Python語言編程課的教學實踐探索
——以《Python中的萬花筒》教學活動為例

文/東莞市商業(yè)學校 周 蓉

國務院印發(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)成為一個國際市場競爭的新焦點，建議在中小學階段設(shè)置人工智能相關(guān)理論課程，并逐步開展“全民智能編程”教育。編程是幫助實現(xiàn)人工智能的方法之一，Python語言作為一種新的編程語言，越來越受歡迎，簡單易學、語法簡潔等特征使得它被各領(lǐng)域廣泛應用。如何上好枯燥無味的編程課，對教師來說是一項挑戰(zhàn)。

一、研究背景

很多發(fā)達國家都在積極推動青少年編程教育。比如，美國的很多孩子在六七歲就開始接觸編程課程；美國前總統(tǒng)奧巴馬曾發(fā)起“編程一小時”運動；蘋果公司首席執(zhí)行官蒂姆·庫克(Tim Cook)也給出過一條建議：“編程，應該成為所有公立學校的必修課?！庇直热?，歐盟已經(jīng)有15個國家將編程技術(shù)教育列為必修課；芬蘭自小學一年級便正式啟動全國計算機編程教育；以色列將教育孩子網(wǎng)絡(luò)信息安全管理技術(shù)作為一項國家使命；瑞典在2018年秋天正式出臺電腦編程學校課程(含小學1年級課程)。

“少年強則國強”，青少年是推動祖國未來發(fā)展的主力軍，我國也于2017年發(fā)布了《國務院關(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熱點。但是，目前并沒有推出一套適合青少年學習的編程教育體系，所以筆者認為研究出一套適合青少年學習的人工智能編程教育體系勢在必行。

筆者所在學校是一所職業(yè)中學，編程課程是中職計算機專業(yè)的必修課程，課程開設(shè)的目的是讓學生掌握一至兩門高級程序設(shè)計語言，比如C語言、C++語言、VB語言、Java語言等，課程的開展主要側(cè)重理論學習，教師一般“先教”，然后學生上機操作實踐。由于中職學生的知識基礎(chǔ)相對薄弱，這些語言語法系統(tǒng)比較強大，導致學生對于編程語言、概念、算法、思維等內(nèi)容接受起來有一定難度。比如VB語言及后續(xù)的VB.NET所開發(fā)出來的程序僅僅限于Windows系統(tǒng)，應用起來的面比較狹窄，具有較大的局限性，不僅會讓學生學起來很乏味，教師也不能很好地激發(fā)他們的學習興趣，與人工智能的大發(fā)展趨勢很不協(xié)調(diào)。

后來我們開設(shè)了Python語言編程課程。Python語言是一門靈活性很強的編程語言，并且隨著人工智能的發(fā)展，它的發(fā)展勢頭很迅猛，功能也很強大。Python語言由于教學內(nèi)容精煉、語法輕量、語言表示層次更高，所以更適合于學生學習、理解和掌握。

本文以《Python中的萬花筒》教學活動為例探索中職Python語言編程課。

二、Python語言編程教學的實踐

Python語言是一種解釋型、面向?qū)ο蟆討B(tài)數(shù)據(jù)類型的高級程序語言。我們在向?qū)W生講授Python語言知識系統(tǒng)的教學過程中，更要注重教學實踐的方法，了解學生的興趣，從學生的興趣出發(fā)，預先設(shè)計出讓學生感興趣的教學內(nèi)容，讓學生在有趣的程序?qū)W習中克服遇到的困難，并嘗試去解決問題，從而達到鍛煉思維、提高能力的目的。

1.激發(fā)興趣，調(diào)動學習熱情

程序設(shè)計教學一直以來給學生的感覺就是無聊、乏味，缺乏對學生的吸引力。所以在開設(shè)Python語言編程課的時候，不能僅以數(shù)據(jù)處理為目的，更應該結(jié)合Python語言的鮮明特點，設(shè)計更有針對性的案例，讓學生覺得編程原來也可以這么好玩，編程也可以那么有趣，編程也可以那么時尚，以此來激發(fā)學生的興趣，調(diào)動學生的學習熱情。

《Python中的萬花筒》教學活動設(shè)計中，筆者先讓學生觀看萬花筒，回憶兒時的快樂，感受萬花筒帶來的多姿多彩的圖形世界，然后拋出一個問題：同學們想知道怎么用程序來設(shè)計出萬花筒的圖形嗎？頓時激起了同學們的探索熱情，大家都躍躍欲試。

接下來通過閱讀、講解、嘗試等活動，讓學生討論，動手編寫程序，筆者在一旁檢查提醒，提出修改建議，很快他們就編寫出了程序。(表1)

表1

程序中倒數(shù)第二行“turtle.left(90)”是整個程序的關(guān)鍵點，通過變換括號中的角度數(shù)值，可以得出千變?nèi)f化的萬花筒圖案。(表2)得出圖案的那一刻，學生們是驚訝的、開心的、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)學生的學習積極性是筆者備課的一個重點，本節(jié)《Python中的萬花筒》教學活動設(shè)計中，通過圖形代碼編程，借助了Turtle圖形繪制函數(shù)庫，得到直觀圖像，激發(fā)了學生的興趣，讓他們能比較輕松地編寫出程序，并能自主地在課堂上觀察圖形的變化。讓學生感受到，原來可以用Python語言繪制出萬花筒的圖形，他們一改以往對編程的抗拒，讓他們更信賴Python語言，真正激發(fā)了學習熱情。

2.舉一反三，激發(fā)學生探索新知

這種感覺是學習傳統(tǒng)編程語言無法遇見的。這是一個關(guān)鍵的時刻，筆者趁熱打鐵，提出了問題：萬花筒的圖案那么漂亮，怎么可以少了顏色呢？同學們思考一下，能否想辦法讓萬花筒的顏色豐富起來？問題拋出，學生都很樂意去探索，尋找方法，并興奮地與同學探討交流。

其實只需要增加一行程序turtle.color(“red”)，就能夠使萬花筒進行顏色的變化，如red(紅色)、yellow(黃色)、blue(藍色)、purple(紫色)、green(綠色)、cyan(青色)等。(表3)這一步驟讓學生重溫了顏色的英文單詞，也讓學生體驗了更具有色彩感的萬花筒。

給學生足夠的探究時間，并且允許他們交流討論，鼓勵他們大膽操作嘗試，程序出現(xiàn)錯誤沒有關(guān)系，關(guān)鍵是鼓勵他們要敢于操作。

3.一題多變，步步為營

表4

單一的顏色總是顯得有些單調(diào)，于是再次引導學生思考：能否在一個圖形中出現(xiàn)多種顏色？多種顏色的組合，會讓圖形的變幻更加豐富多彩，達到真正萬花筒的效果。

通過探索，學生發(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行引用。(表4)

程序turtle.color(colors[x % 5])，用“%”求模運算，相當于mod，也就是計算除法的余數(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，可以通過改變“%”后的數(shù)值來調(diào)整。(表5)

這是學生主動操作的一節(jié)課，教師所做的只是給出不同的建議，引導學生從不同的方向去思考、去改變、去主動實踐，真正激發(fā)了學生的學習積極性。他們能夠主動思考，不斷改變程序，得出更多不一樣的圖形。鞏固了所學的知識，也使動手能力、思維能力得到了真正的鍛煉。這種課堂趣味性很強，完全打破了傳統(tǒng)的教學模式，不僅限于“照葫蘆畫瓢”，不同的變式在學生的操作中應運而生，達到理想效果。在操作的過程中，他們扎實地掌握了新知識，并從中體會到了Python語言的簡潔、高效、生態(tài)的特征，對Python接下來的學習有了更多的期待。

Python語言編程教學與學習，動手環(huán)節(jié)是至關(guān)重要的，如果只注重理論教學，會使學生感到厭煩，提不起興趣，相反，在教學過程中設(shè)置更多的動手實踐環(huán)節(jié)，能夠幫助他們對Python語言的印象實現(xiàn)從抽象到具體的轉(zhuǎn)變，幫助他們將Python語言的理論知識轉(zhuǎn)化為一種技能。

三、結(jié)束語

隨著人工智能的快速發(fā)展，中職學校也開始注重編程教學，注重編程課程與人工智能的銜接。Python語言的代碼編寫規(guī)則類似英語，所以相對比較容易掌握，減少了學生由于書寫帶來的錯誤，特別對于本身基礎(chǔ)就不是很扎實的中職學校學生來說，更容易接受。Python語言的簡潔、高效和生態(tài)的特點，注定更適合中職學生。