高中信息技术课“Python”引入方式初探

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  【摘要】发展人工智能是国家对未来发展需要的思考,高中阶段引入Python课程是国家未来发展人工智能学习和建立人工智能高地的重要途径,尝试用不同的方式在高中信息技术课中引入Python编程课程,总结出一些比较行之有效的教学方法,并形成常规的教学手段,提高高中阶段Python编程课程的教学质量,提高高中学生的计算思维和利用程序解决问题能力,是教育现代化中发展人工智能学习一种革新的手段。
  一、引言
  新课标将计算机编程和算法学习放到了高一必修模块,这凸显了目前国家对于计算机编程和算法学习的重视。在2017年国家制定的《新一代人工智能發展规划》中,要求逐步开展全民智能教育项目,在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育、建设人工智能学科,打造人工智能创新高地。“Python”作为当前和人工智能最亲近的语言,理所当然成为开设人工智能科目课程的必然选择。浙江省、北京市、山东省三地已经把”Python“纳入中小学信息技术课程和高考内容体系,广东省最新的信息技术教材《数据与计算》,也涉及大部分的Python知识内容。因此,中学开展“Python”课程学习,刻不容缓。
  二、当前高中学生对编程知识认知的现状分析
  目前,从小学阶段到高中阶段,只有到了初中阶段才开始开设有VB编程课内容,而其中内容的覆盖面也比较少,只涉及到一些基本的语法基础和理论,高中阶段也并没有开设难度更高、内容更多的编程课程,因此当前的高中学生对于编程知识方面的理解相对是比较陌生的,对于编程解决问题和人工智能等概念也相对笼统。
  三、在高中班别中引入“Python”学习的几种方式尝试
  1.照本宣科,直接讲述引入方式:
  直接向学生讲述“Python”是一种解释型语言、是一种高级编程语言,介绍这种语言功能强大,免费、开源;类库极其丰富,不管是传统的Web开发、软件开发、数据分析、网络爬虫、机器学习等很多方面都能胜任。然后向学生介绍她的搭建环境、所使用的IDE软件有哪些,如何编写代码及运行代码。通过前面的基本介绍后,按照常规学习编程的方法,开始向学生讲授”Python“的变量类型及运算符等知识。
  2.提出问题用Python解决问题方式引入:
  问题1:想知道自己的体重指数吗?输入体重和身高数据,通过计算输出体重指数值。把输出的体重指数和BMI表对比,查看不同人群的体重指数属于“偏低”、“正常“ 超重”、“ 肥胖”中的哪一种。
  教师在学生面前用Python编写程序代码,用Input函数和Float函数完成数据输入和转换,然后通过体重指数计算公式计算出当前数据的体重指数数值,用Print函数输出体重指数结果数值。程序编写调试完成后,教师先让几个学生指定身高和体重数据,在教师电脑上运行程序得到输出数值,将输出的数值和BMI表进行比较,得到结果。然后教师把Python程序文件和BMI表文件发到学生电脑上,让学生自己亲身尝试使用这个程序,让他们寻找不同人群不同输入数值会得到什么样的测试结果。
  问题2:猜数字游戏,输入一个数,判断输入数是否和系统随机生成数相等,如果不相等,输出此输入数是大于或者是小于随机数,继续重复输入判断,如果相等,则输出祝贺语句和输入总次数,程序结束。
  教师在学生面前编写程序代码,利用Python的Random库的Randint函数生成一个随机整数,然后用Python while循环语句判断输入数和随机数是否相等,输出结果。程序编写测试完成后,教师在电脑上运行程序,让学生猜数字,直到正确猜到随机为止;然后教师把程序文件发到学生电脑上,让学生单独体验,最后,让同学之间相互猜数字,看谁能最快猜到。
  3.通过绘制图形激发兴趣引入:
  通过Python中的Turtle库,用这个库绘制多种不同的图形,教师向学生展示Python Turtle库画图的能力,具体操作如下:
  第一个实践操作:教师首先打开Python自带的IDLE,利用import 指令导入turtle库,让学生指定圆的半径, 用circle函数画圆、加入steps参数画多边形。然后让学生打开Python的IDLE,输入import turtle 指令后用circle函数画圆、画多边形。
  第二个实践操作:教师在IDLE文件菜单中新建文件,编写利用turtle库画图代码,并用input函数通过输入参数指定圆的半径和填充颜色,程序调试完成后保存,把程序文件发到学生电脑,让学生打开并按F5运行,让他们输入自己喜欢的颜色和圆的半径,查看运行效果。
  第三个实践操作:教师利用for循环语句编写一个画五角星的程序,并用input函数通过输入参数指定五角星大小、坐标位置和填充颜色,程序调试完成后保存,把程序文件发到学生电脑,让学生运行程序,输入他们自己喜欢的颜色、五角星位置和大小。查看运行效果。
  四、通过以上几种不同方式引入Python课程后的小结
  1.用第一种方式引入Python编程课,看到学生对编程语言有点难以理解,对编程学习积极性不大。继续用这种方式上几节课后,有些学生学习热情低落,甚至个别出现厌倦情绪, 学习的效果比较差。
  2.第二种方式引入Python编程课,能勾起学生的求知欲;编程只用短短几行代码就能解决问题,消除了他们对编程的敬畏感,提起了他们对学习编程的兴趣,学习编程的积极性也大大提高,在之后几节课用同样的方式上课,他们学习编程的热情很高,学习效果也不错。
  3.用第三种方式引入Python编程课,学生好奇、好玩的心理让他们对Python编程产生浓厚的兴趣,学习的积极性也很高,之后学习Python编程的课堂氛围也很好。
  五、总结
  对于学生来说,学习编程的第一课非常重要,通过几个班用不同的上课方式发现,只要开始的时候能够学生的学习积极性调动起来,接下来的课程就会容易很多,学生学习编程的氛围就会活跃起来,大家可以共同探讨编程学习上遇到的问题,互相帮助。如果第一课没有调动起学生的对编程学习的积极性,那么接下来课程学习中,有些学生会出现一点抗拒的情绪,兴趣不高,课堂比较冷清。
  最后,我们发现,对于学习Python编程,普通高中的学生只是被动的学习者,他们需要教师通过不的教学方式去激发他们自身对Python编程学习的兴趣和积极性,从第一课的引入到后面基础知识的学习,必须要调动他们对Python编程学习的积极性。另外,教师Python课中,有层次地、适当地向他们灌输如何利用计算机解决问题的基本思想和方法,并用Python编程语言解决一些相应的实际应用问题,他们对编程语言的理解会更好,他们对问题的解决能力、计算思维、信息素养、编程能力都得到了很大提高。
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