几何画册创作——Python图形编程综合应用与创意实践

课题

用代码编织“图形世界”——循环、坐标与条件语句的综合实践

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、多媒体课件（含学生优秀作品案例、知识梳理思维导图）、实物画册（纸质几何主题绘本）、小组分工表模板、项目评分量规（含“技术应用”“创意设计”“协作表现”维度）。
• 学生端：电脑（Python环境）、笔记本（记录代码思路）、U盘（保存小组项目）、彩色马克笔（绘制画册草图）。
• 教学素材：代码模板（含循环绘图、坐标控制基础框架）、AI代码小助手（支持“如何画对称图形”“循环参数怎么调”等问题解答）、奖励勋章（“图形大师”“协作之星”“创意达人”）。

一、导入活动：知识回顾与项目启动（20分钟）

活动1：“代码知识闯关”——激活前期储备（10分钟）

• 教师出示3道“快速答题”题卡，学生以小组为单位抢答：
  1. “要让turtle画一个正方形，需要重复4次的动作是什么？”（提示：forward(50)和right(90)，考察for循环应用）
  2. “坐标(0,0)、(100,0)、(100,100)、(0,100)连接后是什么图形？”（正方形，考察坐标与几何关联）
  3. “如果想让图形颜色在红色和蓝色之间切换，需要用什么语句判断？”（if-else条件判断，考察逻辑分支）
• 总结：“这些知识就像‘图形积木’，今天我们要用它们拼出一本‘几何画册’！”

活动2：“优秀画册赏析”——明确项目目标（10分钟）

• 展示示例画册（电子+纸质）：
  • 主题案例：“四季的几何”（春天的花朵<圆形+三角形>、夏天的太阳<同心圆>、秋天的落叶<多边形>、冬天的雪花<对称图形>）；
  • 代码与图形对应页：左侧是代码片段（标注循环/坐标关键语句），右侧是运行效果，让学生直观看到“代码如何变成图形”。
• 布置项目任务：“小组合作完成一本主题几何画册，包含至少5个图形，必须用到循环、坐标、变量，可添加条件判断实现创意效果（如颜色变化）。”

二、知识点整合：图形编程核心技能梳理（15分钟）

模块1：“图形代码工具箱”——核心知识关联（10分钟）

用思维导图梳理前期知识点，强调“工具-用途-数学关联”：

代码工具	功能用途	数学关联	示例代码片段
turtle.goto(x,y)	定位坐标绘制直线	二维坐标（x轴水平，y轴垂直）	turtle.goto(50,50)（移动到右上角）
for循环	重复绘制图形（如正方形、网格）	图形边数（循环次数=边数）	for i in range(4): forward(50); right(90)（正方形）
变量（如size）	控制图形大小（参数化设计）	比例缩放（size=100比size=50大2倍）	size=80; forward(size)（边长随变量变化）
if-else	实现图形变化（如颜色、方向切换）	条件判断（如if i%2==0：偶数次画红色）	if color == 'red': color = 'blue' else: color = 'red'

模块2：“画册创作四步法”——项目实施指南（5分钟）

1. 定主题：选一个场景（如“校园”“海洋”“节日”），确保图形与主题相关；
2. 分任务：每人负责1-2个图形，明确谁画主体、谁加装饰、谁整合代码；
3. 写代码：先画草图（标注坐标和尺寸），再用“代码工具箱”实现；
4. 调效果：修改颜色、大小参数，让画册风格统一（如统一用暖色调）。

三、项目实践：小组协作创作几何画册（40分钟）

阶段1：规划与分工（10分钟）

• 小组讨论：用5分钟确定主题（参考：“太空探险”“动物乐园”“城市建筑”），填写分工表（示例）：

  成员	负责图形	计划用到的代码工具	预计完成时间
  小美	月亮（圆形）	for循环画弧线、size变量	15分钟
  小刚	火箭（三角形+长方形）	goto坐标定位、if判断颜色	15分钟
  小雨	星星（五角星）	循环+角度计算（right(144)）	15分钟

• 教师巡视指导：确保主题明确、分工均衡（避免一人承担复杂图形）。

阶段2：代码创作与调试（25分钟）

• 基础要求：每个图形必须包含“循环+坐标”，至少1个图形用变量控制大小，1个图形用条件判断实现变化（如“奇数朵花是粉色，偶数朵是黄色”）。
• 示例代码框架（学生可参考修改）：

  import turtle
  t = turtle.Turtle()
  t.speed(10)  # 加快绘图速度
  
  # 小刚：画火箭（主体+尾翼）
  def draw_rocket(size):
      t.penup()
      t.goto(-100, -50)  # 定位火箭底部坐标
      t.pendown()
      # 火箭主体（长方形）
      for i in range(2):
          t.forward(size)
          t.right(90)
          t.forward(size*2)
          t.right(90)
      # 火箭头（三角形，用坐标定位）
      t.goto(-100, -50 + size*2)  # 顶部坐标
      t.goto(-100 + size/2, -50 + size*3)
      t.goto(-100 + size, -50 + size*2)
      # 颜色切换（条件判断）
      if size > 50:
          t.color("red")
      else:
          t.color("orange")
  
  # 调用函数，size变量控制大小
  draw_rocket(60)
  turtle.done()

• 教师支持：
  • 技术问题：用AI代码小助手生成“画五角星的循环代码”“对称图形的坐标计算”等参考；
  • 创意问题：提示“如何让图形有层次感？”（如先画大圆形，再在内部画小圆形）。

阶段3：整合与美化（5分钟）

• 小组将各成员代码合并为一个文件（用# 成员姓名：图形名称注释区分），统一背景色（turtle.bgcolor("black")适合太空主题），调整图形位置避免重叠。

四、展示与互评：从“代码”到“作品”的价值提炼（10分钟）

1. 小组展示（每组3分钟）：
   • 投屏画册代码与运行效果，讲解：①主题是什么？②用到了哪些之前学的知识（循环/坐标等）？③最有创意的地方（如“用变量让花朵大小渐变”）。
2. 多维互评：
   • 学生用“星级贴纸”评价其他组（技术应用★★★、创意设计★★★、协作表现★★★）；
   • 教师点评：重点表扬“知识整合好”（如同时用循环和条件）、“分工明确”（每人有清晰贡献）的小组，指出可优化点（如“若调整坐标，图形会更对称”）。

五、总结与作业（5分钟）

课堂总结：

• 核心知识：循环（重复绘图）、坐标（精确定位）、变量（灵活调整）、条件（实现变化）是图形编程的“四大法宝”；
• 项目收获：编程不仅是写代码，更是“用逻辑创造美”，小组合作能让创意更丰富。

课后作业：

1. 个人：给画册中的一个图形添加“动态效果”（如turtle.speed(1)让绘制过程变慢，观察代码执行顺序）；
2. 小组：共同撰写“画册说明卡”，解释每个图形的代码原理（如“五角星的每个角是144度，因为360/5×2=144”）。

教学理论支撑：

1. 皮亚杰形式运算阶段理论：通过“从草图到代码”的转化，培养抽象逻辑思维——将几何图形（具体）拆解为坐标、角度等参数（抽象），再用代码（符号）表达。
2. 维果茨基最近发展区：小组协作与教师指导构成“脚手架”——能力强的学生帮助同伴调试循环参数，教师用AI工具解决坐标计算难点，让学生在现有水平上实现突破。
3. STEAM教育融合：整合数学（几何图形、角度计算）、艺术（主题设计、色彩搭配）、工程（分工协作、系统整合），让编程成为跨学科解决问题的工具。
4. 自我决定理论：通过“自主选主题”“自由分工”满足学生的自主性需求，小组互评满足归属感需求，最终激发持续学习的内在动机。