《编程绘图初探：巧用循环绘制螺旋线》-小学信息技术三年级下册教学设计

《编程绘图初探：巧用循环绘制螺旋线》——小学信息技术三年级下册教学设计一、教学内容分析  本课选自小学信息技术三年级下册，隶属于“算法与编程启蒙”模块。从《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》出发，本课处于“身边的算法”内容板块，旨在引导学生通过体验、描述与分析算法，理解用算法解决问题的基本过程，是学生从图形化积木操作向结构化逻辑思维过渡的关键节点。其知识技能图谱围绕“循环结构”这一核心概念展开：学生在上一单元已掌握“前进”、“转向”等基本绘图指令，本课需引导其发现重复规律，进而抽象出“有限次循环”的逻辑模型，并学会用参数控制循环体内部的变化，实现从绘制简单直线图形到生成复杂曲线（螺旋线）的认知飞跃。这一过程不仅要求学生掌握repeat指令的语法格式（识记与应用），更要理解其“化繁为简”的思维本质（理解与迁移）。蕴含的学科思想方法是典型的“计算思维”：通过模式识别找出图形中的重复单元，通过算法设计将其转化为可执行的程序步骤，通过调试优化达成预期效果。其育人价值在于培养学生严谨、有序、创新的思维品质，让学生在“化繁为简”的成功体验中，感受程序之美与逻辑之力，为后续学习更复杂的算法奠定基础。  学情方面，三年级学生已具备基本的计算机操作能力和图形化编程界面的初步接触，对用指令控制角色移动充满兴趣。其思维特点以具体形象思维为主，正逐步向抽象逻辑思维过渡。潜在障碍主要存在于两方面：一是从观察图形的“静态重复”到设计程序的“动态执行”之间存在思维跨度；二是对循环“变量”（如边长递增）这一抽象概念的理解。教学中需铺设直观阶梯：通过动手描摹、分解动画、对比实验等方式，将抽象逻辑具象化。过程性评价将贯穿始终：例如，在“发现规律”环节观察学生能否准确描述螺旋线的构成；在“初试循环”环节通过巡视检查代码编写的规范性；在“挑战升级”环节通过作品展示评估其迁移应用能力。针对不同层次的学生，支持策略将分层设计：为基础较弱的学生提供“代码积木块”实体道具进行拼装，降低认知负荷；为学有余力的学生预设“探究彩蛋”，引导其尝试改变旋转角度、颜色等参数，探索更多样式的曲线。二、教学目标  知识目标：学生能准确说出repeat循环指令的基本格式与执行过程，理解其参数（次数）的含义；能解释螺旋线图形是由“前进距离逐次增加”与“固定角度转向”两个基本动作在循环中组合而成；能辨析单纯重复（如画正方形）与带变量变化的重复（如画螺旋线）在算法设计上的核心差异，并用自己的语言描述这种差异。  能力目标：学生能够通过观察与分解，从螺旋线图形中识别出重复的规律单元；能够独立或协作，将识别出的规律转化为包含repeat指令和递增变量的正确程序代码；在调试程序过程中，能够运用“分段测试”、“检查参数”等方法定位并解决常见错误，如循环次数不当、增量设置错误等。  情感态度与价值观目标：学生在合作探究中，能主动分享自己的发现，认真倾听同伴的思路；在调试程序遇到挫折时，能表现出耐心和坚持，积极寻求解决方案；通过创作个性化的螺旋线作品，体验用代码创造视觉艺术的乐趣，初步建立对编程学习的积极情感和自信。  科学（学科）思维目标：本节课重点发展学生的计算思维，特别是模式识别与算法设计能力。通过“观察图形找出重复动作抽象为循环模型翻译为程序语言”的问题链，引导学生经历完整的计算问题求解过程，体验如何将复杂问题分解、抽象、自动化。  评价与元认知目标：引导学生依据“图形是否正确闭合”、“代码是否简洁高效”等量规，对本人及同伴的程序作品进行初步评价；在课堂小结环节，通过“流程图回顾”引导反思解决本课问题的关键步骤和思维策略，思考“循环”还能用来解决生活中的哪些重复性问题。三、教学重点与难点 &sp;教学重点：理解并应用repeat循环结构绘制螺旋线。其确立依据源于课程标准对“身边的算法”的要求，即让学生掌握用算法描述问题、解决问题的基本方法。循环是算法中最基本、最重要的控制结构之一，是理解程序自动化执行逻辑的基石。从学科能力发展看，掌握循环是从“步骤罗列”的线性思维迈向“抽象模式”的结构化思维的关键一步，对后续学习任何编程语言都至关重要。  教学难点：理解循环体内“前进距离”参数需要规律性变化（递增）才能画出螺旋线，并能在程序中正确实现这一变化。难点成因在于，学生此前接触的重复通常是完全相同的动作（如重复画等长线段），而本课需要他们在重复中引入变化，这是一种更高阶的抽象。学生常见的错误是仅使用固定长度前进，导致画出的是正多边形而非螺旋线。突破方向在于强化具身体验与可视化演示：让学生用手势模拟“越走越远”，并用动画分解展示每一轮循环中线段长度的动态增长过程，将“变量”这一抽象概念与直观的“长度变化”建立强关联。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式电子白板课件（内含螺旋线动态生成动画、编程平台界面示意图、分层任务卡）；图形化编程学习平台（如源码编辑器、Kitten等）及教师演示账号；绘制有螺旋线的卡片若干。1.2学习任务单：设计分层探究任务单（基础版含步骤提示，挑战版含开放问题）。2.学生准备2.1预习与物品：复习“前进”、“右转”等基本绘图指令；携带铅笔和直尺。3.环境布置3.1座位安排：采用4人异质分组，便于合作探究。3.2板书记划：左侧预留板书关键词区（循环、重复、变化），中部为程序流程图绘制区，右侧为作品展示与疑难问题区。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与问题驱动：1.1展示激趣：“同学们，请看屏幕——（播放鹦鹉螺壳、旋涡星系、藤蔓生长等蕴含螺旋线的自然与生活画面）。这些美丽的图案有什么共同的秘密？”（等待学生回答）对，它们都藏着一种神奇的曲线——螺旋线。1.2提出挑战：“在过去，画家用画笔描绘它。今天，我们作为‘小小程序员’，能否指挥电脑中的画笔，自动画出这样的螺旋线呢？这就是我们这节课要攻克的‘智慧堡垒’。”1.3唤醒旧知与规划路径：“要指挥画笔，我们需要编程指令。还记得我们的老朋友‘前进’、‘右转’吗？如果只用它们，你能想到画螺旋线的方法吗？（让学生短暂思考并可能感到繁琐）感觉要写很多很多行重复的指令，是不是？别急，程序员总有‘偷懒’的智慧。今天，我们就来学习一个能让代码变简洁、让电脑变勤快的‘魔法咒语’——循环。我们将一起：发现螺旋线的重复规律→学习循环‘咒语’→施展魔法创作作品。”第二、新授环节任务一：解构螺旋线——发现重复的“密码”教师活动：首先，分发螺旋线卡片，引导学生用手指或笔尖沿着线条“行走”，感受路径。提问：“画笔从中心出发，要完成一圈螺旋，主要做了哪两个基本动作？”（预设：走一段，转一个弯）。接着，利用课件动画将螺旋线逐段分解高亮，引导学生观察：“请大家盯住画笔的轨迹，注意看，从一段到下一段，这两个动作有什么相同和不同？”（引导发现：转弯角度始终相同，但前进的“步子”越来越长）。最后，在白板上用简笔画画出螺旋线的分解步骤图，并标注：动作=前进（长度变化）+转向（角度固定）。学生活动：动手描摹螺旋线，直观感受其生成过程。观察动画分解，小组讨论并尝试描述螺旋线的构成规律。在教师引导下，得出“重复执行‘前进+转向’，但每次前进的长度在增加”的初步结论。即时评价标准：1.能否用语言或手势准确描述螺旋线的绘制过程。2.在小组讨论中，能否倾听他人意见并补充自己的发现。3.能否指出“固定角度”与“变化长度”这两个关键特征。形成知识、思维、方法清单：★核心概念1：螺旋线的构成规律。螺旋线并非随意弯曲，而是由“前进”和“转向”两个动作不断重复、交替进行形成的。（教学提示：这是模式识别的基础，务必让学生通过多感官体验建立清晰表象。）★核心概念2：重复中的变化。画出螺旋线的关键在于，在重复“前进+转向”的过程中，前进的距离需要有规律地增加（如每次增加10步）。这是区别于画正多边形的核心。（教学提示：通过对比画正方形（固定长度）与画螺旋线（变化长度），强化认知冲突。）▲学科方法：分解与观察。面对复杂图形，可以将其分解为基本动作单元进行观察，这是发现规律、设计算法的第一步。任务二：初识“循环咒语”——从重复到简化教师活动：“既然发现了重复，我们就要请出今天的‘魔法咒语’——repeat（循环）。”教师在编程平台演示区输入repeat4[fd100rt90]，运行后画出正方形。提问：“请看，这段‘咒语’由哪几部分组成？repeat后面的数字4代表什么？中括号[]里的指令又被执行了多少次？”“谁能来当小老师，完整地‘翻译’一下这段代码？”引导学生理解循环的格式与执行逻辑。然后擦除代码，提问：“如果不用repeat，画这个正方形需要几行代码？用了之后呢？”让学生直观感受循环“化繁为简”的威力。学生活动：观看教师演示，理解repeat指令的格式与执行过程。尝试“翻译”代码，理解“循环次数”和“循环体”的概念。通过对比，深刻体会循环结构在简化代码方面的优势。即时评价标准：1.能否正确指出循环体（括号内指令）和循环次数。2.能否口头描述出计算机执行这段循环代码的过程（先判断次数，再重复执行循环体）。3.能否举一个生活中适合用“循环”来描述的重复事件的例子。形成知识、思维、方法清单：★核心概念3：循环结构（repeat）的格式与逻辑。格式：repeat次数[要重复执行的指令]。逻辑：计算机先读取“次数”，然后将中括号内的指令集（循环体）重复执行指定的次数。（教学提示：用“唱同一段副歌N遍”来类比，帮助学生记忆。）▲易错点：循环体的确定。所有需要重复执行的指令必须放在同一个中括号[]内。（教学提示：演示将rt90放在括号外导致的错误，让学生印象深刻。）★学科思维：抽象与自动化。将重复性的手工步骤抽象为一个“循环模型”，交给计算机自动执行，这正是编程的核心思维之一。任务三：首试锋芒——用固定循环画“蜗牛线”教师活动：提出过渡性任务：“现在，我们尝试用刚学的repeat，画一个‘蜗牛线’（多圈但等距的螺旋）。假设我们让每次前进的长度固定为50，右转90度，重复10次。请大家在任务单上先写出伪代码，然后上机尝试。”巡视指导，重点关注循环体书写是否正确。收集典型作品（成功与失败）进行投屏展示。“大家看，这个同学画出的图形和我们想要的螺旋线像吗？哪里不一样？”（引导发现：由于长度固定，画出来的是一个不断折回的多边形，并非向外扩散的螺旋）。学生活动：根据要求，在任务单上设计伪代码，然后上机实践，输入repeat10[fd50rt90]并运行。观察生成图形，与目标螺旋线对比，思考差异原因。即时评价标准：1.代码书写格式是否规范（空格、括号）。2.能否正确运行并观察结果。3.能否通过对比，意识到固定长度无法画出向外扩展的螺旋线。形成知识、思维、方法清单：★核心概念4：循环结构的初步应用。能够将简单的重复性绘图任务，正确转化为repeat指令。（教学提示：这是从理解到应用的关键一步，务必让每个学生都成功运行。）▲认知冲突点：固定循环的局限性。仅仅使用固定参数的循环，只能画出正多边形或封闭折线，无法实现“扩展”或“收缩”的变化效果。这为引入“变量”制造了认知需求。（教学提示：这是重要的教学契机，要让学生自己感到“此路不通”，从而产生寻找新方法的强烈动机。）任务四：引入“变量”——让循环“活”起来教师活动：承接上一任务的困惑，“看来，光有固定的重复还不够，我们得让每次前进的‘步子’活起来，越来越大。这就需要请出另一位帮手——‘变量’。”在白板上画一个盒子，标注为“步长”。讲解：“我们可以用一个名字，比如:b，来代表每次要前进的步数。一开始，我们让:b=10。然后，在循环里，我们命令画笔fd:b。”“关键一步来了：怎么让b越来越大呢？我们可以在循环体里加一句‘魔法’：make"b:b+10，意思是让b变成自己当前的值再加10。”教师完整演示代码：make"b10repeat10[fd:brt90make"b:b+10]。运行前，让学生预测画笔的行走路线。学生活动：理解“变量”作为一个“会变化的数值容器”的概念。观看教师演示，理解make指令用于改变变量的值。尝试预测程序运行结果，并与实际运行效果进行对照。即时评价标准：1.能否理解变量:b在程序中的作用是存储变化的前进步数。2.能否说出make"b:b+10这行代码在每一次循环中起到的作用（递增步长）。3.预测与实际是否相符，若不符能否尝试分析原因。形成知识、思维、方法清单：★核心概念5：变量在循环中的应用。变量（如:b）可以用来存储和更新在循环中需要变化的值。通过在循环体内使用make指令修改变量的值（如递增），可以实现循环行为的动态变化。（教学提示：这是本课算法核心，需结合流程图，一步步动态展示变量:b在每次循环中的值的变化过程。）▲关键指令：make。格式：make"变量名表达式。其作用是将“表达式”计算的结果赋值给“变量名”。（教学提示：强调引号的位置和冒号的使用，这是命令格式的规范性要求。）★算法思想：带状态变化的循环。循环不仅重复执行动作，还可以在每次重复中更新某些状态（变量值），从而使输出结果产生丰富的变化。这是算法设计从简单走向复杂的重要标志。任务五：自主建构——编写完整的螺旋线程序教师活动：“现在，魔法要素齐备了！请各小组合作，参考黑板上的流程图和关键代码，尝试在编程平台上写出能画出真正螺旋线的完整程序。我们的目标是：螺旋清晰、向外扩展。”提供分层支持：A组（基础）提供带部分填空的代码模板；B组（标准）只提供关键指令提示（repeat,make）；C组（挑战）要求尝试改变旋转角度（如60度、120度），观察不同角度下螺旋线的形态变化。巡视指导，重点帮助解决语法错误和逻辑顺序问题。学生活动：小组协作，根据本组任务卡要求，讨论并编写完整程序。输入代码，运行调试，观察生成的图形是否达到要求。挑战组尝试修改角度参数，探索不同样式的螺旋线。即时评价标准：1.程序是否能正确运行并画出向外扩展的螺旋线。2.小组内分工是否明确，讨论是否围绕问题展开。3.调试过程中，能否通过阅读错误提示、检查代码顺序等方法自主或合作解决常见问题。形成知识、思维、方法清单：★核心概念6：螺旋线程序的完整算法。整合“循环结构”、“变量递增”、“基本绘图指令”，形成解决“画螺旋线”这一特定问题的完整算法流程。（教学提示：引导学生用自然语言或流程图复述该算法，促进内化。）▲调试技能：遇到程序不按预期运行时，学会：①检查基本语法（括号、冒号、空格）；②检查变量名是否一致；③检查make递增语句是否放在了正确的位置（通常应在一次循环动作之后，下次循环动作之前）。★计算思维实践：完整经历了“问题描述（画螺旋线）→模式识别（重复动作+变化长度）→抽象建模（循环+变量）→算法实现（编写代码）→调试优化”的计算问题求解全过程。第三、当堂巩固训练  本环节设计分层任务，学生可根据自身情况选择完成：1.基础层（必做，直接应用）：调整教师示范程序中的参数，实现以下效果：①让螺旋线画得更密（增加循环次数）；②让螺旋线扩展得更快（增大每次递增的步长）。“完成后，和同桌交换检查，看看对方的螺旋线‘长’得壮不壮？”2.综合层（选做，新情境应用）：挑战“绘制彩虹螺旋线”。要求在画螺旋线的同时，每次循环改变画笔的颜色。提示：可以使用setpc指令，并思考颜色编号如何与循环变量或循环次数关联起来。“看看谁能创作出最绚丽的彩虹漩涡！”3.挑战层（选做，开放探究）：思考并尝试：能否修改程序，画出一个“向内收缩”的螺旋线？或者，你能利用今天所学的“循环”和“变量”知识，设计一个其他有规律的美丽图案吗？（如旋转的风车、渐大的同心圆等）  反馈机制：学生完成基础层任务后，通过同伴互评（依据：图形是否正确、参数修改是否有对应效果）进行初步反馈。教师巡视中，选取综合层和挑战层的典型作品（包括有创意和有典型错误的）进行全班投屏分享与点评。点评时，不仅看结果，更着重分析其实现思路和代码中的巧妙之处或可改进点。第四、课堂小结  知识整合：“让我们一起来回顾今天的‘编程寻宝之旅’。我们最开始的目标是什么？（画螺旋线）。我们找到了哪两件‘法宝’？（循环repeat和变量）。谁能用最简单的流程图，在黑板上概括一下我们的制胜算法？”邀请学生上台绘制。  方法提炼：“回顾整个过程，当我们遇到一个看似复杂的任务时，我们是怎么一步步解决的？”引导学生总结：先观察分解找规律（模式识别），再用循环和变量来抽象描述这个规律（算法设计），最后翻译成代码并调试（算法实现）。“这种方法，不仅可以画图，将来可以解决很多有规律可循的问题。”  作业布置与延伸：必做作业：完善课堂上的螺旋线程序，并为其添加一个漂亮的背景和标题，保存作品。思考：生活中还有哪些现象或工作可以用“带变化的循环”来描述？选做作业（二选一）：①研究如何让画笔在画螺旋线的同时，逐渐改变笔的粗细。②设计一个由螺旋线组合而成的创意图案（如花朵、蜗牛壳纹路）。下节课预告：“今天我们用循环画出了向外‘生长’的线。下节课，我们将让循环‘开口说话’，学习如何用它来处理一连串的数据，比如快速计算全班同学的平均分。期待大家的精彩表现！”六、作业设计基础性作业（全体必做）：1.程序定型与注释：在编程平台中，将本节课最终成功的螺旋线程序整理规范，并为关键代码行添加简要的文字注释（说明其作用）。例如，在make"b:b+10后注释“//每次循环让前进距离增加10”。2.参数实验报告：尝试修改循环次数、初始步长、角度、递增步长这四个参数中的至少两个，记录修改后的数值和生成的螺旋线形态发生了怎样的变化（如更密、更疏、更陡、更平缓），用一两句话写在任务单上。拓展性作业（建议大多数学生完成）：3.情境化设计：“我的个性签名”。运用螺旋线作为基本元素，设计一个属于自己的、带有螺旋线变体的个性化电子签名或图标。要求至少使用两种颜色，并尝试控制螺旋的圈数使其构图美观。4.微型项目：“螺旋线画廊”。与一位同学结对，每人创作至少两个不同参数的螺旋线图案（如一个角度小且密，一个角度大且疏），将作品截图并拼接在一起，附上简单的参数说明，形成一个小画廊，分享到班级学习社区。探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：5.开放探究：研究repeat指令的嵌套使用。尝试用两层循环来绘制一个“螺旋线方阵”（多行多列排列的螺旋线）。提示：外层循环控制行数，内层循环画单个螺旋线并控制位置移动。6.跨学科联系：结合数学知识，研究当旋转角度为多少度时，画出的螺旋线是“等角螺旋”（一种在自然界中常见的完美螺旋）。查阅资料或进行实验，并尝试用程序验证和绘制出来。七、本节知识清单及拓展★1.循环结构(repeat)：编程中用于重复执行一系列指令的控制结构。基本格式：repeat次数[指令集]。它将程序员从重复编写相似代码的工作中解放出来，是程序简洁化、自动化的关键。（提示：理解“次数”决定重复遍数，“指令集”是每次重复要做的具体事情。）★2.变量：计算机内存中一个命名的存储单元，用于存放可以改变的数据。在本课中，变量（如:b）用来存储动态变化的前进步长。使用变量可以使程序更灵活、通用。（提示：变量名前的冒号:是必须的，表示使用该变量的值。）★3.make指令：用于给变量赋值或重新赋值。格式：make"变量名值或表达式。例如make"b10将10存入b；make"b:b+5将b当前值加5后再存回b。（提示：引号"后面紧跟变量名，中间无空格。）★4.螺旋线生成的算法模型：初始化变量→repeatN次[fd变量:b→rt固定角度→make"b:b+增量]。这个模型完美结合了循环的重复性和变量的变化性。（提示：这是本课最核心的算法思想，务必理解其数据流（变量b的变化）与控制流（循环）的配合。）▲5.调试（Debugging）：发现和修正程序错误的过程。常见错误包括：语法错误（拼写、括号缺失）、逻辑错误（指令顺序不对、参数不合理）。（提示：养成写完代码先检查语法，运行结果不符时耐心对照算法步骤逐步排查的习惯。）▲6.参数化设计：将程序中的关键数值（如初始步长、角度、增量、循环次数）用变量或常量表示，而非直接写成固定数字。这样做的好处是只需修改少数参数就能快速改变整个程序的输出效果，便于实验和优化。（提示：这是优秀编程习惯的起点。）★7.计算思维在本课的体现：分解：将画螺旋线分解为“前进”和“转向”基本动作。模式识别：发现这些基本动作以“固定角度转向，递增长度前进”的模式重复。抽象：用“循环+变量”的模型来抽象描述这一重复模式。算法设计：将抽象模型翻译成具体的repeat和make指令序列。评估：运行程序，根据输出图形判断算法是否正确，并进行调试优化。▲8.拓展联系——自然界中的螺旋与数学：许多自然现象（台风、向日葵种子排列、鹦鹉螺）都符合螺旋线，尤其是等角螺线（螺旋）。这体现了数学规律是自然界的深层语言。编程为我们提供了一个工具来模拟和探索这些规律。（提示：鼓励有兴趣的学生研究rt`角度与螺旋线形态的数学关系。）八、教学反思  （一）目标达成度分析：从当堂巩固练习的作品提交和巡视观察来看，约85%的学生能够独立编写出正确的螺旋线基础程序，达成了知识与技能的核心目标。在小组合作编写环节，学生能有效进行“你写代码我检查”的分工，体现了协作能力的提升。情感目标方面，学生在调试成功后表现出的兴奋感和在挑战任务中持续投入的状态，表明学习动机得到了有效激发。然而，在元认知目标上，仅有部分学生能在小结时清晰复述思维过程，多数学生仍需教师引导，说明引导学生进行程序性知识学习的策略反思，仍需设计更显性的支架。  （二）教学环节有效性评估：1.导入与任务一（解构螺旋线）效果显著。生动的自然画面和动手描摹活动迅速抓住了学生的注意力，“原来复杂的曲线可以拆成这么简单的动作！”这种惊呼体现了认知冲突的成功创设，为引入循环的必要性作了完美铺垫。2.任务二到任务四（学习循环与变量）是搭建认知阶梯的关键。从固定循环画正方形（熟悉语法），到尝试画“蜗牛线”发现局限（制造需求），再到引入变量使循环“活”起来（解决核心问题），这一“铺垫冲突升级”的设计符合学生的认知规律。“哦！原来要让b自己变大才行！”学生在任务四时的顿悟表情，是难点突破的直观信号。3.任务五（自主建构）与分层巩固较好地照顾了差异性。代码模板和支持提示给了基础薄弱学生“扶手”，而改变角度、颜色等挑战任务则让学有余力的学生“吃得饱”。但在巡视中发现，部分中间层次学生在从理解演示到独立编写时仍有“断档”，下次可考虑在任务四与任务五之间增加一个“