本书紧扣国家 “十五五 ”教育发展战略 ,以培养具备人工智能素养与编程教学能力的 “双师型”小学教师为目标 ,助力构建 “人工智能 +教育 ”的未来教育生态。全书坚持 “学科融合、知行合一”的理念 ,以 Python语言为核心 ,采用 “基础 —应用 —创新 ”三层递进结构 ,将数学、物理等学科知识深度融入编程案例。通过趣味案例、流程图和双色标注等形式有效降低学习门槛 ,引导读者从编程基础逐步迈向人工智能实践 ,着力破解传统教学中概念抽象、内容割裂的痛点。
全书共 11章,内容涵盖编程环境搭建、基本数据类型、运算符、输入输出、选择结构与循环结构、序列与字符串操作、函数与模块、基本算法示例等。从基础语法入手 ,系统讲解 Python编程核心知识 ,并通过综合实践项目提升学生的综合应用能力 ,帮助读者建立系统的编程知识结构与教学设计能力。
本书适用于高等师范院校小学教育专业 “ Python编程基础 ”课程的教材 ,也可作为零基础 Python编程爱好者的入门教程。

在人工智能技术加速渗透社会各领域的今天 ,编程已成为培养学生计算思维与创新能力的重要载体。本书依据教育部高等学校大学计算机课程教学指导委员会对程序设计课程的要求 ,结合高等师范院校小学教育专业的人才培养需求编写而成。本书紧扣国家“十五五 ”教育发展战略 ,旨在培养具备人工智能素养与编程教学能力的 “双师型 ”小学教师 ,助力构建 “人工智能 +教育 ”的未来教育生态。
本书由兼具工程背景与师范教育一线教学经验的多位教育工作者共同编写。本书在编写理念上 ,坚持 “学科融合、知行合一 ”,打破学科壁垒 ,将数学、物理等学科知识深度融入编程案例 ,构建 “编程 +学科 ”的创新教学模式 ,着力破解传统教学中概念抽象、内容割裂的难题。在教学内容上 ,以 Python语言作为核心载体 ,依托其简洁语法、丰富库生态与跨平台特性 ,引导读者从编程基础迈向人工智能实践 ,通过案例化教学帮助读者在解决实际问题中理解 AI技术原理。在结构设计上 ,全书采用 “基础 —应用 —创新 ”三层递进结构 :基础层夯实编程根基 ,涵盖编程环境搭建、数据类型及流程控制 ;应用层实现知识关联 ,结合数学建模、物理仿真等案例深化理解 ;创新层启迪创新思维 ,融入递归、分治、哈希等智能算法与模块化设计理念。
全书共 11章,内容编排遵循认知规律 ,从编程环境搭建 (第 1章)起步 ,逐步深入到基础语法 (第 2~4章)、算法设计 (第 5 ~ 10章)及综合实践 (第 11章)。在内容呈现上 ,通过 “数学建模 ”“物理仿真 ”“智能游戏 ”等趣味案例激发学习兴趣 ,以流程图解析算法逻辑 ,辅以双色标注 ,有效降低学习门槛。
本书适用于高等师范院校小学教育专业学生 “Python编程基础 ”课程的教材 ,也可作为小学教师继续教育培训用书或零基础编程爱好者的入门教程。建议读者跟随书中案例同步操作 ,每周完成 2~3个实验项目 ;通过 “拓展任务 ”自主改编代码 ,探索个性化解决方案 ,做到举一反三。
本书由何志坚担任主编 ,朱承学、Mustapha Chergui、毛玲担任副主编 ,王耀南院士担任主审。具体编写分工如下 :何志坚编写第 1、2、3、4、5、6、9、10章,毛玲编写第 7、8章, Mustapha Chergui编写第 11章,朱承学负责全书校核。配套教学资源、PPT课件及案例素材由毛玲、何志坚制作整理。
     2人工智能教育基础 ———Python编程基础与实践
人工智能教育的本质是赋予下一代 “与机器对话 ”的能力以及 “为人类创造物注入
灵魂 ”的智慧。愿本书成为师范生探索智能教育世界的钥匙 ,共同见证 :今天的小小编程
实践 ,终将成为明日改变世界的力量。
由于编者水平有限 ,书中难免存在疏漏和不妥之处 ,恳请广大读者和专家不吝赐教 ,
以便再版时修订完善。
编 者 2026年 4月

第 1章 初识 Python …………………………………………………………………………… 1 
1. 1  Python编程简介 ………………………………………………………………………… 1 
1. 1. 1 了解编程和 Python语言 ……………………………………………………… 1 
1. 1. 2 搭建 Python编程环境 ………………………………………………………… 1 
1. 1. 3 了解 Python程序编辑器界面 ………………………………………………… 4 
1. 1. 4 体验 Python魅力 ……………………………………………………………… 5 
1. 2  Python语法特点及应用 ………………………………………………………………… 6 
1. 2. 1 代码注释 ……………………………………………………………………… 6 
1. 2. 2 代码缩进 ……………………………………………………………………… 7 
1. 2. 3 认识保留字 …………………………………………………………………… 10 
1. 2. 4 标识符 ………………………………………………………………………… 12
课后练习 ……………………………………………………………………………………… 14
第 2章  Python基本数据类型 ………………………………………………………………… 15 
2. 1 数据类型 ………………………………………………………………………………… 15 
2. 1. 1 数值型数据 …………………………………………………………………… 15 
2. 1. 2 字符串型 ……………………………………………………………………… 17 
2. 1. 3 列表型 ………………………………………………………………………… 17 
2. 1. 4 集合型 ………………………………………………………………………… 17 
2. 1. 5 元组型 ………………………………………………………………………… 18 
2. 1. 6 字典型 ………………………………………………………………………… 18 
2. 2 字符串型数据和键盘输入字符 ……………………………………………………… 19 
2. 2. 1 字符型数据 …………………………………………………………………… 19 
2. 2. 2 键盘输入字符 ………………………………………………………………… 19
课后练习 ……………………………………………………………………………………… 21
第 3章  Python常用运算符 …………………………………………………………………… 22 
3. 1 算术运算符 …………………………………………………………………………… 22 
3. 2 赋值运算符 …………………………………………………………………………… 24 
3. 3 比较运算符 …………………………………………………………………………… 24 
3. 4 逻辑运算符 …………………………………………………………………………… 25 
Ⅱ    人工智能教育基础 ———Python编程基础与实践 
3. 5 位运算符 ………………………………………………………………………………… 26 
3. 6 运符的优先级 ………………………………………………………………………… 26
课后练习 ……………………………………………………………………………………… 27
第 4章  Python的基本输入与输出 …………………………………………………………… 29 
4. 1 输入与输出 …………………………………………………………………………… 29 
4. 2  input()函数 …………………………………………………………………………… 29 
4. 3  print()函数 …………………………………………………………………………… 31
课后练习 ……………………………………………………………………………………… 36
第 5章 选择结构 ………………………………………………………………………………… 37 
5. 1 流程图 …………………………………………………………………………………… 37 
5.2  if语句 …………………………………………………………………………………… 38 
5.3  if…else语句 …………………………………………………………………………… 39 
5.4  if…elif…else语句 ……………………………………………………………………… 40 
5. 5 选择语句的嵌套使用 ………………………………………………………………… 41
课后练习 ……………………………………………………………………………………… 42
第 6章 循环结构 ………………………………………………………………………………… 45 
6. 1 变量的含义及应用 …………………………………………………………………… 45 
6. 2 循环结构 ………………………………………………………………………………… 47 
6.2.1  for循环语句 …………………………………………………………………… 48 
6. 2. 2  while循环语句 ……………………………………………………………… 48 
6. 3 循环嵌套 ………………………………………………………………………………… 51 
6. 4 循环与跳转 …………………………………………………………………………… 53 
6. 5 无限循环 ………………………………………………………………………………… 56 
6. 6  pass空语句 ……………………………………………………………………………… 56
课后练习 ……………………………………………………………………………………… 57
第 7章 序列 ……………………………………………………………………………………… 59 
7. 1 序列的定义 …………………………………………………………………………… 59 
7. 2 列表 ……………………………………………………………………………………… 61 
7. 2. 1 创建列表 ……………………………………………………………………… 61 
7. 2. 2 操作列表元素 ………………………………………………………………… 62 
7. 3 序列应用 ………………………………………………………………………………… 64 
7. 3. 1 一维列表 ……………………………………………………………………… 64 
7. 3. 2 序列列表的基本操作 ………………………………………………………… 65 
目  录 Ⅲ     
7. 4 一维序列列表的操作 ………………………………………………………………… 66 
7. 5 二维列表 ………………………………………………………………………………… 67
课后练习 ……………………………………………………………………………………… 70
第 8章 字符串常用操作 ……………………………………………………………………… 72 
8. 1 基本数据类型 ………………………………………………………………………… 72 
8. 2 字符串的基本操作 …………………………………………………………………… 72 
8. 3 拼接字符串 …………………………………………………………………………… 72 
8. 4 字母大小写转换函数 ………………………………………………………………… 74 
8. 5 计算字符串的长度 …………………………………………………………………… 75
课后练习 ……………………………………………………………………………………… 77
第 9章 函数 ……………………………………………………………………………………… 78 
9. 1 函数的定义 …………………………………………………………………………… 78 
9. 2 创建函数 ………………………………………………………………………………… 78 
9. 3 调用函数 ………………………………………………………………………………… 79 
9. 4 参数 ……………………………………………………………………………………… 80 
9. 5 函数的返回值 ………………………………………………………………………… 84 
9. 6 使用 return语句 ………………………………………………………………………… 84 
9. 7 变量 ……………………………………………………………………………………… 86 
9. 8 变量的作用域 ………………………………………………………………………… 86
课后练习 ……………………………………………………………………………………… 88
第 10章 模块 …………………………………………………………………………………… 90 
10. 1 理解模块的概念 ……………………………………………………………………… 90 
10. 2 模块的类型 …………………………………………………………………………… 90 
10. 3 自定义模块 …………………………………………………………………………… 91 
10. 4 内置模块 ……………………………………………………………………………… 91 
10. 5 开源模块 ……………………………………………………………………………… 91 
10. 6 引用模块 ……………………………………………………………………………… 92 
10. 7 内置模块表 …………………………………………………………………………… 93
课后练习 ……………………………………………………………………………………… 95
第 11章  Python基本算法示例 ……………………………………………………………… 96 
11. 1  Python基本算法 ……………………………………………………………………… 96 
11. 2 枚举算法 ……………………………………………………………………………… 96 
11. 3 递推算法 ……………………………………………………………………………… 99 
Ⅳ    人工智能教育基础 ———Python编程基础与实践 
11. 4 递归算法 …………………………………………………………………………… 101 
11. 5 分治算法 …………………………………………………………………………… 103 
11. 6 排序算法 …………………………………………………………………………… 105 
11. 6. 1 冒泡排序算法 …………………………………………………………… 105 
11. 6. 2 选择排序算法 …………………………………………………………… 106 
11. 6. 3 插入排序算法 …………………………………………………………… 107 
11. 6. 4 希尔排序算法 …………………………………………………………… 108 
11. 7 查找算法 …………………………………………………………………………… 109 
11. 7. 1 顺序查找算法 …………………………………………………………… 110 
11. 7. 2 二分查找算法 …………………………………………………………… 110 
11. 7. 3 插值查找算法 …………………………………………………………… 111 
11. 8 哈希算法 …………………………………………………………………………… 112
课后练习 ……………………………………………………………………………………… 114
附录A 参考答案 ……………………………………………………………………………… 116 

何志坚：湖南第一师范学院副教授/高级工程师，湖南大学工学博士。历任中车集团技术员，三一重工设计主管工程师，广州君望机器人自动化有限公司技术总监，广州安商智能科技有限公司技术顾问，中国人工智能协会专家会员，中国青少年科技辅导员协会科学传播工作委员会副秘书长，中国发明协会中小学创造教育分会创新创造教育首任志愿服务专家，国家级众创空间导师，湖南省科技专家库、长沙市科技局专家库等单位专家等。主要从事机器人及科学教育方向的研究。以第一作者在《中国机械工程》、《振动与冲击》等EI期刊发表论文10余篇，获得国家专利近30项，其中发明专利15项，主持或参与省部级以上课题10余项，获得长沙市创新发明标兵奖一项。？

1.本书在编写理念上 ,坚持 “学科融合、知行合一 ”,打破学科壁垒 ,将数学、物理等学科知识深度融入编程案例 ,构建 “编程 +学科 ”的创新教学模式 ,着力破解传统教学中概念抽象、内容割裂的难题。

2.在教学内容上 ,以 Python语言作为核心载体 ,依托其简洁语法、丰富库生态与跨平台特性 ,引导读者从编程基础迈向人工智能实践 ,通过案例化教学帮助读者在解决实际问题中理解 AI技术原理。

3.在结构设计上 ,全书采用 “基础 —应用 —创新 ”三层递进结构 :基础层夯实编程根基 ,涵盖编程环境搭建、数据类型及流程控制 ;应用层实现知识关联 ,结合数学建模、物理仿真等案例深化理解 ;创新层启迪创新思维 ,融入递归、分治、哈希等智能算法与模块化设计理念。