小学信息技术五年级上册《妙用“循环”绘世界-Python turtle进阶绘图》教学设计

小学信息技术五年级上册《妙用“循环”绘世界——Pythonturtle进阶绘图》教学设计一、教学内容分析

本节课隶属《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》第三学段“算法与编程”模块。课程标准强调，本阶段学生需通过具体案例理解算法的控制结构，体验编程解决问题的一般过程，初步发展计算思维。本课“循环结构”的教学，正处于学生已掌握顺序结构、能使用turtle库绘制基本图形的基础上，是迈向结构化编程的关键一跃，在单元知识链中具有承上启下的枢纽作用。知识技能层面，核心在于理解for循环的语法、执行流程及其在简化重复性绘图任务中的应用，认知要求从“识记”语法上升到“理解”其工作原理并“应用”于新情境。过程方法上，本课是“模式识别”与“抽象”思维训练的绝佳载体——引导学生从重复的绘图指令中发现规律，抽象出“循环体”与“循环变量”，进而用循环结构进行算法优化与表达。素养价值渗透上，通过将抽象的逻辑控制转化为直观的几何图案，旨在培育学生的逻辑思维、系统性思维与空间想象力，并在调试复杂图形的过程中，磨砺其严谨、耐心、勇于试错的科学态度与数字化创作的热情。

学情研判需立体多维。学生已有基础是：熟悉Python编程环境，掌握了turtle的基本移动、转向与画笔控制指令，能够编写顺序结构程序绘制简单图形。潜在的兴趣点与生活经验在于对规则、对称、重复图案（如花瓣、钟表刻度、多边形）的直观感知。可能的认知障碍在于：其一，从逐条指令的“线性思维”转向循环的“结构化思维”存在跨度，理解循环变量（如i）的迭代变化是抽象难点；其二，准确确定循环次数与循环体内图形旋转角度的数学关系（如画正方形转90度，画正多边形转360/n度）易混淆。对此，教学过程将通过“对比观察动手体验可视化追踪”的策略进行动态评估与调适。例如，在引入环节，通过对比冗长代码与简洁循环代码绘制同一图形的效果，制造认知冲突：“同学们，如果画一个36边的近似圆，我们要写36条几乎一样的‘前进转向’指令吗？有没有像‘复印机’一样的办法？”，从而激发探究动机。针对不同层次学生，将提供差异化的“脚手架”：为理解较快者准备探究变量与图形关系的进阶任务；为需要支持者提供带有注释的半成品代码和“循环执行步骤可视化”辅助工具，帮助其“看见”循环的执行过程。二、教学目标

知识目标：学生能准确陈述for循环的基本语法格式（foriinrange(n):），理解其“重复执行循环体内语句”的核心功能；能解释range()函数参数（如range(4)）与循环次数的对应关系；能辨析在绘制规则图形时，哪些步骤是重复的并可以抽象为循环体。

能力目标：学生能够独立运用for循环结构，结合turtle库，编写程序绘制正多边形、简单重复图案（如风车、星星）；能够通过修改循环次数与循环体内绘图参数（如转角、边长），探究并归纳出绘制特定图形的规律，初步形成“分析重复模式抽象循环体确定循环参数”的算法设计能力。

情感态度与价值观目标：在将复杂、重复的绘图任务通过循环结构简化的过程中，学生能体验到编程的逻辑之美与效率优势，增强学习信心与内在动机；在小组合作调试复杂图案时，能主动分享思路，耐心倾听同伴建议，共同解决问题。

科学（学科）思维目标：本节课重点发展“模式识别”与“算法优化”的计算思维。学生通过将具体的、重复的绘图动作，抽象为通用的循环结构模型，并探寻循环变量与图形几何属性（边数、角度）之间的数学关系，实现从具体操作到抽象建模的思维跃迁。

评价与元认知目标：学生能依据“代码是否简洁”、“图形是否正确”、“是否使用了循环结构”等基本量规，对自己和同伴的程序进行初步评价；能在完成绘图任务后，反思“我是如何发现重复规律的”、“除了循环，还有没有其他办法”，从而提升对问题解决策略的监控与反思能力。三、教学重点与难点

教学重点：for循环结构的基本语法、执行逻辑及其在turtle绘图中的应用。确立依据在于，循环结构是程序三大基本控制结构之一，是学生理解计算机自动化执行逻辑、构建复杂程序的基础，是课程标准明确要求掌握的核心概念。从后续学习看，它是学习while循环、嵌套循环乃至更复杂算法（如遍历）的基石。其教学必须确保学生不仅“记住”语法，更能“理解”其工作流程。

教学难点：将具体的、重复的绘图动作抽象为循环体，并准确确定循环次数及循环体内相关参数（特别是旋转角度）的计算。预设难点成因在于，这要求学生同时协调编程逻辑思维与空间几何思维。例如画一个正八边形，学生需识别出“前进旋转”是一个重复单元，进而计算出旋转角度应为360/8=45度。常见错误是混淆循环次数与图形的边数，或角度计算错误。突破方向在于强化“可视化”与“动手试错”：通过单步调试或流程图动画，让学生直观看到循环变量的变化如何驱动海龟动作；鼓励学生“先猜想角度，再运行验证，观察图形闭合情况”，在迭代调试中建立直觉。四、教学准备清单1.教师准备

1.1媒体与教具：交互式多媒体课件（内含循环执行流程动画、对比代码示例、分层任务卡）；Python编程环境（确保所有学生机turtle库运行正常）；教师演示程序集。

1.2学习材料：分层学习任务单（基础版、进阶版）、课堂练习与评价表、小组合作记录卡。2.学生准备

复习turtle库基本命令（forward(),left(),right(),penup(),pendown()）；预习认识生活中的重复图案。3.环境布置

机房座位调整为便于小组讨论的“岛屿式”；黑板/白板划分出“循环魔法公式”、“我们的发现”、“问题墙”区域。五、教学过程第一、导入环节

1.情境创设与对比激疑：教师首先展示两段代码及其运行出的相同正方形图案。第一段是熟悉的4条forward()和right(90)顺序排列；第二段则是简洁的4行foriinrange(4):循环结构。“大家看，这两段‘咒语’都能召唤出小海龟画出正方形。哪一段更像我们之前学的‘重复累赘’的写法？哪一段看起来更‘聪明’、更简洁？”通过视觉与代码的强烈对比，引发学生对“简化重复”的渴望。

1.1提出核心驱动问题：“这个像‘复印机’一样的foriinrange(4):究竟藏着什么魔法？它怎么能让海龟乖乖地重复劳动？今天，我们就来破解这个‘循环’魔法，用它画出更绚丽、更复杂的世界！”

1.2勾勒学习路径：“我们的探索之旅分三步走：首先，揭开循环语法的神秘面纱；然后，学会用它绘制各种规则图形；最后，挑战一下，看谁能用这个魔法创造出独一无二的图案。准备好了吗？让我们和小海龟一起，进入循环的奇妙世界！”第二、新授环节

本环节采用支架式教学，设计五个递进任务，引导学生主动建构。任务一：感受“循环”的力量——画一个正方形

教师活动：首先，引导学生朗读循环代码：“foriinrange(4):这句话就是对计算机说：‘喂，请重复做下面的事情4次！’”。然后，利用课件动画，慢速演示循环执行过程：高亮显示i的值从0变到1、2、3，每变一次，就执行一次缩进部分的代码块。“看，i就像一个默默无闻的计数器，它每数一个数，海龟就画一条边。我们来数：i=0，画第一条边；i=1，画第二条边……”。强调缩进是循环体的“身份证”，所有要重复的语句必须向右缩进对齐。

学生活动：跟随教师解说，观察动画，理解i的变化与循环次数的关系。在教师指导下，在编程环境中亲自输入这段循环代码并运行，观察结果。与之前顺序结构的画法进行对比，直观感受代码的简化。

即时评价标准：1.能否说出range(4)代表重复执行4次。2.输入的代码缩进是否正确。3.运行后能否成功绘制出正方形。

形成知识、思维、方法清单：

★for循环基本语法：for变量inrange(重复次数):，后面紧跟一个冒号，这是循环开始的“发令枪”。

★循环体与缩进：所有需要重复执行的语句必须放在冒号下方，并且统一缩进（通常按一个Tab键）。缩进是Python判断语句归属的“生命线”。

▲循环变量：i（或其它名称）在每次循环中会自动取一个值（从0开始），初期可将其理解为“当前是第几次循环”的计数器。

★range(n)函数：range(4)会产生一个类似[0,1,2,3]的序列，从而驱动循环执行4次。这是控制重复次数的“总开关”。任务二：探究“循环”的秘密——range()参数初探

教师活动：提问引导：“如果我想画一个六边形，range()里的数字应该改成几？先别急，我们来做个实验。”组织学生分组进行“参数探索”：分别将range()内的参数改为3、5、6、8，运行程序，观察画出的图形分别是什么？“同学们发现了什么规律？是不是range()里的数字，就直接等于图形的边数？”鼓励学生汇报发现。

学生活动：分组合作，修改参数并运行程序，观察、记录结果。通过讨论，归纳出“range(n)中的n就是循环次数，在画正多边形时，循环次数等于图形的边数”这一初步规律。可能产生认知冲突（如画三角形时转角仍是90度则图形不闭合），为下一任务设下伏笔。

即时评价标准：1.小组能否有序分工（一人改参数，一人运行，一人记录）。2.能否正确描述观察到的现象（如“改成6画出了6条边”）。3.能否尝试归纳参数与边数的关系。

形成知识、思维、方法清单：

★range(n)与循环次数的关系：range(n)决定循环体执行n次。这是循环的“节奏控制器”。

▲实验探究方法：在编程中，大胆地修改参数、运行观察、总结规律，是学习的重要途径。这叫“试错法”或“探究学习”。

★初步规律：绘制一个正N边形，循环次数通常需要设定为N次。但仅此还不够，还需要调整每次旋转的角度。任务三：关联“循环”与图形——角度计算是关键

教师活动：承接上一任务中的冲突：“有小组发现，用range(3)画三角形，如果还是转90度，得到的图形怪怪的，不闭合。问题出在哪？”引导学生思考：画多边形，海龟总共需要转完多少度？（360度）。那么，画正N边形，每次应该转多少度？（360/N度）。用课件动态演示“海龟转角与多边形内角、外角”的关系。“所以，我们的‘循环魔法公式’升级了！foriinrange(边数):前进(边长);左转(360/边数)。”

学生活动：理解“总转角360度”的原理。运用新公式，尝试计算并绘制正三角形（转120度）、正五边形（转72度）、正八边形（转45度）。在编程中直接使用360/边数进行计算，体验Python作为计算工具的优势。“哇，原来编程还能帮我们算数学！”

即时评价标准：1.能否说出“画封闭图形总转角为360度”这一原理。2.能否正确计算并输入旋转角度（允许使用表达式如360/5）。3.绘制出的图形是否闭合、规整。

形成知识、思维、方法清单：

★核心数学关系：绘制正N边形，每次旋转角度=360/N。这是连接编程逻辑与几何图形的“核心公式”。

▲编程中的计算：可以直接在代码中使用数学表达式（如left(360/8)），让计算机完成计算，这是编程的便利性之一。

★调试策略：如果图形不闭合，首先检查：1.循环次数是否为边数？2.旋转角度计算是否正确？任务四：应用“循环”魔法——绘制创意图形（如旋转风车）

教师活动：提出新挑战：“现在，我们不止画一个多边形，而是画一组！比如，画4个正方形，让它们旋转排列成一个风车。”演示目标图形。提问：“风车可以看作是将‘画一个正方形’这个动作，重复了几次？（4次）每次画完一个正方形后，海龟除了复位，还需要多转一个角度（如90度）准备画下一个。这形成了‘两层重复’。”引导学生构思算法：外层循环控制画几个正方形，内层循环（已掌握）画一个正方形。

学生活动：思考教师提出的问题，尝试编写代码。可能经历“先写死画四个正方形，再尝试用循环整合”的思维过程。在教师引导下，部分学生能初步形成嵌套循环的构思（暂不要求完整写出，可理解为“循环套循环”的意念），至少能实现用顺序结构调用四次“画正方形循环”来完成。

即时评价标准：1.能否理解任务可以分解为重复绘制基本图形。2.能否成功编写代码实现风车效果（不强调必须用嵌套循环，顺序调用循环也可）。3.代码结构是否清晰。

形成知识、思维、方法清单：

★复杂问题的分解：将复杂图案（风车）分解为基本图形（正方形）的重复绘制，这是“分而治之”的算法思想。

▲嵌套循环的雏形：一个循环执行多次，而它的循环体内又包含另一个完整的循环，这就是“嵌套循环”。本节课为下一课学习埋下伏笔。

★创意应用：循环不仅能画单一多边形，还能通过组合和变换，创造出更丰富的图案。编程是技术与艺术的结合。任务五：分层挑战——我的循环创意秀

教师活动：发布分层挑战任务卡。基础层：参考公式，绘制一个正七边形。综合层：尝试绘制一个五角星（提示：循环5次，每次前进一段，右转144度）。挑战层：自由创作，利用循环绘制一个自己喜欢的、有规律的重复图案（如一圈小圆点、锯齿线等），并分享设计思路。

学生活动：根据自身情况选择任务进行挑战。基础层学生巩固核心技能；综合层学生探索新参数关系；挑战层学生进行自由创作与表达。学生之间可以轻声讨论、互相帮助。

即时评价标准：1.任务选择是否与自身水平匹配。2.能否独立或通过协作完成任务。3.（挑战层）作品的创意性与代码实现的清晰度。

形成知识、思维、方法清单：

★分层学习理念：每个人都可以根据自己的节奏学习，选择适合的挑战，获得成功体验。

▲五角星的画法：正五角星的转角是144°（180180/5的一种简化），这是循环应用的一个经典变式。

★计算思维表达：编程创作不仅是技术实现，更是个人思维与创意的表达。向他人讲解自己的作品，是整理思路、深化理解的好方法。第三、当堂巩固训练

分层训练体系：

1.基础层（必做）：请使用for循环，绘制一个边长为60的正六边形。完成后，尝试将边长改为40，观察图形变化。“请大家独立完成，这是我们今天必须掌握的‘魔法基本功’。”

2.综合层（鼓励完成）：小海龟想画一个由6个三角形组成的“六瓣花”。每个三角形可以看作循环画3条边。你能设计算法，画出这朵花吗？（提示：先思考画一个三角形的循环，再思考如何重复画6个并旋转分布）。

3.挑战层（选做）：探索range()函数的更多用法。查阅资料或尝试：range(2,10)或range(0,10,2)分别是什么意思？它们能让i怎么变化？你能利用这种变化控制边长或颜色，画出一个边长递增或颜色变化的图形序列吗？

反馈机制：学生完成基础层练习后，开展“一分钟同伴互查”：与邻座交换屏幕，依据“有无使用for循环”、“图形是否正确”、“代码缩进是否规范”三项标准互评。教师巡视，收集典型正确作品与常见错误（如角度计算错误导致图形不闭合、缩进错误），进行集中展示与点评。“大家看这个图形为什么没有合拢？我们一起来帮作者诊断一下。”通过分析错误案例，深化对难点知识的理解。第四、课堂小结

结构化总结与元认知反思：for...in识整合：教师引导学生共同回顾，并用思维导图形式在黑板上梳理：“今天我们学会了‘循环’这个强大工具。它的核心语法是for...inrange():；它的关键是理解循环次数和循环体；它的妙用在于能让我们用简洁的代码画出复杂的规则图形，秘诀就是那个‘360/N’的角度公式。”

2.方法提炼：“回顾一下，我们是怎样学会用循环画图的？首先，我们从重复代码中发现了‘模式’；然后，我们抽象出‘循环体’；接着，我们找到了控制循环的‘次数’和图形属性的‘角度’之间的关系。这个过程，就是‘计算思维’在闪光！”

3.作业布置与延伸：“今天的作业也分三个级别，大家可以根据课堂完成情况选择。必做作业：用循环绘制正九边形，并写下你的‘循环魔法口诀’。选做作业（二选一）：1.设计一个由重复图形组成的个性签名图案。2.思考：如果想画一个实心的彩色圆，利用我们今天学的循环，可以怎么近似实现？（提示：可以画很多条很短很短的边，或者画很多个半径递增的同心圆）。下节课，我们将探索循环的更多奇妙组合，也许能让你画出一个真正的‘循环王国’！”六、作业设计

基础性作业（全体必做）：

1.在Python编程环境中，使用for循环编写程序，绘制一个边长为50的正九边形。

2.在作业本上，用你自己的话写出一句“绘制正N边形的循环魔法口诀”，需包含循环结构、循环次数和旋转角度三个要素。

拓展性作业（大多数学生可完成，二选一）：

1.创意设计：运用for循环，设计并绘制一个属于你自己的、由简单基本图形（如线段、三角形、正方形）重复构成的个性图案（如边框、花边、简单徽标等），并为它起个名字。

2.探究实验：尝试使用foriinrange(36):配合一个很小的旋转角度（如10度）和一段固定前进距离，运行程序，观察画出的图形接近什么形状？思考这是为什么？

探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：

1.项目式挑战：“我的循环时钟”——尝试用turtle绘制一个简单的钟面，并利用循环画出60个分钟刻度（或12个小时刻度）。你可以先画一个圆，再思考如何在圆周上均匀地画短线。

2.跨学科联想：在生活中（自然、建筑、艺术、舞蹈中）寻找至少两个你认为蕴含了“循环”或“重复模式”的例子，用文字或图画记录下来，并思考如果让你用编程来模拟或创作它，你会如何设计循环。七、本节知识清单及拓展

1.★for循环语句：用于重复执行一段代码块。基本语法格式为for变量inrange(次数):，后面必须跟英文冒号，且循环体要缩进。

2.★循环变量：foriinrange(4):中的i。它在每次循环中自动被赋值，依次为0,1,2,3。初学阶段，可简单将其理解为“当前是第几次循环”的计数器。

3.★range()函数：控制循环次数的关键。range(n)会产生从0到n1的整数序列，从而使循环体执行n次。例如，range(4)对应循环4次。

4.★缩进（Indentation）：Python语言用缩进来区分代码块。在for循环中，所有需要重复执行的语句必须具有相同且一致的缩进（通常按一次Tab键），这是语法的一部分，错误会导致程序无法运行或逻辑错误。

5.★循环体：那些被缩进、放在for语句下方的代码行。它们将被重复执行指定的次数。

6.★绘制正N边形的算法公式：foriinrange(N):forward(边长);left(360/N)。这是本节课最核心的应用公式，体现了用循环解决一类几何绘图问题的通用方法。

7.▲range()函数的扩展用法：range(start,stop,step)可以生成更灵活的序列。如range(2,10,2)生成[2,4,6,8]。这可用于控制循环变量的起始值、结束值和步长，实现更复杂的控制。

8.▲循环与图形旋转角度：绘制封闭的正多边形，海龟总共需要旋转360度。因此，每次旋转的角度等于360度除以边数。这是将几何问题转化为编程参数的关键计算。

9.★模式识别：在使用循环前，首先要从任务中识别出“重复进行的操作模式”。例如，画正方形的“前进右转90度”就是一个重复模式。

10.★抽象：将识别出的重复操作，提取出来作为循环体，而将重复的次数抽象为range()函数的参数。这是计算思维的核心过程之一。

11.▲近似画圆：利用“正多边形边数非常多时，接近圆形”的原理，可以用foriinrange(36):forward(一小步);left(10)等代码来近似绘制一个圆。这是循环应用的一个有趣实例。

12.★调试技巧：当循环绘制的图形不闭合时，应优先检查：①循环次数（range参数）是否等于目标边数；②循环体内的旋转角度计算（360/边数）是否正确。

13.▲嵌套循环的概念雏形：当一个任务本身是重复的，而每次重复中又包含另一个重复操作（如画多个多边形），就涉及到“循环套循环”的嵌套结构。本节课的任务四为理解嵌套循环做了铺垫。

14.★代码的简洁性与效率：对比使用循环和完全使用顺序结构完成同一重复性任务，深刻体会循环结构在简化代码、提高编写效率和逻辑清晰度方面的巨大优势。

15.▲计算与表达的结合：在代码中可以直接使用数学表达式（如left(360/8)），让程序在运行时进行计算，这使得程序更加灵活和强大。

16.★分层学习与个性化创作：编程学习应遵循个人节奏，通过选择不同难度的任务进行巩固和挑战。利用循环进行图形创作，是技术实践与艺术表达的结合。八、教学反思

（一）教学目标达成度分析

从假设的课堂实践来看，知识目标达成度较高。通过“对比探究应用”的主线，绝大多数学生能正确书写for循环语法，并理解range(n)与循环次数的关系。能力目标方面，约80%的学生能独立完成正多边形的循环绘制，但在将复杂图案（如风车）分解为重复单元并实现时，部分学生表现出困难，这符合预设难点。情感与思维目标在课堂氛围和学生作品中得到较好体现，学生普遍对“魔法”般的简化效果感到兴奋，并在探究角度计算时展现了初步的数学建模思维。元认知目标通过“同伴互评”和“分享设计思路”环节有所触及，但深度有待加强。

（二）核心教学环节有效性评估

1.导入环节：代码对比直观有力，迅速聚焦核心问题“如何简化重复”，动机激发成功。“有没有像复印机一样的办法？”这个设问生动贴切。

2.任务一与任务二：从模仿到初步探究，梯度合理。动画可视化循环变量i的变化至关重要，它让抽象的逻辑变得“可见”，有效降低了理解门槛。“i就像一个默默无闻的计数器”这个比喻学生易于接受。

3.任务三（角度计算）：这是承重墙环节。从图形不闭合的冲突引出“总转角360度”，符合认知规律。但在实际教学中，部分学生可能只是机械套用公式，而未真正理解其几何原理。是否需要更生动的实物演示（如旋转身体）来强化感知？“我们一起来帮作者诊断一下”这种集体纠错方式效果良好。

4.分层挑战任务五：有效照顾了差异性。观察到选择挑战层的学生虽然少，但创作热情高涨，并有人尝试使用pencolor()在循环中改变颜色，生成了超出预设的精彩作品。这提示我，应为拓展任务提供更丰富的“工具箱”提示（如颜色、填充列表）。

（三）对不同层次学生的深度剖析

学优生不仅快速掌握了语法，更早地开始关注range()参数的多样性和图形组合的可能性，他们需要的是更开放的自由创作空间和性能优化挑战（如“用最少的代码画…”）。中等生是教学的主体，他们能跟上教学步骤，完成基础与综合应用，但独立迁移到全新情境时仍需范例或提示支持。对于少数学习迟缓的学生，难点集中于两个方面：一是缩进格式经常遗漏或错乱，二是角度计算与循环次数的关系混淆。针对前者，需强化“冒号后必缩进”的口令化训练和编辑器的缩进高亮提示；针对后者，可能需要更个性化的辅助工具，如提供“角度计算器”小插件，或设计更循序渐进的专项练习（如先给角度，反推边数）。

（四