基于Python的拔尖創(chuàng)新人才貫通培養(yǎng)實(shí)踐

摘要：聚焦Python教學(xué)，實(shí)踐人才貫通培養(yǎng)。從課標(biāo)定位看，各學(xué)段對 Python 教學(xué)要求不同且層層遞進(jìn)。應(yīng)用策略上，其在小、初、高分別起到興趣啟蒙、思維深化、素養(yǎng)拓展等作用。實(shí)踐探索中，區(qū)縣設(shè)計(jì)貫通培養(yǎng)計(jì)劃，小學(xué)通過興趣引導(dǎo)挖掘潛能，初中強(qiáng)化知識與思維培養(yǎng)，高中則以競賽驅(qū)動提升素養(yǎng)，各學(xué)段緊密銜接，共同構(gòu)建系統(tǒng)培養(yǎng)體系，為培養(yǎng)創(chuàng)新人才奠定基礎(chǔ)并推動教育發(fā)展。

關(guān)鍵詞：拔尖創(chuàng)新人才；Python；貫通培養(yǎng)

一、前言

Python 在小、初、高的貫通培養(yǎng)計(jì)劃，積極響應(yīng)培養(yǎng)創(chuàng)新人才號召。小學(xué)通過接收式與探究式學(xué)習(xí)引入 Python 基礎(chǔ)概念，激發(fā)編程興趣。初中注重設(shè)計(jì)與實(shí)踐，以實(shí)際項(xiàng)目深化理解。高中結(jié)合傳感器實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成品，參加人工智能比賽和應(yīng)用。此機(jī)制實(shí)現(xiàn)了學(xué)段間無縫銜接，提供全面系統(tǒng)編程教育。多樣活動讓不同層次學(xué)生在競賽指導(dǎo)中受益，逐漸形成基本、批判性和創(chuàng)造性思維能力。

二、Python語言在貫通教育中的課標(biāo)定位

Python語言在小學(xué)、初中、高中學(xué)段課標(biāo)中均有涉及，但因各學(xué)段學(xué)生年齡不同，認(rèn)知規(guī)律有別，所以要求各異。課標(biāo)要求雖不同但緊密相連、相互銜接，形成連貫遞進(jìn)體系，為學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)的學(xué)習(xí)路徑，助力學(xué)生成長為有編程能力和創(chuàng)新精神的人才。

（一）小學(xué)階段：興趣激發(fā)與思維啟蒙

新課標(biāo)相關(guān)內(nèi)容和要求指出，在小學(xué)階段利用Python等編程語言教學(xué)時(shí)，應(yīng)著重于激發(fā)學(xué)生對編程的興趣和好奇心，培養(yǎng)學(xué)生初步的編程思維和數(shù)字化素養(yǎng)。結(jié)合小學(xué)生以具體形象思維為主、認(rèn)知能力逐步發(fā)展的特點(diǎn)，通過生動有趣的編程活動，利用簡單的圖形化編程工具制作動畫、故事等，讓學(xué)生在直觀的體驗(yàn)中感受編程的樂趣。例如，學(xué)生可以使用Python的圖形化編程模塊繪制有趣的圖案，在這個(gè)過程中理解基本的編程概念，如順序執(zhí)行、簡單循環(huán)等，初步建立對編程邏輯的認(rèn)知，為后續(xù)的學(xué)習(xí)奠定興趣基礎(chǔ)和思維雛形。

（二）初中階段：邏輯強(qiáng)化與技能實(shí)踐

新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)，初中階段學(xué)生的認(rèn)知開始從形象思維向抽象邏輯思維過渡，此時(shí)利用Python教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)在于進(jìn)一步提升學(xué)生的邏輯思維能力和問題解決能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。結(jié)合這一認(rèn)知規(guī)律，教學(xué)內(nèi)容可逐漸深入，如引導(dǎo)學(xué)生使用Python進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)處理和分析，開發(fā)小型的應(yīng)用程序或游戲等。學(xué)生通過實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)踐，學(xué)會運(yùn)用編程知識解決實(shí)際問題，掌握更復(fù)雜的編程結(jié)構(gòu)和算法，如條件判斷、多層循環(huán)等。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生在項(xiàng)目中發(fā)揮創(chuàng)新思維，對程序進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)和改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新實(shí)踐的能力。

（三）高中階段：專業(yè)拓展與素養(yǎng)深化

新課標(biāo)明確高中階段學(xué)生的認(rèn)知能力和抽象思維已較為成熟，利用Python等編程語言教學(xué)應(yīng)側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和綜合素養(yǎng)，以適應(yīng)未來高等教育和職業(yè)發(fā)展的需求[1]。結(jié)合這一認(rèn)知特點(diǎn)，教師要求學(xué)生深入學(xué)習(xí)Python的高級特性和應(yīng)用領(lǐng)域，如參與人工智能、數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡(luò)編程等項(xiàng)目實(shí)踐。學(xué)生通過參與復(fù)雜的實(shí)際項(xiàng)目和競賽活動，提升編程技能和工程實(shí)踐能力，同時(shí)培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作、項(xiàng)目管理和創(chuàng)新能力等綜合素養(yǎng)。例如，學(xué)生可以利用Python進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練和應(yīng)用，或者開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用系統(tǒng)，在實(shí)踐中不斷深化對編程的理解和應(yīng)用，為未來的專業(yè)發(fā)展和職業(yè)選擇做好充分準(zhǔn)備。

三、Python語言在貫通教育中的應(yīng)用策略

Python作為一門編程語言，以其易學(xué)易懂的特點(diǎn)著稱，尤其適合小學(xué)階段的學(xué)生學(xué)習(xí)。Python語言簡單易學(xué)，但是用它制作出的應(yīng)用可不簡單。Python的代碼簡潔清晰，易于閱讀和理解，不僅讓初學(xué)者能夠快速上手，同時(shí)也能夠隨著學(xué)習(xí)的深入逐漸掌握更為復(fù)雜的功能和技術(shù)。

（一）小學(xué)應(yīng)用：興趣啟蒙與基礎(chǔ)構(gòu)建

Python用于圖形化編程，像Scratch、Blockly 等編程工具都將其作為編程語言之一，可幫助低年級孩子理解編程思維和流程，提高編程與創(chuàng)造能力。

小學(xué)引入Python編程教學(xué)對培養(yǎng)計(jì)算思維意義重大。Python語法規(guī)則明確、邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，編寫程序前需規(guī)劃流程和步驟，能鍛煉學(xué)生邏輯思維。

小學(xué)引入Python編程教學(xué)還可提升學(xué)生解決問題的能力。編程中，學(xué)生會遇到各種bug，要學(xué)會調(diào)試與排除故障。通過反復(fù)嘗試和修正，學(xué)生能讓程序正常運(yùn)行，更重要的是在此過程中學(xué)會獨(dú)立思考、面對和克服困難，對學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和生活將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

（二）初中應(yīng)用：思維深化與技能提升

Python在初中教育領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，能助學(xué)生掌握編程基礎(chǔ)知識，提供展示才能與創(chuàng)新能力的平臺。學(xué)生可通過參加比賽和信息技術(shù)等級考試檢驗(yàn)編程技能。

Python還出現(xiàn)在中考數(shù)學(xué)試題中，一些創(chuàng)新題要求用Python或 Scratch等工具解數(shù)學(xué)問題，如相反數(shù)概念相關(guān)題目。這類題不側(cè)重復(fù)雜算法，而側(cè)重評估編程邏輯思維能力。有編程基礎(chǔ)的學(xué)生做此類題較輕松，有利于他們在考試中占據(jù)優(yōu)勢。

（三）高中應(yīng)用：素養(yǎng)拓展與專業(yè)精進(jìn)

2023年浙江高考信息技術(shù)考試中，Python成考察內(nèi)容，考綱側(cè)重學(xué)生工程實(shí)踐能力，通過設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目讓學(xué)生用Python解決問題，題目涵蓋基本算法知識，難度類似編程競賽低年級組別[1]。

山東、廣東等地也將編程納入高考體系，Python學(xué)習(xí)逐漸成為教育的一部分。參與Python相關(guān)比賽和考試，學(xué)生學(xué)術(shù)得以提升，還能為未來鋪路，比賽獎項(xiàng)是大學(xué)綜合素質(zhì)評價(jià)的敲門磚，受學(xué)生和家長青睞。

Python編程不只是教學(xué)生寫代碼，更培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力、問題解決能力和創(chuàng)造力，這些是二十一世紀(jì)核心素養(yǎng)重要組成部分，對學(xué)生未來發(fā)展至關(guān)重要。

四、Python語言在拔尖創(chuàng)新人才貫通教育中的實(shí)踐探索

江蘇某地設(shè)計(jì)了貫通“小初高三學(xué)段”的信息技術(shù)拔尖創(chuàng)新人才銜接培養(yǎng)計(jì)劃，形成系統(tǒng)化、連續(xù)的培養(yǎng)體系[2]。以往各學(xué)段教學(xué)模式獨(dú)立，而科學(xué)與創(chuàng)新素養(yǎng)培養(yǎng)需從娃娃抓起[3]。通過大中小學(xué)貫通、“大手拉小手”聯(lián)動，將優(yōu)質(zhì)資源融入青少年學(xué)習(xí)，讓他們感受科技創(chuàng)新魅力，使有興趣、有想法、有能力的孩子早日進(jìn)入培養(yǎng)體系，盡快成長。

（一）小學(xué)路徑：涵育計(jì)劃——興趣引導(dǎo)與潛能開發(fā)

小學(xué)階段培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才，關(guān)鍵在于激發(fā)興趣和挖掘潛在天賦，需借助豐富的興趣、特長拓展課程助力學(xué)生自我認(rèn)知，篩選有卓越潛力者。選拔不能僅看成績，要著重考察學(xué)習(xí)能力、規(guī)劃意識等非智力因素，為后續(xù)培養(yǎng)打基礎(chǔ)。

Scratch是小學(xué)編程教學(xué)的獨(dú)特工具，對培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才價(jià)值非凡。它利于小學(xué)生學(xué)習(xí)編程概念，通過拖拽積木塊引導(dǎo)孩子理解邏輯結(jié)構(gòu)，掌握事件驅(qū)動和流程控制。例如，通過繪制五角星的實(shí)例，學(xué)生可以使用“移動”和“旋轉(zhuǎn)”積木精確控制角色的位置和方向，培養(yǎng)空間認(rèn)知能力，為復(fù)雜編程任務(wù)奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，“抬筆”和“落筆”積木教會學(xué)生巧妙控制角色的移動和繪圖起止，這種細(xì)節(jié)掌控能力對未來學(xué)習(xí)創(chuàng)新意義重大。在繪制五角星的過程中，學(xué)生需要重復(fù)使用“移動”和“旋轉(zhuǎn)”積木，并結(jié)合“重復(fù)執(zhí)行”積木來實(shí)現(xiàn)圖形的繪制，不僅加深了學(xué)生對循環(huán)結(jié)構(gòu)的理解，還激發(fā)了他們的創(chuàng)造力和解決問題的能力，如圖1所示。

教學(xué)實(shí)踐中，教師可設(shè)計(jì)趣味項(xiàng)目激發(fā)學(xué)生興趣。首先讓學(xué)生繪制簡單的五角星，展示循環(huán)結(jié)構(gòu)和角度計(jì)算的應(yīng)用，培養(yǎng)邏輯思維和編程技巧。接著引導(dǎo)學(xué)生對五角星進(jìn)行創(chuàng)新修改，如改變顏色、大小或添加裝飾圖案，激發(fā)創(chuàng)造力和想象力。最后鼓勵(lì)學(xué)生將五角星融入更大的作品中，如設(shè)計(jì)一個(gè)星空背景或制作動態(tài)旋轉(zhuǎn)的五角星。這些活動能激發(fā)學(xué)生的想象力，讓他們在享受創(chuàng)作樂趣中提高編程技能，為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才助力。

從選拔培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才角度看，要關(guān)注在活動中表現(xiàn)出強(qiáng)烈好奇心、持續(xù)專注度和勇于嘗試新方法的學(xué)生。他們面對困難不輕易放棄，積極探索解決方案，展現(xiàn)出超常的學(xué)習(xí)能力和解決問題能力。對這些學(xué)生可給予更多挑戰(zhàn)和機(jī)會，引導(dǎo)學(xué)生嘗試?yán)L制更復(fù)雜的多角星或組合圖形，拓寬發(fā)展道路。教師要鼓勵(lì)學(xué)生在編程中大膽嘗試不同思路，如繪制五角星時(shí)，不局限于固定角度，思考如何通過數(shù)學(xué)計(jì)算實(shí)現(xiàn)更多變化。同時(shí)，組織小組討論和分享活動，讓學(xué)生交流創(chuàng)意和經(jīng)驗(yàn)，激發(fā)更多創(chuàng)新火花。如此，可在小學(xué)階段為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才播下希望的種子，有力支持學(xué)生的未來成長。

（二）初中路徑：強(qiáng)基計(jì)劃——知識深化與思維拓展

初中在拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)中處于承上啟下的關(guān)鍵位置，重點(diǎn)是強(qiáng)化基礎(chǔ)學(xué)科知識與深度培養(yǎng)思維能力，以此確定培養(yǎng)方向、提升綜合學(xué)習(xí)能力。在此，學(xué)校要著力開發(fā)和實(shí)施拔尖創(chuàng)新課程，鼓勵(lì)跨校選課，促進(jìn)教育資源共享交流，拓寬學(xué)生成長空間。

Python的Turtle模塊在初中教育中功能強(qiáng)大，能引導(dǎo)學(xué)生在編程實(shí)踐中加深對數(shù)學(xué)概念的理解。以繪制五角星為例，學(xué)生需用數(shù)學(xué)知識計(jì)算小角度數(shù)，像繪制規(guī)則五角星，小角為36度，這是依據(jù)五角星內(nèi)部角度關(guān)系和多邊形內(nèi)角和公式得出的。五角星可看成由五個(gè)等腰三角形組成，其頂角構(gòu)成五角星尖端，經(jīng)計(jì)算大角144度，小角就是（360-2×144）÷2=36度。這一過程鍛煉邏輯思維，讓學(xué)生懂得將理論用于實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)以致用的實(shí)踐精神，如圖2所示。

學(xué)生用Turtle庫編寫Python代碼繪制五角星時(shí)，運(yùn)用循環(huán)結(jié)構(gòu)和把握轉(zhuǎn)向角度就能準(zhǔn)確呈現(xiàn)形狀，增強(qiáng)了學(xué)生對幾何形狀和角度計(jì)算的認(rèn)識，使其體驗(yàn)編程樂趣，為學(xué)習(xí)復(fù)雜編程概念打基礎(chǔ)，Turtle模塊搭建起數(shù)學(xué)與編程的橋梁，促進(jìn)學(xué)生知識和能力雙成長。

從挑選拔尖人才角度看，初中階段要關(guān)注在數(shù)學(xué)推導(dǎo)和編程實(shí)踐中領(lǐng)悟力與創(chuàng)新應(yīng)用能力強(qiáng)的學(xué)生。計(jì)算五角星角度時(shí)，能快速理解運(yùn)用知識且不滿足于答案，還探索不同方法或思考關(guān)聯(lián)其他概念的學(xué)生，有數(shù)學(xué)思維潛力；編程繪制時(shí)，能掌握結(jié)構(gòu)和角度運(yùn)用且嘗試優(yōu)化創(chuàng)新代碼的學(xué)生，在編程和創(chuàng)新思維方面有優(yōu)勢。對這些學(xué)生應(yīng)給予更多挑戰(zhàn)任務(wù)和拓展資源激發(fā)潛力。

從培養(yǎng)拔尖學(xué)生創(chuàng)新思維出發(fā)，教師可引導(dǎo)學(xué)生拓展創(chuàng)新繪制五角星任務(wù)，如改變五角星大小、顏色、位置等參數(shù)，或組合多個(gè)五角星成獨(dú)特圖案。同時(shí)組織小組合作，探討利用Turtle模塊實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖形繪制或動畫效果，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和創(chuàng)新思維，還可引導(dǎo)學(xué)生將繪制過程抽象封裝成函數(shù)或模塊，提高代碼復(fù)用性和可擴(kuò)展性，培養(yǎng)編程架構(gòu)思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，為初中階段培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才打造更有效的培養(yǎng)路徑，助力知識深化和思維拓展。

（三）高中路徑：培優(yōu)計(jì)劃——目標(biāo)聚焦與競賽驅(qū)動

高中階段拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)清晰。學(xué)校分層教學(xué)，結(jié)合競賽與高校招生標(biāo)準(zhǔn)針對性培養(yǎng)，深化培訓(xùn)，鼓勵(lì)學(xué)生參與競賽（尤其關(guān)注白名單項(xiàng)目），以賽促學(xué)，提升素養(yǎng)，為高等教育打基礎(chǔ)。

高中信息技術(shù)課中Python的Turtle模塊作用重大。以繪制五角星為例，學(xué)生自定義函數(shù)繪制并封裝過程，輸入邊長、次數(shù)、增量、顏色等參數(shù)，程序依邏輯繪制系列五角星，可讓學(xué)生理解程序設(shè)計(jì)概念、激發(fā)創(chuàng)造力，且代碼整潔易調(diào)用，如圖3所示。

教師引導(dǎo)學(xué)生繪制五角星排列等復(fù)雜圖案，鞏固學(xué)生對自定義函數(shù)理解，使學(xué)生學(xué)會用函數(shù)簡化編程，復(fù)習(xí)數(shù)學(xué)和邏輯概念，體會程序設(shè)計(jì)模塊化思想和高效性，為編寫復(fù)雜程序積累經(jīng)驗(yàn)。

從拔尖人才挑選與培養(yǎng)角度看，一方面關(guān)注競賽中表現(xiàn)突出且綜合能力強(qiáng)的學(xué)生，他們能迅速解題，有時(shí)間管理和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，還能創(chuàng)新。另一方面重視Python實(shí)踐中有創(chuàng)新思維的學(xué)生，他們突破常規(guī)，善于將理論轉(zhuǎn)化為代碼解決問題。此外，自主學(xué)習(xí)、拓展知識、對Python前沿技術(shù)有興趣且嘗試應(yīng)用的學(xué)生也有潛力。

培養(yǎng)拔尖學(xué)生創(chuàng)新思維可采用項(xiàng)目驅(qū)動式學(xué)習(xí)，如讓學(xué)生參與開發(fā)智能系統(tǒng)等挑戰(zhàn)性項(xiàng)目，鍛煉創(chuàng)新與實(shí)踐能力。組織團(tuán)隊(duì)活動，促進(jìn)交流協(xié)作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新合作能力。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注Python前沿技術(shù)，參加講座、在線課程和開源項(xiàng)目實(shí)踐，拓寬視野、激發(fā)熱情、培養(yǎng)前瞻性思維，為成為拔尖創(chuàng)新人才奠定基礎(chǔ)。

五、結(jié)語

基于Python語言的貫通實(shí)踐構(gòu)建了系統(tǒng)連貫的培養(yǎng)體系，有力支持保障拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)，各階段有機(jī)結(jié)合持續(xù)推進(jìn)，為學(xué)生發(fā)展奠定基礎(chǔ)，有望培養(yǎng)出符合時(shí)代需求、有創(chuàng)新和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才[4]。

科技發(fā)展與教育理念更新，使Python在人才培養(yǎng)中的作用更關(guān)鍵。需優(yōu)化課程體系和教學(xué)方法，加強(qiáng)學(xué)段銜接協(xié)同，為學(xué)生提供更豐富、有挑戰(zhàn)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。同時(shí)拓展Python相關(guān)教育資源和實(shí)踐平臺，鼓勵(lì)學(xué)生參與更多項(xiàng)目實(shí)踐和競賽，激發(fā)創(chuàng)新潛力。持續(xù)努力下，Python貫通教育模式將培養(yǎng)更多高素質(zhì)人才，為科技創(chuàng)新和社會發(fā)展助力，推動教育發(fā)展，為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才開拓更廣闊道路[5]。

參考文獻(xiàn)

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[3]鄭永和，楊宣洋，謝涌，等.我國拔尖創(chuàng)新人才的選拔與培養(yǎng)――基于教育實(shí)踐的多案例循證研究[J].中國科學(xué)院院刊，2022，37（09）：1311-1319.

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[5]楊清.論普通高中拔尖創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)[J].中國教育學(xué)刊，2023（08）：64-70.

基金項(xiàng)目：蘇州高新區(qū)立項(xiàng)2024年度教育科學(xué)規(guī)劃課題“長板理論下中學(xué)IT拔尖創(chuàng)新人才培育策略研究”（項(xiàng)目編號：SND-2024-YB-029）

作者單位：蘇州高新區(qū)（虎丘區(qū)）教育發(fā)展中心，吳縣中學(xué)

責(zé)任編輯：王穎振 楊惠娟