小学信息技术四年级下册：编程绘图中图章与随机数的应用

小学信息技术四年级下册：编程绘图中图章与随机数的应用一、教学内容分析  本节课隶属于《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》“算法与编程”模块的内容要求，核心在于引导学生初步体验编程中的“模块化”与“可控随机”思想，发展计算思维。从单元知识链看，“奇妙的画笔”单元旨在让学生运用编程工具进行创意表达，前两课已学习了基本绘图指令与循环结构，本课“图章”与“随机数”是关键进阶工具。“图章”实质是对象“实例化”的直观隐喻，它能高效复制角色当前状态，是构建复杂图案的基石，实现了从“一笔一画”到“批量生成”的思维跃升。“随机数”则为作品注入了不确定性与动态美感，是连接确定性与创造性的桥梁。其认知要求从理解（何为图章、随机数）上升到综合应用（协同使用两者解决创意问题）。在教学过程中，应引导学生经历“观察现象抽象模型设计算法调试实现”的完整探究路径，将计算思维的“分解、模式识别、抽象、算法设计”蕴含其中。本课的育人价值在于，通过创作富于变化的数字画作，培养学生严谨的逻辑思维与开放的审美情趣，使其在精确控制与随机惊喜的平衡中，感受程序世界的独特魅力与创造乐趣。  四年级学生已具备Scratch或类似图形化编程环境的基本操作技能，对顺序与循环结构有初步体验，但抽象思维仍以具体形象为主。其优势在于好奇心强，乐于通过试错进行探索；潜在障碍则在于对“图章”（非直接绘画）的幕后机制理解模糊，对“随机数”作为“一个可变的输入参数”这一抽象概念可能感到困惑，在参数协同调控时容易产生逻辑混乱。为贯彻“以学定教”，课堂将设计“动手试一试”的即时体验环节作为前测，快速诊断学生对核心积木功能的初步理解程度。针对学情差异，教学将采取分层策略：为操作生疏者提供“步骤分解卡”与同伴协助；为理解困难者设计“角色扮演”活动（如模拟“随机落花”），化抽象为具体；为快速掌握者设置“创意挑战”任务，鼓励其探索更复杂的随机组合（如颜色、大小的多重随机），实现个性化提升。二、教学目标  知识目标：学生能准确说出“图章”与“随机数”积木的功能，理解图章是复制角色当前状态（位置、造型、大小等）而非“画笔”，理解随机数是在指定范围内生成一个不确定的数值；能够辨析两者在程序中的作用差异，并能在简单脚本中正确调用与组合这些积木，完成预设的绘图任务。  能力目标：学生能够综合运用循环、图章与随机数，独立设计并编写出能生成有规律且富有变化的复杂图案（如星空、花丛）的程序；在调试过程中，能够根据输出结果反推参数设置的问题，并进行修正，初步形成“设计运行调试优化”的编程实践能力。  情感态度与价值观目标：在创作过程中，学生能感受到用逻辑创造艺术之美，增强对编程学习的兴趣与自信心；在小组协作分享作品时，能欣赏同伴创意，愿意表达自己的设计思路，形成乐于分享、友善互助的学习氛围。  科学（学科）思维目标：重点发展计算思维中的“模式抽象”与“算法设计”能力。学生能将一个复杂的画面（如一片森林）抽象为“单个树木”的重复与变化，并设计出融合循环（重复）、图章（复制）、随机数（变化）的算法模型，体验从具体问题到程序模型的转化过程。  评价与元认知目标：学生能够依据“图案丰富性、代码简洁性、创意独特性”等简易量规，对自己及同伴的作品进行初步评价；能反思在编程过程中遇到的典型错误（如随机数范围设置不当），总结出“先确定变化范围，再填入参数”等调试经验。三、教学重点与难点  教学重点是理解并应用“图章”与“随机数”两个核心编程概念，创作出有规律的复杂图案。其确立依据在于，这两者是实现程序高效复制与引入可控随机性的关键积木，是学生从编写线性脚本迈向设计动态、复杂程序的重要阶梯，直接支撑了“算法与编程”模块中“利用编程解决问题或创作作品”的课标要求，也是后续学习克隆、变量等更复杂概念的基础。  教学难点是“随机数的抽象理解及其与图章、循环结构的协同应用”。成因在于，学生首次系统接触“不确定性”编程概念，需要将“在X到Y之间取随机数”这一数学描述转化为对程序行为的预期，思维跨度较大。协同应用时，学生容易混淆随机数应插入在循环内还是循环外、应控制哪个参数，导致逻辑混乱。预设依据来自常见学情：学生常做出“所有复制体完全重叠”或“变化杂乱无章”的作品。突破方向在于设计层层递进的体验活动，通过对比“固定值”与“随机值”程序效果的巨大差异，强化感知；通过“角色扮演”和“流程图草图”将内部过程显性化。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（内含图章与随机数积木详解、分步骤示例动画、创意作品画廊）；图形化编程平台（如源码编辑器、Kitten等）教室端及学生端畅通。  1.2学习材料：分层学习任务单（含基础任务、进阶挑战、评价量表）；“编程小医生”典型错误案例卡片。2.学生准备  复习上一课循环结构知识；携带创意构思（如想画什么样的星空或花园）。3.环境布置  学生以4人异质小组围坐，便于协作与讨论；白板预留“我们的发现”与“疑难问题区”。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与冲突激发：教师展示两幅电子画作：一幅是用传统画笔工具耗时良久绘制的“繁星满天”图，另一幅是用编程瞬间生成的“奇幻星空”动态图（星星大小、亮度随机变化）。“同学们，如果让你画一片星空，你可能要画很久。但老师这里有一个‘魔法’，可以一瞬间创造出千变万化的星空，想知道这个魔法是什么吗？”通过对比，制造认知冲突，激发学生探究欲。  1.1核心问题提出与旧知联系：“这个‘魔法’就藏在我们今天要认识的两个新朋友——‘图章’和‘随机数’身上。它们如何与我们已经学过的‘循环’强强联手，让我们成为高效又富有创意的数字画家呢？”明确本课核心驱动问题，并建立与已有知识（循环）的联系。  1.2学习路径预览：“今天，我们将先揭开‘图章’快速复制的秘密，再请出‘随机数’这位魔法师增添变化，最后合力完成我们的星空大作。旅程开始前，先考考大家的眼力，请看…”第二、新授环节任务一：初探“图章”——复制我的小精灵教师活动：首先，在舞台上创建一个简单角色（如星星）。演示使用“画笔”模块中的“图章”积木。“看仔细了，当我点击这个‘图章’积木时，发生了什么？角色自己动了吗？”引导学生观察舞台出现一个“静止的复制体”。接着，将角色移动到新位置，再次使用图章。“瞧，我又复制了一个！那么，如果我让角色重复执行‘移动并图章’会怎样？”教师搭建一个简单循环脚本，运行后形成一列复制体。“所以，图章就像一台‘瞬时复印机’，能把角色某一瞬间的样子‘咔嚓’一声印在舞台上。它和‘落笔’画画有本质区别哦！”学生活动：观察教师演示，回答对图章效果的初步印象。随后动手实践，在自己的编程环境中尝试使用“图章”积木，感受其即时复制的效果。尝试将图章放入循环内，并改变循环次数，观察舞台变化。即时评价标准：1.能否正确找到并使用“图章”积木。2.能否口头描述图章的作用是“复制角色当前状态”而非“移动画画”。3.在循环中使用图章时，操作是否流畅。形成知识、思维、方法清单：★图章积木：位于画笔模块，功能是在角色当前位置复制一个自身的“影像”，该影像成为舞台背景的一部分，无法被单独控制。▲与“落笔”的区别：“落笔”是绘制轨迹，图章是“复制快照”。这是本课第一个关键概念辨析。任务二：基础应用——制作一朵小花教师活动：“现在，我们来创造自己的复制源。请大家用已学的绘图指令（如重复画花瓣）编写一个画出一朵小花的脚本。”巡视指导，确保学生能画出基本图形。完成后提问：“如果我们想画一片花丛，难道要把这段画花的脚本重复写很多遍吗？太麻烦了！谁能用刚才学的‘图章’来优化一下？”启发学生将“画一朵花”和“复制这朵花”两个步骤分离。学生活动：编写绘制单一花朵的程序。在教师启发下，思考并尝试修改程序：先运行一次画花脚本，然后使用图章进行复制，或调整脚本结构，实现画一朵后立即图章。即时评价标准：1.能否独立绘制出基础图形。2.是否产生“先画好一个，再多次复制”的优化思路。3.能否成功将图章应用到自己的作品中。形成知识、思维、方法清单：★模块化思维：将“绘制单个图案”和“批量复制图案”两个任务分离，是编程中的重要分解策略。▲脚本结构：理解“造型准备”与“复制执行”可以分步进行。任务三：循环赋能——复制出一片花田教师活动：“一朵变多朵，我们已经做到了。但现在的复制体都堆在一起。怎样才能让它们整齐又规律地排列开呢？”引导学生回顾循环中“移动”积木的作用。“对，让角色在每次图章后移动一下！请小组合作，尝试用‘循环’、‘移动’和‘图章’三个积木，编出一排小花。”提供分层提示卡：Level1：固定步数移动；Level2：尝试改变移动步数，观察花田疏密变化。学生活动：小组协作，探索在循环结构内组合“移动”与“图章”积木，生成一列或一行有规律排列的复制体。尝试调整移动步数参数，观察并讨论规律。即时评价标准：1.小组能否成功协作，将三个积木正确组合。2.能否通过调整参数控制图案的排列间距。3.能否清晰地解释自己脚本的运行逻辑。形成知识、思维、方法清单：★循环与图章的协同：循环控制复制次数，循环体内的移动控制复制体的位置分布，这是构建规律图案的核心模式。★参数调试：通过修改移动步数的数值，能直接改变作品的视觉效果，这是人机交互的直观体验。任务四：引入“随机数”——让每朵花都独特教师活动：“同学们，如果我们每次复制的小花，位置、大小甚至颜色都一模一样，会不会显得有些‘呆板’呢？怎样才能让每一朵花都有点小特别？”引出“随机数”概念。“在‘运算’模块里，藏着这个宝贝。”拖出“在1到10之间取随机数”积木并运行几次。“看，它每次都会‘变魔术’！”提出挑战：“现在，请将这个‘魔术盒’替换掉刚才固定不变的‘移动步数’（或‘大小’参数），看看你的花田会发生什么神奇的变化？”“记住一个小窍门：先想最小，再想最大，中间的变化交给计算机。”学生活动：观察随机数积木的输出特点。勇敢尝试将随机数积木嵌入到原来使用固定数值的参数位置（如移动步数）。运行程序，观察并惊叹于图案从整齐划一到自然错落的变化。尝试将随机数用于控制大小、颜色等其它参数。即时评价标准：1.能否正确找到并使用随机数积木。2.能否成功用随机数替换至少一个固定参数。3.能否描述出作品从“规律”到“自然”的变化。形成知识、思维、方法清单：★随机数积木：在指定范围内生成不可预知的整数。▲参数化思维：将程序中可以变化的量（如位置、大小）用变量（或随机数）代替，是使程序灵活、智能的关键。▲范围设定：理解随机数范围（如“1到10”）的设置直接影响变化幅度，需要根据创作意图合理预设。任务五：综合创作——我的奇幻星空/魔法花园教师活动：“终极创意时间到！请运用‘图章’、‘随机数’和‘循环’，创作一幅属于你的奇幻作品。主题可以是星空、花园、草原上的动物……想象无限！”出示分层要求：基础层：实现单一元素（如星星）的随机位置复制。综合层：实现元素在位置、大小上的随机变化。挑战层：尝试让颜色也随机变化，或设计两种以上元素的随机组合。巡回指导，充当“技术顾问”和“创意催化剂”。学生活动：根据自身能力选择挑战层级，进行开放式创作。综合运用本课所学，不断调试参数和脚本结构，力求作品既有规律感又有随机美感。遇到问题优先查阅任务卡、组内讨论，再求助老师。即时评价标准：1.作品是否至少体现了图章与随机数的一种结合。2.代码结构是否清晰、无冗余。3.创作过程中是否表现出调试与优化的耐心。形成知识、思维、方法清单：★计算思维整合：将一个复杂画面分解（如星空分解为无数星星），找出模式（每个星星都是圆的，但位置、大小不同），抽象出算法（循环+图章+随机位置/大小），并通过编程实现。这是本课素养目标的集中体现。▲调试策略：当随机效果不理想时，检查随机数范围是否合理；当图案不符合预期时，检查图章与移动的顺序逻辑。第三、当堂巩固训练  1.基础层（诊断性练习）：出示一段有错误的代码（如随机数积木被放在了循环外面），请学生扮演“编程小医生”诊断问题并修正。“大家看看这个脚本为什么只生成一朵大小随机的花，而不是很多朵？”重点巩固对积木作用域的理解。  2.综合层（变式应用）：提出新情境：“如果想画一排高低起伏的山峦，除了位置随机，还可以随机控制哪个参数？（角色造型的切换）”。引导学生打开思维，将随机控制延伸至造型编号。  3.挑战层（开放探究）：挑战题：“能否让‘随机数’本身也变化？例如，让星星的数量也是随机的？”引导学生思考将“循环次数”设置为随机数，接触更复杂的嵌套逻辑。反馈机制：通过小组互评，依据评价量表推荐“最佳创意奖”和“最简代码奖”；教师选取典型作品（含典型错误）进行屏幕共享点评，强调算法逻辑之美。第四、课堂小结  “旅程接近尾声，谁能用一句话说说，今天‘图章’和‘随机数’这两位朋友给了你怎样的魔力？”引导学生回顾。随后，请学生以小组为单位，用思维导图的形式在白板（或学习单）上梳理本节课的知识脉络：中心是“创作规律且多变的图案”，主干是“图章（复制）”、“随机数（变化）”、“循环（重复）”。最后提炼思想：“今天，我们学会了用确定的逻辑（循环、图章）去管理不确定性（随机数），这就是编程创造力的体现！”作业布置：必做：完善课堂创作的作品，并写出简短的创作说明。选做：1.研究“笔刷”大小或颜色饱和度能否也用随机数控制？2.思考：游戏中怪物随机出现、红包随机金额，是不是也用到了类似的原理？六、作业设计  基础性作业：在编程平台中，使用图章与随机数，绘制一片至少包含20个元素的“随机大小雪花”图。要求雪花位置随机分布，大小在一定范围内随机变化，并提交程序脚本截图。  拓展性作业：创设一个小情景，如“宇宙飞船播种星星”。编写程序，实现飞船移动过程中，在随机位置“图章”出随机大小的星星。要求有简单的飞船移动动画和播种效果。  探究性/创造性作业：挑战“随机艺术画廊”。创作一组（23幅）使用图章与随机数生成的艺术图案，并尝试为每幅作品命名。探究：除了位置、大小，还有哪些图形属性（如透明度、旋转角度）可以结合随机数产生有趣效果？撰写一份简短的实验报告。七、本节知识清单及拓展  ★1.图章积木：属于画笔模块。功能是在舞台的当前角色位置，创建一个该角色的静止副本。此副本与舞台融为一体，不可再被单独编程控制。教学提示：强调其“拍照定格”的瞬间特性，区别于连续画线的“画笔”。  ★2.随机数积木：属于运算模块。格式为“在()到()之间取随机数”。执行时，计算机会在该闭区间内等可能地随机选取一个整数返回。教学提示：通过多次运行让学生直观感受其“不确定性”，是理解概率的启蒙。  ★3.循环、图章与移动的协同模式：这是生成规律排列图案的基础算法。循环决定复制次数；每次循环中，先“图章”复制当前状态，再“移动”角色为下一次复制做准备。认知说明：此模式是“批量处理”思想的直观体现。  ▲4.参数化与随机替换：将程序中的固定数值（如移动步数、大小值）替换为随机数积木，可以立即为作品引入丰富的变化。易错点：随机数积木应放入循环体内，才能实现每次变化。  ★5.范围设定的意义：随机数范围定义了变化的上下限。例如，“位置X在200到200之间随机”保证了元素分布在舞台宽度内。方法：教导学生先确定期望的最小值和最大值，再填入积木。  ▲6.调试策略——定位逻辑错误：若图案未按预期随机分布，检查：①随机数积木是否放对了位置（在需要每次变化的地方）；②循环结构是否完整；③图章与移动的顺序是否符合逻辑。  ▲7.从“固定”到“随机”的思维跨越：这是本节课思维提升的关键。学生需意识到，计算机不仅能执行精确指令，还能在设定的规则内自主“选择”，这使得程序更加智能和拟真。  ★8.计算思维在本课的应用：分解：将复杂画面分解为基本单元；模式识别：发现“重复与变化”的规律；抽象：用“图章”代表复制，用“随机数”代表变化；算法设计：用循环结构整合复制与变化的逻辑。八、教学反思  一、教学目标达成度分析。本节课后，通过观察学生当堂作品和回收的学习任务单，大部分学生能达成知识与应用层面的目标，能独立组合关键积木创作出变化丰富的图案，表明核心概念已基本建立。能力目标上，“设计调试”环节暴露出差异：约70%的学生能在简单提示下修正参数错误；约20%的学生能主动尝试调整多个随机参数进行优化；仍有少数学生在面对随机数逻辑错误时感到茫然，需依赖同伴或教师直接指点。这提示我在“算法设计”的脚手架搭建上，还需提供更细致的思维可视化工具，如“算法流程图草图”。  二、教学环节有效性评估。导入环节的对比情境效果显著，迅速抓住了学生的注意力。“任务一”到“任务四”的阶梯式设计总体流畅，符合认知规律。其中，“任务三”（循环赋能）到“任务四”（引入随机数）的过渡是关键转折点，部分学生在这里出现了思维卡壳——“为什么要用随机数？固定值不也挺好吗？”虽然我通过设问“会不会显得呆板”来引导，但未来或许可以更强化对比体验：先让学生运行一段完全固定的程序，再运行加入随机数的版本，通过强烈的感官对比来“制造需求”，让学习动机更内生。  （一）核心任务剖析。“任务五”的综合创作是课堂高潮，也是差异化体现最明显的环节。我观察到，选择“挑战层”的学生通常具备更强的空间想象力和探索欲，他们不满足于单一变化，乐于尝试“随机数嵌套”（如用随机数决定循环次数）。对于他们，我后续的指导应更侧重于思维严谨性的提升，如提醒他们注意极端随机值可能导致的舞台溢出问题。而对于在“基础层”徘徊的学生，我的支持应更具体，比如提供“半成品”代码让