在网页上用画画的方式学Python

    林赛雅 谢作如

    

    

    

    毫无疑问，Python已经成为当前中小学最热门的编程语言。据了解，普通高中信息技术的五套新教材，全部选择了Python。当孩子们具备了以Scratch、Blockly或者扣叮为代表的图形化编程基础后，在代码编程方面，Python成为最好的选择之一。

    Logo语言是MIT著名计算机教授西蒙·派珀特专为儿童设计的编程语言，曾经风靡全球，直到最近十年才慢慢被Scratch所替代。有人开发了一个叫Turtle的Python库，继承了Logo语言的所有功能。笔者希望能够借助画画的方式，让初学者熟悉Python语法，但是Python命令行形式的编程界面总不够友好。直到有一天发现了Jupyter和Ipyturtle，实现了在网页上一边画画，一边学习Python的愿望。

    ● 编程环境搭建

    1.Jupyter简介和安裝

    Jupyter的全称为Jupyter Notebook（此前被称为IPython NoteBook），是一个交互式笔记本，支持运行40多种编程语言。Jupyter的本质是一个Web应用程序，便于创建和共享程序文档，支持实时代码、数学方程、可视化和MarkDown。很多人喜欢直接在Jupyter上写代码，并同步记录学习心得，这样的学习笔记实际上就是一个很好的教程。

    除了通过Jupyter，还可以通过Web页面运行Python代码和系统命令。开源硬件虚谷号上，就集成了Jupyter，通过访问Jupyter页面，就能用无线的模式来给虚谷号编程，也可以管理虚谷号上的种种应用。如果没有虚谷号，建议安装Winpython或者Anaconda，二者都集成了Jupyter。如果自己对Python比较熟悉，也可以自行安装。

    2.Ipyturtle简介和安装

    顾名思义，Ipyturtle是Jupyter的插件，用于在Jupyter上模拟海龟，即Jupyter上的Turtle画画。Ipyturtle的语法和Turtle也基本一致，仅有几个常用的动词。例如，forward为前进，back为后退，right和left分别表示右转和左转。访问官方开源网站，可以得到具体的文档资料。

    Ipyturtle的Github地址：https：//github.com/gkvoelkl/ipython-Turtle-widget。

    和其他的Python库类似，Ipyturtle可以用pip或者pip3命令安装，但首先需要安装Jupyter。安装命令如下：

    pip install Ipyturtle Jupyter nbextension enable --py --sys-prefix Ipyturtle

    Jupyter安装好后，可以视为计算机上安装了一个默认端口为8888的Web服务。在命令行中输入Jupyter，即可启动这一服务。

    Jupyter的访问地址为：http：//[ip地址]：8888，如果访问的是本机，可以直接用127.0.0.1作为IP地址。

    ● 开始画画吧

    1.显示我的画布

    在Jupyter的页面中新建一个Python3文件，这时将新建一个笔记。在笔记的文本框中输入如图1所示的代码，然后点击“运行”，看一看，网页上是不是出现了一张带箭头的图片（如图2）。注意：如果网页没有出现图片，请使用谷歌浏览器访问Jupyter。

    然后，在新的文本框中输入“t.forward（60）”，看看画面有什么变化，是不是出现了一条直线（如图3）。

    这里对Ipyturtle的常见语法做简单介绍。

    （1）“from Ipyturtle import Turtle”的作用是在Ipyturtle库中导入Turtle模块。

    （2）“t=Turtle（）”表示建立Turtle对象，名称是t。直接输入t，网页上就能显示画布。“t.close（）”表示关闭画布。“t=Turtle（fixed=False， width=100， height=100）”表示建立一个宽度和高度为100像素的画布。

    （3）“t.forward（60）”表示前进60，“t.back（20）”表示后退20，单位是像素。

    （4）“right（10）”和“left（10）”表示右转和左转10，单位是角度。

    怎么样？命令是不是很简单？

    2.画一个矩形

    画一个矩形，其实只需要控制箭头右转三次90度，画四条对称的线。在文本框中输入如图4所示的代码，看看是不是动态画出了一个矩形？

    用如图5所示的代码，可以画出三角形、圆形等。

    在画圆形的时候，我们就用到了循环语句，不然就得写360行同样的语句，初学者很快就体会到循环语句的重要性。需要特别强调的是，画布可以另存为图片。如果熟悉了语法，完全可以用这种方式来画一些常见的图形。

    ● 写一个交互式笔记

    Jupyter的最大优势在于可以编写交互式的笔记。将输入代码的文本框的类型（默认为“代码”）换成“标记”，即可写上说明性文字。Jupyter的文字支持标准的MarkDown语法，能够输入段落、列表、超链接和数学公式等不同格式的文本。MarkDown是程序员常用的一种纯文本格式的标记语言，通过简单的标记语法，可以使普通文本内容具有一定的格式。

    我们把探索、测试Ipyturtle语法的过程，即在网页上画画的过程，一步一步记录下来，在代码旁边增加说明性文字，这就完成了一个交互式笔记（如图6）。这既是学习笔记，也是一个支持在线运行代码的交互课件。

    将自己编写的笔记保存为.ipynb格式，就可以分享给其他人使用。开源硬件虚谷号上已经整合了笔者写的各种交互式编程笔记，打开无线模式即可使用。

    西蒙·派珀特认为，计算机是一种新的表达工具，用Logo语言可以帮助孩子们用更好的方式学习数学和编程。在笔者看来，用画画的形式来熟悉Python语法，是很不错的选择。尤其是在虚谷号和Jupyter的支持下，打开浏览器就能学习，降低了学习门槛。Ipyturtle的功能虽然很简单，但如果结合网络爬虫、百度AI和板载Arduino等功能，画画会更加有趣。例如，用画图的形式呈现各种传感器数据，让物联网数据可视化，能更好地激发学生的学习兴趣。