函数：代码的“乐高积木”与图形工具库

课题

函数的“模块化魔法”——用Python函数打造专属图形工具库

教学时间

2课时（90分钟）

课前准备

• 教师端：电脑（Python 3.10+）、投影仪、多媒体课件（含乐高积木拼搭视频、函数结构类比图）、“函数卡片”（正面写函数名如draw_square，背面写参数size）、学生前序课的turtle绘图代码（如重复画正方形的冗余代码）。
• 学生端：电脑（Python环境+ turtle库）、笔记本、彩色笔（标注函数结构）、“函数设计表”（记录函数名、参数、功能）。
• 教学素材：函数模板代码（提前发放）、“模块小能手”奖章、AI代码小助手（支持函数调试提示）。

一、导入活动：从“重复劳动”到“模块化思维”（15分钟）

活动1：“复制粘贴大挑战”——体验代码冗余的痛点

• 任务：用前序课学的turtle代码，画3个不同大小的正方形（边长分别为50、80、100），限时5分钟。
• 观察现象：学生需重复编写for i in range(4): turtle.forward(50); turtle.right(90)三次，仅修改数字，过程繁琐。
• 提问引导：“如果要画10个正方形，每次都复制粘贴吗？有没有更简单的方法？”

活动2：“乐高积木拼搭”——类比函数的核心价值

• 播放乐高拼车视频：“拼10辆小车，不需要每次从头拼轮子、车身，而是用预制的轮子积木、车身积木组合——函数就像预制积木，定义一次，反复使用。”
• 展示“函数卡片”：“draw_square就像‘正方形积木’，size是积木的‘大小参数’，需要多大就调多大，不用重复造轮子。”

二、知识点讲解：函数的定义与图形工具库搭建（35分钟）

模块1：函数是什么？——从“重复代码”到“封装逻辑”（10分钟）

• 核心概念：函数是“封装重复逻辑的代码块”，定义一次后可通过“函数名”反复调用，解决“代码冗余”问题。
• 生活类比：
  • 妈妈做蛋糕的“配方”=函数（步骤固定）；
  • 配方中的“糖50g/80g”=参数（可调整的量）；
  • 按配方做蛋糕=调用函数（重复使用配方，只需改糖的量）。
• 前序代码对比：
  冗余版（重复3次）：

  # 画边长50的正方形
  for i in range(4):
      turtle.forward(50)
      turtle.right(90)
  # 画边长80的正方形（重复代码，仅改数字）
  for i in range(4):
      turtle.forward(80)
      turtle.right(90)

  函数版（定义1次，调用3次）：

  def draw_square(size):  # 定义函数（配方）
      for i in range(4):
          turtle.forward(size)  # size=参数（糖的量）
          turtle.right(90)
  
  draw_square(50)  # 调用函数（做50g糖的蛋糕）
  draw_square(80)  # 再次调用（做80g糖的蛋糕）

模块2：函数的“身份证”——定义格式与参数（15分钟）

• 函数定义“四要素”（结合“函数卡片”讲解）：

  1. def：定义函数的“关键词”（告诉Python“这是一个函数”）；
  2. 函数名：如draw_square（见名知意，用小写+下划线，符合PEP8规范）；
  3. 参数：括号里的size（像“变量”，调用时传入具体值，控制函数行为）；
  4. 冒号与缩进：:后换行缩进4格，包裹函数内部逻辑（Python用缩进来区分代码块）。

  def 函数名(参数1, 参数2):  # 格式模板
      # 函数内部逻辑（缩进！）
      代码1
      代码2

• 参数的作用：让函数“变灵活”。举例：

  • 无参数函数：def draw_small_square(): 只能画固定大小（如50），不灵活；
  • 有参数函数：def draw_square(size): 传入size=30画小正方形，size=100画大正方形，一函数多用。

• 动手实践：教师演示定义draw_triangle(side_length)函数（画等边三角形，每次右转120度），学生跟着敲代码：

  import turtle
  
  def draw_triangle(side_length):
      for i in range(3):  # 三角形3条边
          turtle.forward(side_length)
          turtle.right(120)  # 等边三角形每个角60度，右转120度
  
  # 调用函数画2个三角形
  draw_triangle(60)
  turtle.penup()  # 抬笔（不画线）
  turtle.goto(100, 0)  # 移动到新位置
  turtle.pendown()  # 落笔
  draw_triangle(80)

模块3：打造“图形工具库”——函数的复用与组合（10分钟）

• 工具库概念：把多个图形函数（正方形、三角形、圆形）放在同一个代码文件中，像“工具箱”一样随用随取。
• 组合示例：用draw_square和draw_triangle组合成“房子”：

  # 先画正方形（房子主体）
  draw_square(100)
  # 再画三角形（屋顶），移动到合适位置
  turtle.penup()
  turtle.goto(0, 100)  # 移动到正方形顶部
  turtle.pendown()
  draw_triangle(100)  # 三角形底边与正方形边长一致

• 优势总结：
  • 减少重复代码（“一次定义，多次调用”）；
  • 便于修改（改函数内部代码，所有调用处自动生效）；
  • 逻辑清晰（每个函数负责一个功能，像乐高积木分工明确）。

三、练习题设计：分层任务+工具库创作（25分钟）

基础任务（全员完成）：“我的第一套工具”

• 要求：定义至少2个图形函数（如draw_circle(radius)、draw_rectangle(length, width)），每个函数必须包含参数，调用3次生成不同大小的图形。
• 示例框架（圆形函数）：

  import turtle
  
  def draw_circle(radius):
      turtle.circle(radius)  # turtle库自带画圆函数，radius=半径
  
  # 调用3次，画不同大小的圆
  draw_circle(30)
  turtle.penup()
  turtle.goto(100, 0)
  turtle.pendown()
  draw_circle(50)
  # 第3次调用自己设计位置和大小
  ____________________

进阶任务（选做）：“组合图形创作”

• 用基础任务定义的函数，组合成一个场景（如“花园”=圆形花朵+长方形花盆+三角形叶子），并在代码中用注释说明“哪个函数对应哪个部分”。

教师支持：

• 打开AI代码小助手，学生可提问“怎么让函数画彩色图形？”“参数传负数会怎样？”，AI生成带注释的参考代码（如添加 turtle.color("red")）；
• 发放“函数设计表”，引导学生记录：

  函数名	参数	功能描述	调用示例
  draw_square	size	画边长为size的正方形	draw_square(70)

四、讲解与互评：从“函数定义”到“模块化思维”（10分钟）

1. 学生展示：选2组学生投屏代码，讲解：
   • “你定义了哪些函数？参数有什么用？”
   • “如果要改图形颜色，需要改函数内部还是调用时？”（引导理解“封装性”：改函数内部，所有调用处同步生效）。
2. 互评标准：
   • 函数名是否“见名知意”（如draw_flower比a更好）；
   • 参数是否合理（如圆形用radius比x更清晰）；
   • 组合图形的创意度（如是否有场景故事）。
3. 颁发“模块小能手”奖章给最佳工具库设计组。

五、总结与作业（5分钟）

课堂总结：

• 函数=“预制乐高积木”，核心价值是“一次定义，多次复用”；
• 函数定义四要素：def、函数名、参数、冒号+缩进；
• 图形工具库=多个函数的组合，让代码更简洁、易维护。

课后作业：

1. 完善个人“图形工具库”，新增1个带2个参数的函数（如draw_rectangle(length, width)）；
2. 用工具库中的函数创作“我的卧室”场景（至少包含3个不同图形），代码中注明每个函数的作用。

教学理论支撑：

1. 皮亚杰形式运算阶段理论：通过“乐高积木”“蛋糕配方”等具体类比，帮助学生理解抽象的“函数封装”概念，从具体操作过渡到逻辑抽象（理解“参数控制变量”的数学逻辑）。
2. 维果茨基最近发展区：提供函数模板（四要素框架）和AI代码助手作为“脚手架”，帮助学生跨越“从零散代码到结构化函数”的认知障碍，实现能力进阶。
3. STEAM教育融合：结合工程（模块化设计思维，如工具库的组件化）、数学（参数化控制图形大小，如边长与面积的关系）、艺术（图形组合的创意表达），体现跨学科整合。
4. 自我决定理论：通过“工具库创作”“场景设计”等开放性任务，满足学生的自主需求（选择图形类型）和能力需求（完成后获得成就感），激发内在学习动机。