人工智能+5G背景下小学Python校本课程开发的理论与实践初探

邓正媛

摘 要：随着人工智能和5G技术的发展，使编程成为教育的重要组成部分。传统的Logo或Scratch编程已不能满足数字时代的需求。Python语言简单易学，功能强大，应用领域广泛，注重解决问题而无需关注语言、语法规则本身，适合不同年龄段的人学习编程。根据小学生的年龄和心理特点，从Python编程语言的特点和教学要点入手，用不同的教学策略以条件判断逻辑为案例进行初探，从而打开Python小学教学的研究的大门。

关键词：Python ;人工智能和5G技术;计算思维;条件判断

2017年7月国务院发布《新一代人工智能发展规划》，明确指出在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育[1]。12月14日，国家工业和信息化部发布《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划（2018-2020年）》。人工智能已深入我们生活，编程也将成为教育领域的重头戏，学编程成为时代所需。北京和浙江把 Python 编程基础纳入信息技术课程和高考的内容体系，山东省更是将Python内容纳入最新出版的小学信息技术六年级教材中。Python成为目前最受欢迎的编程语言，也是最接近人工智能的语言。

当前在小学教学中常以Logo或Scratch等编程作为学生主要的学习工具。但是小学生作为数字时代的原住民，小学教学应紧跟时代的步伐，更要走在时代的前列，做好与中高等教育的衔接，与此同时，由于大数据、人工智能、5G的蓬勃发展，Python语言应用领域越来越广泛，市场对Python应用与开发的人才需求，也正在不断上涨。因此小学Python校本课程开发迫在眉睫。

1 背景

1.1 人工智能+5G的时代背景

2019年6月6日，国家工业和信息化部正式颁发5G商用牌照，这标志着人工智能+5G时代正式到来。人们将关注点聚焦在人工智能和5G网络之上。然而，人工智能曾因被盲目追捧而遭遇发展的低谷，但随着人类不断突破核心算法、开发应用环境以及大量资金的持续投入，使得人工智能从2010年开始，获得了飞跃式发展。目前第五代移动通信技术正式启用，人工智能在5G这条信息高速公路上，可以为用户提供更快的响应速度、丰富的内容、更智能的应用模式以及更直观的体验。5G为人工智能的发展注入新动力。5G在推动人工智能发展的同时，人工智能技术也会助力5G自动化、智能化的发展进程。5G技术在网络规划、网络优化及网络维护方面要求高，将大量增加以人工为主的传统工作量和复杂度。此时，Python程序开发的人工智能技术通过对网络运营和海量数据进行分析将会为网络自动化运行提供重要支撑。

1.2 Python 编程语言的特点及教学要点

Python，是一种面向对象的解释型计算机程序设计语言，具有丰富和强大的库，已经成为继JAVA，C++之后的第三大语言，它具有免费开源、可移植性、可扩展性、可嵌入性等特点[2]。Python作为一门编程语言，其魅力远超Java、C++，被称为“胶水语言”、 “最美丽的”编程语言[3]，具有开发效率高、功能强大、应用领域广泛等优势，在人工智能与机器学习、自动化运维、网络爬虫与数据分析等方面独占鳌头，得到广泛支持和应用。

在小学开展Python 语言教学时要更多地专注应用计算机解决问题的思路和方法，让学生在用计算机编程的过程中， 逐步提高思考问题、分析问题、解决问题的能力，而不是注重太多的语法细节和计算机底层知识，就像我们只需知道如何利用脚下的路，去更远的地方，看更多的风景，而不需要知道路是如何修的一样。然后编写代码，通过不断调试修改达到预期结果，进而达到培养学生计算思维和解决问题的能力[4]。在以问题驱动为导向的Python 语言教学过程中，从学生实际生活出发，让学生能够将所学到的编程知识和大脑记忆中的真实任务情境联系起来，有利于学生去理解学习生活中的工作逻辑、工作原理。比如智能家居系统所涉及到的数据采集和机器学习等，教师将Python 知识点与实际生活相结合，让其感觉到计算机解决实际问题的作用，帮助他们建立学习自信，进一步激发学习的兴趣与欲望。Python语言不仅能让学生通过指令和计算机交流，专注于算法思维和程序的逻辑结构，形成人机共存，还能在编程过程中用接近自然语言的方式通过代码来传情达意，让学生对技术“祛魅”，从小培养他们正确合理地使用技术的意识，从而更好地发展学生的核心素养。

2 Python校本课程教学探索

依据人工智能的时代背景，结合小学生的心理特点，Python程序设计课程内容主要包括：Python简介，Python安装，Python输入输出，数据类型与变量，运算符，条件语句，循环语句等。

2.1 教学策略

2.1.1 视频或游戏交互式教学，激发学生学习的兴趣

兴趣是打开语言世界大门的钥匙。小学生对视频画面和游戏较感兴趣，紧紧抓住他们的兴趣点，使学生的注意力很快集中到课堂上，同时也给学生提供将脑海中的想法可视化并转换成现实的机会，充分利用充满趣味的视频和游戏，激发学生的求知欲，为学生搭建通往Python世界的桥梁，让学生能够将无形的抽象思维变成现实世界有模有样的画面。学会编程能够让你创造更新奇的程序——互动故事、视频游戏、及交互动画等。

2.1.2 故事与案例相融合，让学生自主探究合作学习

以故事与感兴趣的案例导入，让学生主动的探索现实世界的问题和挑战，从而加深对知识和技能的印象。在案例基础上稍作变化，举一反三，学生便能编写出更多程序和应用，直至实现程序的可视化，这就是让学生在探索的同时享受到编程的乐趣。

2.1.3 项目与应用体验相结合，循序渐进，打开Python的大门

学生有一定编程基础后，可以教学生运行Python项目工程，调节传感器参数来模拟机器“学习”的过程，体验人工智能人机交互的基础原理，完成简单的动作识别，这种实验方式让学生得到初步的知识和体验，以此消除在进阶学习过程中的畏难心理。如从学生日常接触的小米AI音箱（小爱同学），微软的小冰聊天机器人，谷歌的智能人工交互體验程序等话题和素材入手，拓展出有趣味性的Python课堂，让学生围绕这些话题提出讨论，进而培养学生的创新精神。以小米AI音箱为例可以提出：还想让小爱同学实现哪些功能？学生可能提出：要求小爱像闹钟一样叫我起床，并播放我最喜欢的音乐，开启美好的一天;要求小爱建立“心情乐库”，感知心情播放歌曲;要求小爱定时给我的父母、好友发生日祝福歌曲等等，这些贴近生活实际问题的讨论本身就是教学的最好形式。

2.2 Python 编程教学案例

2.2.1 情境创设  激发兴趣

播放视频《复仇者联盟》片段，如果灭霸集齐6颗能量宝石他就能毁灭宇宙。从而引出本课学习的内容：灭霸的野心——条件判断。利用学生生活中所见所闻的话题巧妙地拉开精彩课堂的序幕。

2.2.2 自主探究  分享交流

通过情景演化出普通任务（单项判断逻辑：if语句），学生自学条件判断并模仿创作。

教学方法上采用情景教学法和任务驱动法，通过情景分析让学生理解命令、使用命令，在任务驱动中发现有关print（）函数前的空格缩进问题[5]。同学们深入思考，利用观察法和联想法（小学语文作文空两格）找到了解决问题的思路和方法，并在小组内分享交流，满足学生的表现欲，提升学生的获得感。由此学生知晓Python语言冒号的语法规则，即为区分代码之间的层级关系，帮助理解执行条件的逻辑和先后顺序。自主学习让学生更好的发挥内在动力去探索编程的乐趣。

2.2.3 合作学习  释疑解难

经过几场战斗，灭霸已经抢到了3颗宝石，展现了漫威宇宙强大的反派实力。但灭霸不会就此罢休，他要继续寻找灵魂宝石，直到集齐6颗，达到他的目的为止。如果6颗宝石没集齐，就继续收集宝石。由普通任务生成进阶任务一（双向判断逻辑：if…else…语句）。

编程过程中同学们根据课堂任务生成有关if与else层级关系的问题，采用对比教学法利用数学四则运算之间的关系让学生明白if与else平级的关系：如果不满足if条件，就执行else其他条件。课中利用分层教学，给出了进阶任务二（多向判断逻辑）。让编程能力较好的同学能够在课堂上得到充分的展示。从进阶任务中可以看出，小学生可以很快地吸纳条件判断的知识点，运用新知完成熟悉的简单任务， 不仅增强了学习自信心，还能为其接下来的学习做好积极的心理准备，进而培养计算思维。

2.2.4 自由创作  展示评价

自由创作能较好地发挥学生的个性特点，体现出学生的能力差异，让其运用所学内容进行编程完成高阶任务，以达到学以致用的目的。教师给出我的暑假计划和我与妈妈的公约等贴近学生生活的开放性主题或者学生自定有意义的条件判断主题让他们巩固知识。在这部分的授课方式和课堂语言的组织上，以学生的编程思维引导为重点，以方法的总结归纳为突破，从而达到学生从“我要做什么”向“我要怎么做”转变，最后做到“我还能这样做”[6]的质的飞跃。

根据学生完成的情况和课堂时间，鼓励学生主动分享程序，讲解编程思路，并进行展示。通过多元化评价不仅能够活跃课堂气氛，促进学生之间的交流与合作，让学生实现自我反思和自我判断的蜕变。最后在思考、欣赏同学编程的过程中，对所学知识进行梳理总结，拓展提升，培养学生的计算思维和创新能力。

3 总结

芬兰教育部长说：“在未来，如果你的学生懂编程，他就是未来世界的创造者;如果他不懂，他只是使用者。”以编程为基础的技术革新已成为新一轮产业变革的驱动力，将会对世界经济、社会进步和人类生活产生极大的影响。Python以它独特的优点成为我们能够与世界前沿科技相沟通的首选。学习编程并不是要让学生掌握编写程序的技巧，而是让其逐步接触、理解、体验编程的逻辑操作、算法、数据结构等通用的工程方法和数学知识，鼓励学生基于现有的技术应用做合理的科学创新，以文学创作的形式表现出来，突出编程技术为追求崇高生活而服务，增强编程的人文性，从而做到横向实现学科之间的融合，纵向关注学科知识的掌握和学生实践能力与核心素养的提升，以此达到编程教学的根本目的。

参考文献：

[1] 国务院.新一代人工智能发展规划（国发〔2017〕35号）[Z].2017-07-08.

[2] 梁杰，丁嘉瑞，禹常隆 译.《Python语言及其应用》 [M].北京：人民邮电出版社，2015：5-6.

[3] 韩志豪.人工智能背景下的Python教学探索[J].计算机时代，2018（7）：76-81.

[4] 陈前永，章伟.小学信息技术教学中进行Python编程语言教学的策略[J].数字教育，2019.4（2）：82-86.

[5] 蘇金国，易郑超 译.《父与子的编程之旅》[M].北京：人民邮电出版社，2019：66-70.

[6] 章伟.培养计算思维的小学编程校本教材开发与应用[J].中小学数字化教学，2018.6（3）：55-57.