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坐标的“位置密码”与直线图形绘制 ​

课题 ​

turtle库的“坐标魔法”——用代码画出直线与正方形

教学时间 ​

2课时（90分钟）

课前准备 ​

  • 教师端：电脑（Python 3.10+，预装turtle库）、投影仪、坐标网格黑板（1m×1m，标注x/y轴）、“坐标卡片”（写有(3,2)、(-1,4)等）、几何积木（正方形、长方形）、错误代码示例图（如忘记写括号、角度错误）。
  • 学生端：电脑（turtle环境）、坐标纸（每人2张）、彩色笔（标注图形边长）、笔记本（记录坐标规律）。
  • 教学素材：turtle基础代码模板、“图形闯关任务单”（分层练习）、“坐标小达人”奖励徽章。

一、导入活动：从“教室坐标”到“代码坐标”（15分钟） ​

活动1：“坐标寻宝”游戏——理解x/y轴的意义 ​

  • 教师在教室地面贴坐标网格（以讲台为原点(0,0)，右为x轴正方向，前为y轴正方向），在(2,1)、(-1,3)等位置放小贴纸。
  • 规则：学生抽取“坐标卡片”，根据坐标找到对应位置的贴纸，提问：“(3,0)在哪里？”引导发现“x轴控制左右，y轴控制前后”。
  • 类比：“电脑屏幕也有坐标，左上角是(0,0)，向右x变大，向下y变大——这就是turtle画图的‘位置密码’”。

活动2：“积木拼正方形”——感知“边长与角度”的关系 ​

  • 学生用几何积木拼正方形，观察：“拼4条边后，转了多少度？”（引导发现每转90°，4次正好转一圈360°）。
  • 播放短视频：turtle画图过程（直线→转向→直线），类比“积木拼接”：forward(50)=摆一根50长的边，right(90)=转90°。

二、知识点讲解：turtle基础与坐标绘图（30分钟） ​

模块1：认识turtle——代码世界的“小画家”（10分钟） ​

  • 核心概念：turtle是Python的“绘图库”，像一只带着画笔的小乌龟，用代码控制它移动、转向、抬笔/落笔。
  • 基础指令（结合演示）：
    python
    import turtle  # 导入turtle库（召唤小乌龟）
t = turtle.Turtle()  # 创建小乌龟t（可以取其他名字，如pen）
t.forward(100)  # 向前走100步（画直线）
t.right(90)  # 向右转90度
t.forward(100)  # 再向前走100步
turtle.done()  # 保持窗口不关闭
  • 坐标控制：用goto(x,y)直接跳转到指定坐标，如：
    python
    t.penup()  # 抬笔（不画线）
t.goto(50, 50)  # 跳到(50,50)
t.pendown()  # 落笔（开始画线）
t.forward(50)  # 从(50,50)向前画50步

模块2：绘制正方形——循环与角度的配合（20分钟） ​

  • 分步画法（无循环，适合理解逻辑）：
    python
    import turtle
t = turtle.Turtle()
t.forward(80)  # 第一条边
t.right(90)
t.forward(80)  # 第二条边
t.right(90)
t.forward(80)  # 第三条边
t.right(90)
t.forward(80)  # 第四条边
turtle.done()
  • 优化：用for循环简化代码（引入循环逻辑）：
    python
    import turtle
t = turtle.Turtle()
for _ in range(4):  # 重复4次（正方形4条边）
    t.forward(80)
    t.right(90)
turtle.done()
  • 关键规律：
    1. 正方形边长= forward()的参数（如80）；
    2. 每次转向角度= 90°（right(90)）；
    3. 变量控制大小：把边长设为变量，方便修改（如size = 100，再用forward(size)）。

三、练习题设计：分层任务+坐标挑战（25分钟） ​

基础任务（全员完成）：“我的第一个正方形” ​

  • 要求：用循环绘制边长为60的正方形，用goto()让小乌龟从(0,0)开始画，完成后用color("red")设置画笔颜色。
  • 示例框架：
    python
    import turtle
t = turtle.Turtle()
t.color("red")  # 画笔颜色
t.penup()
t.goto(0, 0)  # 起点坐标
t.pendown()
size = 60  # 边长变量
for _ in range(4):
    t.forward(size)
    t.right(90)
turtle.done()

进阶任务（选做）：“坐标跳房子” ​

  • 用goto(x,y)+forward()绘制2个不同位置的正方形（如一个在(0,0)，一个在(100,50)），边长分别为50和80，用不同颜色区分。

教师支持： ​

  • 提供“错误排查表”：如“图形不闭合”→检查是否转了4次90°；“颜色没变化”→检查color()是否写在绘图前。

四、讲解与互评：从“图形”到“逻辑”（15分钟） ​

  1. 问题诊断：投屏典型错误代码（如right(80)导致图形歪斜），让学生找出问题：“为什么这个正方形‘塌了’？”（角度不够90°）。
  2. 创意展示：选2份不同颜色/位置的作品，提问：“如果边长改成100，代码哪里要改？”（强化变量的作用）。
  3. 坐标规律总结：师生共同填写“坐标记录表”——
    图形起点坐标边长转向角度循环次数
    (0,0)6090°4

五、总结与作业（5分钟） ​

课堂总结： ​

  • 坐标是“位置密码”：x控制左右，y控制上下；
  • turtle基础指令：forward(步长)、right(角度)、goto(x,y)、color(颜色)；
  • 正方形绘制公式：for _ in range(4): forward(边长); right(90)。

课后作业： ​

  1. 绘制一个“双色正方形”：前两条边红色，后两条边蓝色（提示：在循环中用if判断次数）；
  2. 在坐标纸上标记出你画的正方形四个顶点的坐标（如起点(0,0)，终点(60,0)等）。

教学理论支撑与设计理由： ​

  1. 皮亚杰认知发展理论：通过“教室坐标寻宝”“积木拼接”等具体操作，帮助11-15岁学生（形式运算阶段初期）将抽象的x/y轴概念转化为具象经验，再过渡到代码逻辑。
  2. 维果茨基最近发展区：分层任务（基础→进阶）配合“错误排查表”，为不同水平学生提供“刚好够得着”的挑战，避免挫败感。
  3. STEAM融合：数学（坐标计算、角度规律）与艺术（颜色搭配、图形布局）结合，用代码实现“精准的美”，让学生感知“技术是艺术的工具”。

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