通往Python世界的橋梁,讓學(xué)生能夠?qū)o形的抽象思維變成現(xiàn)實世界有模有樣的畫面。學(xué)會編程能夠讓你創(chuàng)造更新奇的程序——互動故事、視頻游戲、及交互動畫等。
2.1.2 故事與案例相融合,讓學(xué)生自主探究合作學(xué)習(xí)
以故事與感興趣的案例導(dǎo)入,讓學(xué)生主動的探索現(xiàn)實世界的問題和挑戰(zhàn),從而加深對知識和技能的印象。在案例基礎(chǔ)上稍作變化,舉一反三,學(xué)生便能編寫出更多程序和應(yīng)用,直至實現(xiàn)程序的可視化,這就是讓學(xué)生在探索的同時享受到編程的樂趣。
2.1.3 項目與應(yīng)用體驗相結(jié)合,循序漸進,打開Python的大門
學(xué)生有一定編程基礎(chǔ)后,可以教學(xué)生運行Python項目工程,調(diào)節(jié)傳感器參數(shù)來模擬機器“學(xué)習(xí)”的過程,體驗人工智能人機交互的基礎(chǔ)原理,完成簡單的動作識別,這種實驗方式讓學(xué)生得到初步的知識和體驗,以此消除在進階學(xué)習(xí)過程中的畏難心理。如從學(xué)生日常接觸的小米AI音箱(小愛同學(xué)),微軟的小冰聊天機器人,谷歌的智能人工交互體驗程序等話題和素材入手,拓展出有趣味性的Python課堂,讓學(xué)生圍繞這些話題提出討論,進而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。以小米AI音箱為例可以提出:還想讓小愛同學(xué)實現(xiàn)哪些功能?學(xué)生可能提出:要求小愛像鬧鐘一樣叫我起床,并播放我最喜歡的音樂,開啟美好的一天;要求小愛建立“心情樂庫”,感知心情播放歌曲;要求小愛定時給我的父母、好友發(fā)生日祝福歌曲等等,這些貼近生活實際問題的討論本身就是教學(xué)的最好形式。
2.2 Python 編程教學(xué)案例
2.2.1 情境創(chuàng)設(shè)? 激發(fā)興趣
播放視頻《復(fù)仇者聯(lián)盟》片段,如果滅霸集齊6顆能量寶石他就能毀滅宇宙。從而引出本課學(xué)習(xí)的內(nèi)容:滅霸的野心——條件判斷。利用學(xué)生生活中所見所聞的話題巧妙地拉開精彩課堂的序幕。
2.2.2 自主探究? 分享交流
通過情景演化出普通任務(wù)(單項判斷邏輯:if語句),學(xué)生自學(xué)條件判斷并模仿創(chuàng)作。
教學(xué)方法上采用情景教學(xué)法和任務(wù)驅(qū)動法,通過情景分析讓學(xué)生理解命令、使用命令,在任務(wù)驅(qū)動中發(fā)現(xiàn)有關(guān)print()函數(shù)前的空格縮進問題[5]。同學(xué)們深入思考,利用觀察法和聯(lián)想法(小學(xué)語文作文空兩格)找到了解決問題的思路和方法,并在小組內(nèi)分享交流,滿足學(xué)生的表現(xiàn)欲,提升學(xué)生的獲得感。由此學(xué)生知曉Python語言冒號的語法規(guī)則,即為區(qū)分代碼之間的層級關(guān)系,幫助理解執(zhí)行條件的邏輯和先后順序。自主學(xué)習(xí)讓學(xué)生更好的發(fā)揮內(nèi)在動力去探索編程的樂趣。
2.2.3 合作學(xué)習(xí)? 釋疑解難
經(jīng)過幾場戰(zhàn)斗,滅霸已經(jīng)搶到了3顆寶石,展現(xiàn)了漫威宇宙強大的反派實力。但滅霸不會就此罷休,他要繼續(xù)尋找靈魂寶石,直到集齊6顆,達到他的目的為止。如果6顆寶石沒集齊,就繼續(xù)收集寶石。由普通任務(wù)生成進階任務(wù)一(雙向判斷邏輯:if…else…語句)。
編程過程中同學(xué)們根據(jù)課堂任務(wù)生成有關(guān)if與else層級關(guān)系的問題,采用對比教學(xué)法利用數(shù)學(xué)四則運算之間的關(guān)系讓學(xué)生明白if與else平級的關(guān)系:如果不滿足if條件,就執(zhí)行else其他條件。課中利用分層教學(xué),給出了進階任務(wù)二(多向判斷邏輯)。讓編程能力較好的同學(xué)能夠在課堂上得到充分的展示。從進階任務(wù)中可以看出,小學(xué)生可以很快地吸納條件判斷的知識點,運用新知完成熟悉的簡單任務(wù), 不僅增強了學(xué)習(xí)自信心,還能為其接下來的學(xué)習(xí)做好積極的心理準備,進而培養(yǎng)計算思維。
2.2.4 自由創(chuàng)作? 展示評價
自由創(chuàng)作能較好地發(fā)揮學(xué)生的個性特點,體現(xiàn)出學(xué)生的能力差異,讓其運用所學(xué)內(nèi)容進行編程完成高階任務(wù),以達到學(xué)以致用的目的。教師給出我的暑假計劃和我與媽媽的公約等貼近學(xué)生生活的開放性主題或者學(xué)生自定有意義的條件判斷主題讓他們鞏固知識。在這部分的授課方式和課堂語言的組織上,以學(xué)生的編程思維引導(dǎo)為重點,以方法的總結(jié)歸納為突破,從而達到學(xué)生從“我要做什么”向“我要怎么做”轉(zhuǎn)變,最后做到“我還能這樣做”[6]的質(zhì)的飛躍。
根據(jù)學(xué)生完成的情況和課堂時間,鼓勵學(xué)生主動分享程序,講解編程思路,并進行展示。通過多元化評價不僅能夠活躍課堂氣氛,促進學(xué)生之間的交流與合作,讓學(xué)生實現(xiàn)自我反思和自我判斷的蛻變。最后在思考、欣賞同學(xué)編程的過程中,對所學(xué)知識進行梳理總結(jié),拓展提升,培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和創(chuàng)新能力。
3 總結(jié)
芬蘭教育部長說:“在未來,如果你的學(xué)生懂編程,他就是未來世界的創(chuàng)造者;如果他不懂,他只是使用者?!币跃幊虨榛A(chǔ)的技術(shù)革新已成為新一輪產(chǎn)業(yè)變革的驅(qū)動力,將會對世界經(jīng)濟、社會進步和人類生活產(chǎn)生極大的影響。Python以它獨特的優(yōu)點成為我們能夠與世界前沿科技相溝通的首選。學(xué)習(xí)編程并不是要讓學(xué)生掌握編寫程序的技巧,而是讓其逐步接觸、理解、體驗編程的邏輯操作、算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等通用的工程方法和數(shù)學(xué)知識,鼓勵學(xué)生基于現(xiàn)有的技術(shù)應(yīng)用做合理的科學(xué)創(chuàng)新,以文學(xué)創(chuàng)作的形式表現(xiàn)出來,突出編程技術(shù)為追求崇高生活而服務(wù),增強編程的人文性,從而做到橫向?qū)崿F(xiàn)學(xué)科之間的融合,縱向關(guān)注學(xué)科知識的掌握和學(xué)生實踐能力與核心素養(yǎng)的提升,以此達到編程教學(xué)的根本目的。
參考文獻:
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