高中信息技術(shù)Python教學(xué)工具介紹

宣 茹

隨著《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》的頒布，高中信息技術(shù)教學(xué)更加注重學(xué)生信息素養(yǎng)的培養(yǎng)。高中信息技術(shù)教學(xué)內(nèi)容大都圍繞Python編程實(shí)現(xiàn)，而編程的實(shí)現(xiàn)脫離不了編程工具的輔助。在新課程教學(xué)探索初期，可供選擇的軟件非常豐富，幾款目前教師常用的Python教學(xué)工具分析如下。

一、“元老”級(jí)別——IDLE

IDLE作為Python官方軟件自帶的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，是Python語(yǔ)言開(kāi)發(fā)后最早與之配套的開(kāi)發(fā)環(huán)境，被稱為Python“元老級(jí)”軟件。

（一）軟件特點(diǎn)

安裝：IDLE的安裝比較簡(jiǎn)單，在官網(wǎng)下載Python后默認(rèn)安裝IDLE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。需要注意的是，不同Python版本都有其專用的IDLE，在電腦允許多個(gè)Python版本共存的情況下，使用時(shí)要注意選擇自己需要的IDLE版本。

界面：IDLE的操作界面有兩個(gè)，分別為交互式界面和文件式界面，默認(rèn)打開(kāi)的為交互式界面。有需要時(shí)可以通過(guò)交互式界面新建文件式界面，文件式界面會(huì)以新的窗口打開(kāi)。在不安裝其他擴(kuò)展功能的情況下，軟件本身為全英文的操作界面，英文薄弱的學(xué)生需要花時(shí)間了解軟件的基本操作后才能簡(jiǎn)單使用，對(duì)軟件進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置或是掌握更多功能則有一定難度。

編寫(xiě)與運(yùn)行：IDLE每一行代碼前沒(méi)有行數(shù)提示，只有在選中代碼的情況下才會(huì)在右下角顯示該行代碼所在行數(shù)（如圖1所示）。這種情況下，學(xué)生在對(duì)代碼進(jìn)行糾錯(cuò)和講解時(shí)很難快速定位到對(duì)應(yīng)行數(shù)；IDLE沒(méi)有代碼自動(dòng)補(bǔ)全功能，所有代碼都需要完整地輸入，且沒(méi)有提示文字。對(duì)于新手來(lái)說(shuō)，可以鍛煉他們對(duì)代碼中保留字和書(shū)寫(xiě)規(guī)范的記憶，讓他們更好地熟悉Python編程。然而，對(duì)于培養(yǎng)編程思維和更強(qiáng)調(diào)編程速度的學(xué)生來(lái)說(shuō)，自動(dòng)補(bǔ)全功能可以大大提高編程效率。此外，文件模式下運(yùn)行代碼和結(jié)果界面不在同一個(gè)窗口中，學(xué)生在對(duì)代碼進(jìn)行測(cè)試時(shí)需要在兩個(gè)窗口不停切換。

圖1 IDLE運(yùn)行界面

（二）使用情況

這款“元老”級(jí)別的Python編程集成環(huán)境是目前使用率較高的一款，主要出于以下三方面的考慮：第一，教科版高中信息技術(shù)教材中部分提到Python編程的截圖和操作都針對(duì)IDLE，教學(xué)中使用IDLE演示畫(huà)面更便于配合教材；第二，IDLE是Python官方網(wǎng)站下載后自動(dòng)安裝完成，無(wú)須教師另外下載軟件安裝；第三，部分教師第一次接觸Python編程，不會(huì)進(jìn)行過(guò)多個(gè)性化軟件的選擇。

二、小巧實(shí)用——Thonny

Thonny是由塔爾圖大學(xué)開(kāi)發(fā)的一款適合初學(xué)者的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。它的調(diào)試器專為學(xué)習(xí)和教學(xué)編程而設(shè)計(jì)，對(duì)電腦配置要求不高，小巧實(shí)用，非常符合目前高中的學(xué)情。［1］

（一）軟件特點(diǎn)

安裝：Thonny安裝步驟簡(jiǎn)單，且內(nèi)置Python3，在未安裝Python的情況下，能一步到位。在安裝時(shí)可對(duì)語(yǔ)言進(jìn)行選擇，安裝難度不大。

界面：Thonny界面簡(jiǎn)潔，采用直觀的UI模式，與學(xué)生熟悉的辦公軟件界面非常相似；提供全中文模式，學(xué)生易上手，不需要教師講解太多關(guān)于軟件的操作；交互模式和文件模式都處在同一個(gè)界面下（如下頁(yè)圖2所示），學(xué)生不需要切換窗口，畫(huà)面簡(jiǎn)潔；自帶趣味性較強(qiáng)的turtle，且可直接引用，不需要安裝turtle第三方庫(kù)，其繪制圖形窗口可自由調(diào)節(jié)，支持邊調(diào)試邊繪制（如下頁(yè)圖3所示）。

圖2 Thonny操作界面

圖3 Thonny運(yùn)行界面

編寫(xiě)與運(yùn)行：每行代碼前都有行標(biāo)，利于學(xué)生閱讀和糾錯(cuò)；具有代碼Tab鍵自動(dòng)補(bǔ)全功能，能幫助學(xué)生快速、準(zhǔn)確地編寫(xiě)代碼；運(yùn)行代碼圖標(biāo)形象突出，操作方便；支持一鍵調(diào)試腳本和同時(shí)打開(kāi)多個(gè)文件，方便學(xué)生對(duì)比學(xué)習(xí)。

（二）使用情況

Thonny除了小巧、安裝方便、易于操作等主要特點(diǎn)外，還支持一鍵調(diào)試腳本。特別是在講解遞歸相關(guān)知識(shí)時(shí)，IDLE中需要調(diào)入調(diào)試器并填寫(xiě)相關(guān)代碼，而Thonny的一鍵調(diào)試腳本功能就能直接使用，輕松且清晰地把每一層遞歸講解清楚。［2］

三、界面清新——海龜編輯器

海龜編輯器是編程貓品牌旗下的一款編程軟件，面向少兒而開(kāi)發(fā)，界面與背景明快、清新。基于其強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)鏈，目前市面上很多培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和書(shū)籍都以該軟件為基礎(chǔ)進(jìn)行編寫(xiě)，與一般編程軟件相比，功能不遜色，且操作便捷。［3］

（一）軟件特點(diǎn)

安裝：海龜編輯器支持網(wǎng)頁(yè)編程和軟件下載安裝編程兩種使用方式，編程界面完全相同，方便學(xué)生在不同外部環(huán)境下無(wú)縫銜接使用。同時(shí)，它支持用戶發(fā)布自己的編程作品，能有效增強(qiáng)學(xué)生的成就感。

界面：海龜編輯器的定位為少兒編程，其操作界面在UI的基礎(chǔ)上做了很多獨(dú)特的設(shè)計(jì)。軟件的默認(rèn)字體比一般的軟件設(shè)計(jì)更大，且經(jīng)過(guò)加粗，有利于保護(hù)學(xué)生的視力。整個(gè)界面顏色鮮艷，不同模塊之間采用不同顏色，更便于初學(xué)者操作。海龜編輯器同時(shí)有積木模式和代碼模式（如圖4所示），兩個(gè)模式可以同時(shí)左右分屏顯示，也可以單獨(dú)顯示。積木模式下，可以和現(xiàn)在小學(xué)生所學(xué)習(xí)的Scratch編程相結(jié)合，學(xué)生能夠較快上手，即使沒(méi)有相關(guān)軟件的使用經(jīng)驗(yàn)也可以通過(guò)積木拖拽的形式快速完成代碼編寫(xiě)，能夠有效打開(kāi)學(xué)生解決問(wèn)題的思路。當(dāng)學(xué)生具備一定的Python編程經(jīng)驗(yàn)后，也可以轉(zhuǎn)成Python編程模式。

圖4 海龜編輯器操作界面

編寫(xiě)與運(yùn)行：海龜編輯器的運(yùn)行按鈕是單獨(dú)的且位置明顯；運(yùn)行結(jié)果界面與主界面在同一窗口下，界面之間不需要切換。其他特點(diǎn)與Thonny類似，突出的優(yōu)勢(shì)是它比其他軟件更方便安裝第三方庫(kù)，只要點(diǎn)擊菜單欄中的“庫(kù)管理”按鈕，在出現(xiàn)的列表里選擇自己需要安裝的第三方庫(kù)，直接點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)庫(kù)的“安裝”按鈕即可，不需要像其他軟件一樣進(jìn)入后臺(tái)安裝。

（二）使用情況

對(duì)于部分在小學(xué)階段學(xué)過(guò)Scratch編程的學(xué)生來(lái)說(shuō)，使用海龜編輯器基本可以實(shí)現(xiàn)輕松操作。而對(duì)于高中才接觸編程的學(xué)生來(lái)說(shuō)，和專業(yè)軟件相比，海龜編輯器這種圖形化編程軟件更易于接受，所以這款軟件也是很多教師的首選。在教學(xué)中，教師可以從積木拖拽慢慢轉(zhuǎn)變到Python編程，讓學(xué)生了解代碼的編輯原理后，再進(jìn)行代碼的學(xué)習(xí)，循序漸進(jìn)。另外，編程貓品牌旗下有一系列配套練習(xí)編程的素材和書(shū)籍可供學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)。

四、直觀流程——畫(huà)程

畫(huà)程軟件是一款用畫(huà)圖的方式進(jìn)行編程的軟件，以流程圖的方式表示算法。該軟件能自動(dòng)把流程圖轉(zhuǎn)成需要的編程語(yǔ)言，使編程語(yǔ)言的展示更加直觀。［4］

（一）軟件特點(diǎn)

安裝：畫(huà)程軟件安裝比較簡(jiǎn)單，用戶下載軟件后雙擊即可自動(dòng)安裝完成。需要注意的是，在選擇安裝文件包時(shí)，有一些畫(huà)程軟件可能攜帶病毒，安裝完成后需要做相應(yīng)的安全檢查，以防電腦中毒。

界面：畫(huà)程軟件的界面和海龜編輯器有一定的相似之處，都采用圖形拖拽的編程方式，但其本質(zhì)不同，海龜編輯器采用的是積木模式，畫(huà)程軟件則是流程圖轉(zhuǎn)換方式，通過(guò)起止框、輸入框、輸出框、處理框、判斷框等流程圖符號(hào)進(jìn)行算法展示。另外，編程工具欄中的相關(guān)功能按鈕以圖形化方式表示（如圖5所示），更利于學(xué)生的理解。

圖5 畫(huà)程軟件操作界面

編寫(xiě)與運(yùn)行：畫(huà)程軟件的編寫(xiě)方式是單向的，只能通過(guò)編譯流程圖后輸出代碼，不能通過(guò)代碼反向輸出流程圖。畫(huà)程軟件本身不支持代碼編寫(xiě)，其運(yùn)行方式與Thonny類似，功能也相差不大。

（二）使用情況

在高中信息技術(shù)教科書(shū)中有很多章節(jié)提到了流程圖的相關(guān)概念，很多代碼的實(shí)現(xiàn)也是先通過(guò)展示算法流程圖后再編寫(xiě)代碼。教師在對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解時(shí)，就會(huì)用到畫(huà)程這個(gè)軟件。畫(huà)程軟件在Python編程學(xué)習(xí)中算是一個(gè)比較特殊的編程工具，剛接觸相關(guān)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，為了讓學(xué)生更直觀地了解流程圖，教師會(huì)使用畫(huà)程軟件來(lái)展示，但等學(xué)生熟悉流程圖后，使用頻率就很少。直接原因還是很多流程圖轉(zhuǎn)換的代碼并不能直接編譯使用，大部分教師偏向于以圖片的形式展示流程圖后再根據(jù)流程圖編寫(xiě)代碼。

五、線上編程——氦星人

氦星人是由社會(huì)組織針對(duì)高中信息技術(shù)教學(xué)開(kāi)發(fā)的免費(fèi)在線編程平臺(tái)，教師直接申請(qǐng)就能免費(fèi)試用。

（一）軟件特點(diǎn)

安裝：氦星人這種在線編程平臺(tái)最大的優(yōu)勢(shì)就在于不需要安裝，直接在瀏覽器中打開(kāi)相應(yīng)網(wǎng)址就能使用。與編程貓的在線編程方式不同，它主要針對(duì)題目進(jìn)行解答式編程，更像是一個(gè)個(gè)通關(guān)小游戲。

界面：整個(gè)平臺(tái)的界面干凈簡(jiǎn)潔，學(xué)生通過(guò)用戶名密碼登錄后就可以進(jìn)行編程。選好學(xué)習(xí)的課程和對(duì)應(yīng)練習(xí)題后，編程題目中會(huì)有題目描述、輸入格式、輸出格式、數(shù)據(jù)范圍與提示、樣例等，學(xué)生可以根據(jù)題目要求來(lái)完成對(duì)應(yīng)代碼的編寫(xiě)。氦星人平臺(tái)的編寫(xiě)界面內(nèi)嵌在網(wǎng)頁(yè)中，題目和編程框在同一個(gè)頁(yè)面里，學(xué)生不需要再打開(kāi)其他軟件，且網(wǎng)頁(yè)上編程界面和普通編程軟件基本相同。為了與學(xué)生的界面相區(qū)分，平臺(tái)還提供了教師管理界面，方便教師對(duì)課程進(jìn)行建設(shè)和管理學(xué)生，了解學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

編寫(xiě)與運(yùn)行：氦星人平臺(tái)在編寫(xiě)代碼時(shí)也提供高亮和自動(dòng)補(bǔ)全功能，運(yùn)行結(jié)果可通過(guò)彈出新的對(duì)話框進(jìn)行展示。此外，該平臺(tái)可以根據(jù)學(xué)生代碼的運(yùn)行結(jié)果與預(yù)設(shè)結(jié)果進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)批改作業(yè)，大大減輕教師檢查代碼的壓力。

（二）使用情況

氦星人平臺(tái)建成初期的使用人數(shù)較少，但隨著平臺(tái)功能的不斷完善，使用該平臺(tái)的教師越來(lái)越多，特別是在進(jìn)行信息技術(shù)線上教學(xué)時(shí)，該平臺(tái)為教師提供了很多方便。氦星人平臺(tái)能同時(shí)適用于電腦和手機(jī)，學(xué)生不需要安裝軟件，只要在瀏覽器中輸入相關(guān)網(wǎng)址即可完成編程作業(yè)，教師在線上能及時(shí)了解學(xué)生的掌握情況。教師還可以通過(guò)該平臺(tái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試，平臺(tái)能即時(shí)反饋學(xué)生成績(jī)，讓教師更及時(shí)地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

六、總結(jié)與建議

綜上，在具體使用過(guò)程中，考慮到諸多方面的情況，加之在正式的江蘇信息學(xué)測(cè)中只提供IDLE，IDLE是教師必選的一個(gè)軟件。Thonny和海龜編輯器實(shí)現(xiàn)的功能差不多，Thonny對(duì)電腦硬件的要求較低，老版電腦也能順暢運(yùn)行；海龜編輯器內(nèi)容豐富，可以做很多實(shí)用新奇的拓展代碼練習(xí)，但對(duì)電腦配置有一定要求。根據(jù)實(shí)際情況選其一就完全能滿足日常教學(xué)要求。畫(huà)程軟件可以用于講解流程圖的初期教學(xué)和后期繪制。氦星人平臺(tái)比較適合于線上教學(xué)和對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)測(cè)試。總之，輔助教學(xué)的工具很多，選擇一款適合的才是最好的。