坐标与图形艺术——turtle库的“空间魔法”

课题

x/y轴的“位置密码”与turtle绘图的创意表达

教学时间

2课时（90分钟）

课前准备

• 教师端：电脑（Python 3.10+，turtle库）、投影仪、坐标纸（1m×1m大尺寸）、“机器人走格子”动画（展示x/y轴移动）、几何图形实物（正方形积木、三角形卡片）。
• 学生端：电脑（turtle环境）、坐标练习纸（小尺寸）、彩笔（标注图形顶点坐标）、“我的图形创意本”（记录灵感）。
• 教学素材：turtle基础代码模板、图形坐标参考表（如正方形顶点坐标）、“空间小画家”奖励贴纸、AI代码小助手（支持“如何画三角形”等问题）。

一、导入活动：从“格子定位”到“坐标系统”（15分钟）

活动1：“教室坐标”游戏——理解x/y轴含义

• 在教室地面贴大坐标纸（原点在讲台，x轴向右，y轴向讲台上方），选3名学生站在不同位置（如(2,1)、(3,2)），其他学生说出坐标：“x是横向格子数，y是纵向格子数——就像电影院座位的‘排’和‘号’”。
• 挑战：教师说“从(1,1)移动到(1,3)”，学生演示移动路径（沿y轴向上2格），发现“x不变y变=上下移动，y不变x变=左右移动”。

活动2：“图形拆解”——感知坐标与图形的关系

• 展示正方形实物，在坐标纸上画出它的顶点（(0,0)、(50,0)、(50,50)、(0,50)），提问：“知道这4个点的坐标，能画出正方形吗？”引出“图形由坐标点连接而成”。

二、知识点讲解：turtle库与坐标绘图（30分钟）

模块1：认识turtle——编程界的“小画笔”（10分钟）

• 核心概念：turtle库是Python的“绘图工具”，通过代码控制一只“小海龟”在屏幕上移动，留下轨迹形成图形。
• 基础命令（结合动画演示）：

  import turtle  # 导入turtle库（就像拿出画笔）
  t = turtle.Turtle()  # 创建小海龟t（给画笔起名字）
  t.goto(x, y)  # 移动到坐标(x,y)（如t.goto(100,0)）
  t.pendown()  # 放下画笔（开始绘图）
  t.penup()  # 抬起画笔（移动不绘图）
  t.color("red")  # 设置画笔颜色
  turtle.done()  # 保持绘图窗口不关闭

-** 类比记忆 **：t.goto(x,y)=“小海龟走到(x,y)位置”，pendown()=“放下铅笔”，penup()=“拿起铅笔”。

模块2：用坐标绘制基础图形（20分钟）

• 实例1：画正方形（4个顶点坐标）：

  import turtle
  t = turtle.Turtle()
  t.pendown()
  t.goto(100, 0)  # 从原点(0,0)到(100,0)（右）
  t.goto(100, 100)  # 到(100,100)（上）
  t.goto(0, 100)  # 到(0,100)（左）
  t.goto(0, 0)  # 回到原点（下）
  turtle.done()

  讲解：正方形边长=100，每条边对应x或y的变化（如第一条边x从0→100，y不变）。

• 实例2：画三角形（3个顶点）：

  import turtle
  t = turtle.Turtle()
  t.color("blue")
  t.goto(50, 0)
  t.goto(25, 50)  # 顶点在上方
  t.goto(0, 0)
  turtle.done()

• 关键规律：图形的边数=顶点数，相邻顶点用goto()连接，最后回到起点闭合图形。

三、练习题设计：分层任务+创意组合（25分钟）

基础任务（全员完成）：“我的第一幅坐标画”

• 要求：用turtle绘制正方形+三角形组合图形，标注每个顶点的坐标（写在代码注释里）。
• 代码框架：

  import turtle
  t = turtle.Turtle()
  
  # 画正方形（注释坐标）
  t.pendown()
  t.goto(80, 0)  # 从(0,0)到(80,0)
  # 补充剩余3个顶点的goto语句
  t.penup()  # 抬起画笔，移动到新位置画三角形
  
  # 画三角形（设置新颜色）
  t.color("green")
  t.goto(100, 50)  # 三角形起点
  t.pendown()
  # 补充三角形的2个顶点和返回起点的语句
  
  turtle.done()

进阶任务（选做）：“图形创意家”

• 自由创作（如房子：正方形+三角形屋顶；小树：长方形树干+三角形树冠），用color()设置3种以上颜色，添加坐标注释。
• 提示：用AI代码小助手查询“如何让画笔变粗”（t.pensize(3)）。

四、讲解与互评：从“坐标”到“空间”（15分钟）

1. 图形解析：选2名学生展示作品，讲解“你的图形用了哪些坐标点？如果把x值都乘以2，图形会变大还是变小？”（理解坐标缩放与图形大小的关系）。
2. 创意评选：小组内投票“最清晰坐标注释”“最有创意组合”，获奖作品贴在“班级图形画廊”中。

五、总结与作业（5分钟）

课堂总结：

• 坐标系统：x轴左右，y轴上下，(x,y)确定位置；
• turtle绘图核心：t.goto(x,y)移动，pendown()/penup()控制画笔，颜色/大小可调整；
• 图形本质：由多个坐标点连接而成的封闭轨迹。

课后作业：

1. 在坐标纸上画出自己家的“简易平面图”（标注3个房间的顶点坐标）；
2. 尝试用turtle画一个五角星（提示：查资料找五角星的5个顶点坐标）。

教学理论支撑：

1. 皮亚杰空间认知发展理论：通过“教室坐标”“图形拆解”等活动，培养学生的空间定位能力，从直观动作思维过渡到空间表征思维。
2. 维果茨基社会文化理论：小组互评中，学生通过解释坐标逻辑（如“为什么这个点是(50,50)”），将内隐的空间认知外化为语言，深化理解。
3. STEAM教育融合：结合数学（几何图形、坐标计算）、艺术（色彩搭配、创意设计）、工程（图形组合逻辑），让编程成为空间思维与艺术表达的结合体。