基于Python的拔尖創新人才貫通培養實踐

摘要：聚焦Python教學，實踐人才貫通培養。從課標定位看，各學段對 Python 教學要求不同且層層遞進。應用策略上，其在小、初、高分別起到興趣啟蒙、思維深化、素養拓展等作用。實踐探索中，區縣設計貫通培養計劃，小學通過興趣引導挖掘潛能，初中強化知識與思維培養，高中則以競賽驅動提升素養，各學段緊密銜接，共同構建系統培養體系，為培養創新人才奠定基礎并推動教育發展。

關鍵詞：拔尖創新人才；Python；貫通培養

一、前言

Python 在小、初、高的貫通培養計劃，積極響應培養創新人才號召。小學通過接收式與探究式學習引入 Python 基礎概念，激發編程興趣。初中注重設計與實踐，以實際項目深化理解。高中結合傳感器實驗設計成品，參加人工智能比賽和應用。此機制實現了學段間無縫銜接，提供全面系統編程教育。多樣活動讓不同層次學生在競賽指導中受益，逐漸形成基本、批判性和創造性思維能力。

二、Python語言在貫通教育中的課標定位

Python語言在小學、初中、高中學段課標中均有涉及，但因各學段學生年齡不同，認知規律有別，所以要求各異。課標要求雖不同但緊密相連、相互銜接，形成連貫遞進體系，為學生構建系統的學習路徑，助力學生成長為有編程能力和創新精神的人才。

（一）小學階段：興趣激發與思維啟蒙

新課標相關內容和要求指出，在小學階段利用Python等編程語言教學時，應著重于激發學生對編程的興趣和好奇心，培養學生初步的編程思維和數字化素養。結合小學生以具體形象思維為主、認知能力逐步發展的特點，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，讓學生在直觀的體驗中感受編程的樂趣。例如，學生可以使用Python的圖形化編程模塊繪制有趣的圖案，在這個過程中理解基本的編程概念，如順序執行、簡單循環等，初步建立對編程邏輯的認知，為后續的學習奠定興趣基礎和思維雛形。

（二）初中階段：邏輯強化與技能實踐

新課標強調，初中階段學生的認知開始從形象思維向抽象邏輯思維過渡，此時利用Python教學的側重點在于進一步提升學生的邏輯思維能力和問題解決能力，同時培養學生創新意識和實踐能力。結合這一認知規律，教學內容可逐漸深入，如引導學生使用Python進行簡單的數據處理和分析，開發小型的應用程序或游戲等。學生通過實際項目的實踐，學會運用編程知識解決實際問題，掌握更復雜的編程結構和算法，如條件判斷、多層循環等。同時，鼓勵學生在項目中發揮創新思維，對程序進行個性化設計和改進，培養學生獨立思考和創新實踐的能力。

（三）高中階段：專業拓展與素養深化

新課標明確高中階段學生的認知能力和抽象思維已較為成熟，利用Python等編程語言教學應側重于培養學生的專業技能和綜合素養，以適應未來高等教育和職業發展的需求[1]。結合這一認知特點，教師要求學生深入學習Python的高級特性和應用領域，如參與人工智能、數據分析、網絡編程等項目實踐。學生通過參與復雜的實際項目和競賽活動，提升編程技能和工程實踐能力，同時培養團隊協作、項目管理和創新能力等綜合素養。例如，學生可以利用Python進行機器學習模型的訓練和應用，或者開發基于網絡的應用系統，在實踐中不斷深化對編程的理解和應用，為未來的專業發展和職業選擇做好充分準備。

三、Python語言在貫通教育中的應用策略

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

（一）小學應用：興趣啟蒙與基礎構建

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，提高編程與創造能力。

小學引入Python編程教學對培養計算思維意義重大。Python語法規則明確、邏輯結構嚴謹，編寫程序前需規劃流程和步驟，能鍛煉學生邏輯思維。

小學引入Python編程教學還可提升學生解決問題的能力。編程中，學生會遇到各種bug，要學會調試與排除故障。通過反復嘗試和修正，學生能讓程序正常運行，更重要的是在此過程中學會獨立思考、面對和克服困難，對學生未來的學習和生活將產生深遠影響。

（二）初中應用：思維深化與技能提升

Python在初中教育領域應用廣泛，能助學生掌握編程基礎知識，提供展示才能與創新能力的平臺。學生可通過參加比賽和信息技術等級考試檢驗編程技能。

Python還出現在中考數學試題中，一些創新題要求用Python或 Scratch等工具解數學問題，如相反數概念相關題目。這類題不側重復雜算法，而側重評估編程邏輯思維能力。有編程基礎的學生做此類題較輕松，有利于他們在考試中占據優勢。

（三）高中應用：素養拓展與專業精進

2023年浙江高考信息技術考試中，Python成考察內容，考綱側重學生工程實踐能力，通過設計工程項目讓學生用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學習逐漸成為教育的一部分。參與Python相關比賽和考試，學生學術得以提升，還能為未來鋪路，比賽獎項是大學綜合素質評價的敲門磚，受學生和家長青睞。

Python編程不只是教學生寫代碼，更培養學生邏輯思維能力、問題解決能力和創造力，這些是二十一世紀核心素養重要組成部分，對學生未來發展至關重要。

四、Python語言在拔尖創新人才貫通教育中的實踐探索

江蘇某地設計了貫通“小初高三學段”的信息技術拔尖創新人才銜接培養計劃，形成系統化、連續的培養體系[2]。以往各學段教學模式獨立，而科學與創新素養培養需從娃娃抓起[3]。通過大中小學貫通、“大手拉小手”聯動，將優質資源融入青少年學習，讓他們感受科技創新魅力，使有興趣、有想法、有能力的孩子早日進入培養體系，盡快成長。

（一）小學路徑：涵育計劃——興趣引導與潛能開發

小學階段培養拔尖創新人才，關鍵在于激發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生自我認知，篩選有卓越潛力者。選拔不能僅看成績，要著重考察學習能力、規劃意識等非智力因素，為后續培養打基礎。

Scratch是小學編程教學的獨特工具，對培養拔尖創新人才價值非凡。它利于小學生學習編程概念，通過拖拽積木塊引導孩子理解邏輯結構，掌握事件驅動和流程控制。例如，通過繪制五角星的實例，學生可以使用“移動”和“旋轉”積木精確控制角色的位置和方向，培養空間認知能力，為復雜編程任務奠定基礎。同時，“抬筆”和“落筆”積木教會學生巧妙控制角色的移動和繪圖起止，這種細節掌控能力對未來學習創新意義重大。在繪制五角星的過程中，學生需要重復使用“移動”和“旋轉”積木，并結合“重復執行”積木來實現圖形的繪制，不僅加深了學生對循環結構的理解，還激發了他們的創造力和解決問題的能力，如圖1所示。

教學實踐中，教師可設計趣味項目激發學生興趣。首先讓學生繪制簡單的五角星，展示循環結構和角度計算的應用，培養邏輯思維和編程技巧。接著引導學生對五角星進行創新修改，如改變顏色、大小或添加裝飾圖案，激發創造力和想象力。最后鼓勵學生將五角星融入更大的作品中，如設計一個星空背景或制作動態旋轉的五角星。這些活動能激發學生的想象力，讓他們在享受創作樂趣中提高編程技能，為培養拔尖創新人才助力。

從選拔培養拔尖創新人才角度看，要關注在活動中表現出強烈好奇心、持續專注度和勇于嘗試新方法的學生。他們面對困難不輕易放棄，積極探索解決方案，展現出超常的學習能力和解決問題能力。對這些學生可給予更多挑戰和機會，引導學生嘗試繪制更復雜的多角星或組合圖形，拓寬發展道路。教師要鼓勵學生在編程中大膽嘗試不同思路，如繪制五角星時，不局限于固定角度，思考如何通過數學計算實現更多變化。同時，組織小組討論和分享活動，讓學生交流創意和經驗，激發更多創新火花。如此，可在小學階段為培養拔尖創新人才播下希望的種子，有力支持學生的未來成長。

（二）初中路徑：強基計劃——知識深化與思維拓展

初中在拔尖創新人才培養中處于承上啟下的關鍵位置，重點是強化基礎學科知識與深度培養思維能力，以此確定培養方向、提升綜合學習能力。在此，學校要著力開發和實施拔尖創新課程，鼓勵跨校選課，促進教育資源共享交流，拓寬學生成長空間。

Python的Turtle模塊在初中教育中功能強大，能引導學生在編程實踐中加深對數學概念的理解。以繪制五角星為例，學生需用數學知識計算小角度數，像繪制規則五角星，小角為36度，這是依據五角星內部角度關系和多邊形內角和公式得出的。五角星可看成由五個等腰三角形組成，其頂角構成五角星尖端，經計算大角144度，小角就是（360-2×144）÷2=36度。這一過程鍛煉邏輯思維，讓學生懂得將理論用于實踐，培養學以致用的實踐精神，如圖2所示。

學生用Turtle庫編寫Python代碼繪制五角星時，運用循環結構和把握轉向角度就能準確呈現形狀，增強了學生對幾何形狀和角度計算的認識，使其體驗編程樂趣，為學習復雜編程概念打基礎，Turtle模塊搭建起數學與編程的橋梁，促進學生知識和能力雙成長。

從挑選拔尖人才角度看，初中階段要關注在數學推導和編程實踐中領悟力與創新應用能力強的學生。計算五角星角度時，能快速理解運用知識且不滿足于答案，還探索不同方法或思考關聯其他概念的學生，有數學思維潛力；編程繪制時，能掌握結構和角度運用且嘗試優化創新代碼的學生，在編程和創新思維方面有優勢。對這些學生應給予更多挑戰任務和拓展資源激發潛力。

從培養拔尖學生創新思維出發，教師可引導學生拓展創新繪制五角星任務，如改變五角星大小、顏色、位置等參數，或組合多個五角星成獨特圖案。同時組織小組合作，探討利用Turtle模塊實現復雜圖形繪制或動畫效果，培養團隊協作和創新思維，還可引導學生將繪制過程抽象封裝成函數或模塊，提高代碼復用性和可擴展性，培養編程架構思維和創新設計能力，為初中階段培養拔尖創新人才打造更有效的培養路徑，助力知識深化和思維拓展。

（三）高中路徑：培優計劃——目標聚焦與競賽驅動

高中階段拔尖創新人才培養目標清晰。學校分層教學，結合競賽與高校招生標準針對性培養，深化培訓，鼓勵學生參與競賽（尤其關注白名單項目），以賽促學，提升素養，為高等教育打基礎。

高中信息技術課中Python的Turtle模塊作用重大。以繪制五角星為例，學生自定義函數繪制并封裝過程，輸入邊長、次數、增量、顏色等參數，程序依邏輯繪制系列五角星，可讓學生理解程序設計概念、激發創造力，且代碼整潔易調用，如圖3所示。

教師引導學生繪制五角星排列等復雜圖案，鞏固學生對自定義函數理解，使學生學會用函數簡化編程，復習數學和邏輯概念，體會程序設計模塊化思想和高效性，為編寫復雜程序積累經驗。

從拔尖人才挑選與培養角度看，一方面關注競賽中表現突出且綜合能力強的學生，他們能迅速解題，有時間管理和團隊協作能力，還能創新。另一方面重視Python實踐中有創新思維的學生，他們突破常規，善于將理論轉化為代碼解決問題。此外，自主學習、拓展知識、對Python前沿技術有興趣且嘗試應用的學生也有潛力。

培養拔尖學生創新思維可采用項目驅動式學習，如讓學生參與開發智能系統等挑戰性項目，鍛煉創新與實踐能力。組織團隊活動，促進交流協作，培養團隊創新合作能力。引導學生關注Python前沿技術，參加講座、在線課程和開源項目實踐，拓寬視野、激發熱情、培養前瞻性思維，為成為拔尖創新人才奠定基礎。

五、結語

基于Python語言的貫通實踐構建了系統連貫的培養體系，有力支持保障拔尖創新人才培養，各階段有機結合持續推進，為學生發展奠定基礎，有望培養出符合時代需求、有創新和實踐能力的高素質人才[4]。

科技發展與教育理念更新，使Python在人才培養中的作用更關鍵。需優化課程體系和教學方法，加強學段銜接協同，為學生提供更豐富、有挑戰的學習體驗。同時拓展Python相關教育資源和實踐平臺，鼓勵學生參與更多項目實踐和競賽，激發創新潛力。持續努力下，Python貫通教育模式將培養更多高素質人才，為科技創新和社會發展助力，推動教育發展，為培養拔尖創新人才開拓更廣闊道路[5]。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]程曉琳.“三位一體”，自主培養拔尖創新人才[N].新華日報，2024-01-25（011）.

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

[4]鄭朝卿.拔尖創新人才選拔培養新論[M].北京：清華大學出版社，2017.

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

基金項目：蘇州高新區立項2024年度教育科學規劃課題“長板理論下中學IT拔尖創新人才培育策略研究”（項目編號：SND-2024-YB-029）

作者單位：蘇州高新區（虎丘區）教育發展中心，吳縣中學

責任編輯：王穎振 楊惠娟