小学高年级Python编程教学的实践与思考

邹卫华

摘要：本文论述了在小学高年级学段引入Python教学的可行性和小学生计算思维的现实意义，并根据教学实践给出了Python编程在小学高年级教学的基本目标、内容及实施策略。

关键词：Python教学；计算思维；小学高年级

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）12-0049-04

Python是一门入门快、功能强大、高效灵活的编程语言，部分省份拟将Python纳入信息技术高考，信息技术教材编程语言也将VB替换为Python；在义务教育阶段，初中信息科技普遍采用Python进行编程与人工智能方面的教学。那么，在小学阶段，特别是小学的高年级（5～6年级）进行Python教学是否适宜？笔者对此进行了尝试。

小学高年级Python编程教学可行性分析

1.基于Python语言特点的可行性

Python是命令式编程，是一种高层次结合了解释性、编译性、互动性和面向对象的脚本语言，也是一种灵活性高的跨平台计算机程序设计语言。作为通用开发语言，Python已被广泛地用于系统运维、数据分析、人工智能等。

2.基于Python编程优势的可行性

Python的编程哲学是“优雅”“明确”“简单”。在编程设计时，如果面临多种选择，Python开发者可选择明确且少有歧义的语法而不用花俏的语法。Python源代码的可读性优势，能让学生从零开始学习编程。

3.基于小学高年级所缺内容的可行性

小学高年级的图形化编程无法支撑两年的学习时长。例如，目前的苏教版小学信息科技五、六年级的教材中涉及很多智能硬件内容，但由于大部分学校没有施教条件，导致五年级下学期与六年级整个学年无内容可教。所以，引入Python语言可以上承图形化编程，下接纯字符编程，为五、六年级的学生正式学习计算机语言编程提供契机。

4.基于新型编程平台图文优势的可行性

目前，国内的学生编程学习平台种类丰富，有的是以图形任务将代码编写与动画完美结合，有的是设置了代码命令的“可点选”、代码BUG的“行提示”，使编码过程更容易吸引小学生，使其能够专注于代码的逻辑（而不是语法和记忆），使学习过程更有效。

Python教学培养小学生计算思维的现实意义

1.认识编程语言的意义

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称《课标》）在“计算思维学段目标”中指出，第三学段（5～6年）要“通过生活中的实例，了解算法的特征和效率。能用自然语言、流程图等方式描述算法”。在实际教学中，编程语言是算法最直接的表达和最好验证。编程语言是计算思维的物质外壳，是理解科技世界的一把钥匙，其实质是一种思考和理解方式。学生学习编程语言的益处不仅仅是掌握编程技能，还能领略到其背后蕴藏的重要思维模式。

2.培养编程思维的意义

《课标》提出五、六年级的学生要学会将给定的编程任务分解为一系列实施步骤，使用顺序、分支、循环三种基本控制结构简单描述实施过程，并通过编程验证过程。在使用Python解决实际问题时，可以帮助学生培养编程思维，學会思考和解决问题的方法。例如，引导学生用Python实现简单的小游戏，如找出随机生成的数字、猜数字等，在这个过程中，学生需要思考如何生成随机数、控制游戏流程等。通过这些游戏的设计，学生不仅能学会如何编写代码，还能更好地对问题进行抽象、分解、建模，从而增强编程思维，提高对抽象概念的理解能力。

3.增强算法表达的意义

算法是计算思维的核心要素之一。Python是一种面向对象的编程语言，可以帮助学生学会使用计算思维去解决问题，增强算法表达能力。例如，让学生通过Python编写一个简单的数学计算器（实现加减乘除运算）—使用Python实现数学计算；让学生用Python实现简单的数据分析（统计数字个数、排序等）—更好地理解抽象的数据分析概念……通过这些实际操作，学生结合数学知识加深了对抽象概念的理解，有助于提高其算法表达能力，为今后编程学习和开发应用打下基础。

4.提升综合素养的意义

Python是人工智能语言，学习Python除了可以帮助学生提高代码能力外，还可以帮助其更好地了解人工智能的基本概念和技术，并能够通过实际编程实践提升其人工智能创新能力。用Python实现实际项目（如制作网页、数据可视化等）能够让学生体验从需求分析到程序实现的整个流程，培养综合应用能力。通过项目合作，还能提高学生的团队协作能力、沟通能力以及项目管理能力。

小学高年级Python编程教学的目标与内容

1.基本目标

①掌握基础概念：确保理解Python编程语言的基本概念，如变量、数据类型、运算符等。能够正确使用这些概念，并能够解释它们的作用和意义。

②理解编程逻辑：培养学生的编程思维和逻辑思维能力，使他们能够理解条件语句、循环结构和函数等编程概念。能够编写简单的条件判断和循环语句，并能够设计和调用函数解决问题。

③培养问题解决能力：鼓励学生通过编程来解决问题，培养问题分析和解决能力。能够将现实生活中的问题转化为计算机程序，并能够运用所学的编程知识解决这些问题。

④实践应用能力：引导学生将所学的Python知识应用到实际项目中。通过设计小项目或实例将编程技能应用于实际情境，培养学生的创造力和实践能力。

2.基本内容

①变量与数据类型：介绍变量的概念和用法，如变量的声明、赋值和使用。讲解不同的数据类型，如整数、浮点数、字符串等，并介绍它们的基本操作和转换方法。

②条件与循环：介绍条件语句（如if语句）和循环结构（如for循环和while循环），让学生学会根据条件执行不同的代码块，以及重复执行特定代码块。同时引导学生理解逻辑运算符和比较运算符的使用。

③函数与模块：介绍函数的概念和定义方法，让学生学会编写和调用函数。讲解函数参数和返回值的使用，并引导学生设计自己的函数来解决问题。同时，介绍常用的Python模块和库，如random、math等，让学生学会利用这些模块扩展自己的程序功能。

④列表与字典：介绍列表和字典这两种常见的数据结构，讲解它们的定义、遍历和操作方法，引导学生利用列表和字典来组织和处理数据，解决实际问题。

⑤文件操作：介绍如何读写文件，让学生学会打开文件、读取和写入文件内容，以及关闭文件，引导学生通过文件操作来处理文本和数据文件，实现数据的读取和保存。

⑥图形化编程：引入图形化编程的概念，介绍基本的图形化库（如turtle库）和绘图方法，让学生学会使用图形库来绘制简单的图形和动画，培养他们对编程的兴趣和创造力。

Python教学实例与策略

由于目前小学并没有关于Python的国编或省编教材，所以在教学中教师需要精选教学内容，选择适合小学生实际学习生活的案例。

1.变量与数据类型的教学

如图1所示，计算一个小学生的平均分数并打印结果的程序，程序应该使用以下变量和数据类型：

①语文、数学和英语三个学科的分数（假设分数范围为0～100）。

②学生的姓名和年龄（假设姓名是字符串，年龄是整数）。

③平均分数（假设是浮点数）。

这个示例程序展示了如何使用变量和数据类型来计算一个小学生的平均分数。首先，使用input（）函数获取数据，使用int（）函数转成整数类型，再使用变量和算术运算符计算平均分数，并将结果存储在变量中，最后使用print（）函数将计算结果输出到屏幕上供用户查看。

这个示例将编程中的变量和数据类型与现实生活中的学生信息相联系，通过输入学生的姓名、年龄和各科分数，计算并打印学生的平均分数，展示了编程在实际情境中的应用，帮助学生理解变量和数据类型的概念。

2.条件与循环的教学

如图2所示，编写一个程序，根据用户输入的年龄判断他们所处的阶段，并打印相应的信息。程序应该使用以下条件和循环结构：

①如果年龄小于等于12岁，打印“你是一个儿童”。

②如果年龄在13到18岁之间（包括13和18），打印“你是一个青少年”。

③如果年龄大于18岁，打印“你是一个成年人”。

④如果用户输入的年龄为0或负数，打印“年龄输入无效，请重新输入”，并重新提示用户输入年龄。

这个示例程序展示了如何使用条件和循环结构来根据用户的年龄判断他们所处的阶段。先用while循环来确保用户输入的年龄是有效的，即大于0。如果用户输入的年龄小于等于0，打印“无效消息”并再次提示用户输入年龄。最重要的是使用条件语句if-elif-else，根据年龄判断用户所处的阶段。这个示例将编程中的条件和循环结构与现实生活中的年龄阶段相联系。通过根据用户的年龄输出相应的信息，展示了条件和循环在解决实际问题时的应用，帮助学生理解条件和循环的概念。

3.函数与模块的教学

如下页图3所示，编写一个程序，使用函数和模块来计算正方形的面积和周长。程序应该包括以下部分：

①定义一个名为calculate_area的函数，接受正方形的边长作为参数，并返回正方形的面积。

②定义一个名为calculate_perimeter的函数，接受正方形的边长作为参数，并返回正方形的周长。

③在主程序中，提示用户输入正方形的边长，使用上述函数计算正方形的面积和周长，并将结果打印输出。

这个示例程序展示了如何使用函数和模块来计算正方形的面积和周长。定义两个函数：calculate_area用于计算正方形的面积，接受正方形的边长作为参数，并返回面积；calculate_perimeter用于计算正方形的周长，同样接受边长作为参数，并返回周长。调用上述定义的函数来计算正方形的面积和周长，并将结果打印输出。这个示例将函数和模块与现实生活中的正方形計算联系起来，通过定义和使用函数来计算正方形的面积和周长，展示了函数的封装和重用性，帮助学生理解函数和模块的概念。

4.代码编写图形的教学

如图4所示，编写一个程序，在屏幕上绘制一个简单的笑脸图形，使用图形化编程库（如turtle库）来完成，并包括以下元素：①一个圆形的脸部；②两个小圆形的眼睛；③一个弧线表示的微笑嘴巴。

这个示例程序展示了如何使用图形化编程库在屏幕上绘制一个简单的笑脸图形。让学生学习导入turtle库，并创建一个画布和画笔对象，体验运用画笔对象来绘制笑脸的各个元素。使用circle（）方法绘制一个圆形的脸、眼睛、微笑的嘴巴，goto（）方法将画笔移动到指定的位置，setheading（）方法设置画笔的初始方向，隐藏画笔，用exitonclick（）方法实现等待用户点击、画布关闭等。这个示例将图形化编程与现实生活中的笑脸图形联系起来，展示了图形化编程在可视化表达和创造性展示方面的应用，帮助学生理解用代码编写图形化的功能。

结束语

在《课标》的指导下，在小学高年级引入Python教学有着现实可行性与培养计算思维的积极意义。教师在教学中，可以根据学生的年级和水平，以及教学时间的安排，适当增减或调整模块内容。在划定Python课程模块时，要确保各个模块之间的顺序和逻辑关系，使学生能够逐步建立起完整的编程知识体系。在确定教学目标和教学重点时，要考虑学生的年龄、编程经验和学习能力，并确保目标的可行性和可衡量性，同时灵活调整目标和重点，以适应学生的学习进度和需求。

本文为江苏省“十四五”教育科学规划课题“人工智能教育背景下中小学生计算思维的培养”阶段性成果。