小学信息技术六年级《多海龟协同绘图》教学设计

小学信息技术六年级《多海龟协同绘图》教学设计一、教学内容分析  本课隶属于小学信息技术课程中“算法与程序设计”模块，是学生在掌握了单一海龟基本绘图命令（如前进、转向、循环）基础上的重要拓展与深化。从《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的视角审视，本课的核心价值在于引导学生从“顺序执行”的线性思维，迈向“并行协作”的初步并发思维，是培养“计算思维”这一核心素养的关键节点。知识技能图谱上，它要求学生在理解“对象”与“实例”这一抽象概念的基础上，掌握创建多个海龟对象、分别控制其属性和行为的方法，并能够运用这一技术解决更复杂的图形绘制问题，如对称图形、协作动画等，为后续学习更复杂的程序结构奠定基础。过程方法上，本课天然地蕴含了“模块化设计”与“任务分解”的思想方法。课堂将通过设计“从一人作画到团队绘图”的迁移情境，引导学生将复杂图形分解为多个可并行执行的任务，体验多线程解决问题的雏形。素养渗透点在于，通过多海龟协同完成一幅作品的过程，潜移默化地培养学生的系统规划能力、分工协作意识与数字化创作的审美情趣。  面向六年级学生，其认知正处于具体运算向形式运算过渡阶段。他们已具备单海龟编程的扎实操作技能和基本的逻辑循环概念，对创作复杂图形有浓厚兴趣，这是开展教学的良好基础。然而，从单一命令序列控制一个“角色”，到同时管理多个具有独立状态的“角色”，这一思维跃迁存在显著认知障碍。学生易产生思维黏着，习惯于用控制一只海龟的思维去思考多只海龟，导致代码冗长或逻辑混乱。教学中的动态评估将至关重要，例如，在探究环节设置“如何让两只海龟同时从中心向相反方向画线”的挑战性问题，通过观察学生的初次尝试代码，精准诊断其思维卡点。基于此，教学调适应提供多层次脚手架：对于基础层学生，提供“角色分工卡片”可视化任务分解；对于进阶层，鼓励其探索海龟间通信（如判断彼此位置）；对于挑战层，则可引入“竞赛”情境，优化代码效率，实现差异化支持。二、教学目标turtle.Turtle准确陈述使用turtle.Turtle()turtle.Turtle个海龟对象都是独立的实例，拥有各自的属性（如位置、颜色、画笔状态）。他们能辨析“导入模块”、“创建对象”、“调用方法”三个层次的关系，并能在代码中熟练应用turtle.Turtle()turtle.cloneturtle.clone()等方法来实现多海龟绘图。  2.能力目标：学生能够面对一个复杂图形任务（如绘制由多个相同旋转单元组成的风车），主动将其分解为可由多个海龟并行执行的子任务，并编写出结构清晰、分工明确的程序代码。他们能够调试常见的多对象控制错误，如对象引用混淆、循环设置不当导致绘图混乱等。  3.情感态度与价值观目标：在小组协作编程挑战中，学生能体验到合理分工、协同配合对于高效完成复杂任务的重要性，培养初步的“数字团队协作”意识。通过创作富有美感的协同图形作品，激发和保持对程序设计的持续兴趣与创作热情。  4.学科思维目标（计算思维）：重点发展“分解”（Deposition）与“并行处理”（Parallelism）的思维模式。学生将学习把一个大问题（画复杂图形）分解为多个可同时解决的小问题（每个海龟负责一部分），并思考如何协调这些并行任务以达到整体目标，这是对“顺序执行”思维模式的重要突破。  5.评价与元认知目标：学生能够依据“代码分工明确性”、“运行效率”和“作品最终效果”三项基本量规，对同伴或自己的多海龟程序进行初步评价。在课堂小结环节，能反思“单海龟”与“多海龟”两种解决方案在解决同类问题时的优劣，形成初步的“方案择优”意识。三、教学重点与难点  教学重点是理解并掌握创建和控制多个海龟对象的方法与语法。其确立依据源于课标对“计算思维”中“模块化”与“并行”概念的强调，此知识点是学生从线性逻辑迈向并发逻辑的基石，直接决定了后续能否运用此思想解决更复杂的实际问题（如模拟交通流量、简单游戏角色控制）。从能力立意看，掌握此点是学生编程能力从“模仿”走向“设计”的关键分水岭。  教学难点在于学生思维从“控制单一序列”到“协调多个并行对象”的转换。具体表现为：在编程时，学生容易不自觉地只关注最后创建的海龟，而忽略之前对象的持续控制；在逻辑设计时，难以清晰规划每个海龟的独立任务与协同节奏。预设依据来自对学生前概念的研判：他们已习惯“一个主角、一套剧本”的思维方式。突破方向在于通过强对比性的任务（如“用一只海龟画正方形阵列”与“用四只海龟同时画”），制造认知冲突，辅以“海龟角色扮演”等具身化活动，将抽象的对象概念具体化。四、教学准备清单1.教师准备  1.1媒体与课件：交互式PPT课件，包含对比动画（单海龟vs多海龟完成同一任务）、关键代码片段演示、分层任务卡电子版。  1.2编程环境与范例：确保机房Python环境及turtle库运行正常；准备多个由简到繁的范例程序，如“协同画彩虹”、“旋转星空”。  1.3学习支持材料：打印“海龟指挥官”任务卡片（内含不同难度的图形分解提示）、课堂学习评价表（自评与互评）。2.学生准备  复习单海龟基本绘图命令；课前思考：“如果让你指挥一支画笔小队画一幅大画，你会怎么分工？”3.环境布置  学生机位按“异质分组”原则提前调整，便于开展小组协作与讨论。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与对比激疑：教师播放两段动画：第一段，一只海龟辛苦地来回奔跑，绘制一个由四个正方形组成的十字形图案；第二段，四只颜色各异的海龟从中心同时出发，“唰”地一下协同完成同样图案。“同学们，哪支‘画笔小队’的工作方式更高效、更智能？”，用视觉冲击引发学生对效率与分工的直观感受。  1.1提出核心驱动问题：“我们能否也像第二支小队那样，在程序中‘招募’并指挥多个海龟队员，让它们协同工作，高效地完成更复杂的绘图任务呢？这就是我们今天要挑战的课题！”  1.2唤醒旧知与明晰路径：“要指挥新队员，首先得‘招募’它们。还记得我们最初是如何请出第一只海龟的吗？（引导学生回忆importturtle及turtle.Turtle()）。今天，我们将学习如何多次‘召唤’，并为每一只海龟‘分配工作’。我们的探索路线是：先学会组建小队，再练习分派指令，最后挑战一个协同创作项目！”第二、新授环节  本环节采用支架式教学，通过四个递进任务，引导学生主动建构知识。任务一：招募你的第一支海龟小队教师活动：首先，清晰对比新旧命令。“以前，我们直接用turtle.forward(100)，是请一位‘隐形的’总画家动笔。现在，我们要明确请出一个个队员。”教师演示代码：t1=turtle.Turtle()，并强调：“t1不是海龟，而是我们给‘第一号海龟队员’起的代号，就像队长手里的对讲机频道。”紧接着，连续创建t2,t3，并修改其颜色属性：“看，t1.color(‘red’)只会影响红队海龟，蓝队t2不受影响。这说明每个队员都是独立的！”设问引导：“现在，谁能指挥红队前进100步？”学生活动：学生在自己的编程环境中模仿输入，创建23个海龟对象，并尝试为它们设置不同的颜色和初始位置。通过输入如t1.forward(100)和t2.left(90)等命令，观察不同海龟的独立运动，初步感受对象与引用的概念。即时评价标准：1.能否正确写出创建海龟对象的语句，无语法错误。2.能否使用不同的变量名（如t1,t2）调用不同海龟的方法。3.在教师提问时，能否清晰说出“t1代表第一只海龟”。形成知识、思维、方法清单：  ★核心概念：对象与实例：turtle.Turtle()每次都会创建一个新的海龟实例（一个独立的队员）。t1、t2这些变量是引用（队员的代号），通过它们可以控制具体的海龟。“同学们，一定要分清‘召唤队员的咒语’和‘队员的名字’哦！”  ★关键语法：对象创建与属性设置：掌握变量名=turtle.Turtle()的创建格式。掌握通过变量名.color()、变量名.penup()等方式设置对象属性。  ▲思维提升：从“模块功能”到“对象管理”：思维开始从调用turtle模块的通用功能，转向管理多个具体的Turtle对象。这是面向对象编程思想的初步启蒙。任务二：小队分工初体验——同步画线教师活动：提出明确挑战：“现在，请让两只海龟从画布中心同时出发，一只向左画一条红线，一只向右画一条蓝线，形成一条彩色横线。”教师不直接给出答案，而是提示：“关键在于‘同时’吗？在程序顺序执行时，我们如何营造‘同时’的感觉？”引导学生思考代码顺序。巡视中，关注学生是写t1.left(180);t1.forward(100);t2.forward(100)，还是将两只海龟的移动命令交替编写。请不同策略的学生分享屏幕。学生活动：动手编写代码实现目标。在尝试中，部分学生会发现，即使代码是顺序的，由于计算机执行速度极快，视觉上就像同时运动。他们会尝试调整两只海龟的移动命令顺序，观察效果。小组内讨论“如何让分工更清晰”。即时评价标准：1.能否为两只海龟正确设置不同的颜色和相反的移动方向。2.代码结构是否清晰，能否体现“分工”意图（如将t1和t2的命令分组书写）。3.是否通过实践发现了“快速顺序执行形成并行视觉效果”。形成知识、思维、方法清单：  ★核心认知：顺序执行下的“伪并行”：在单核CPU顺序执行代码的背景下，多个海龟的“同时”运动是通过快速交替执行各海龟的命令实现的。这是理解并发与并行的初级模型。“虽然计算机是一位‘超级快的指挥家’，轮流给每个队员下命令，但在我们看来，队员们就像在齐头并进！”  ★编程规范：代码结构化：良好的习惯是将同一个海龟的相关命令放在一起，或者按“动作步骤”组织代码（如所有海龟一起移动一步，再一起转向）。这提高了代码的可读性和可维护性。  ●常见错误防范：引用混淆：提醒学生时刻检查t1和t2等引用名是否书写正确，避免本想控制A海龟却错误地写成B海龟的命令。任务三：进阶协调——共绘同心圆教师活动：发布更复杂任务：“请指挥两只海龟，一只画一个大圆，一只画一个同心的小圆。”搭建思维脚手架：“画圆我们用circle(半径)。那么，两只海龟的起始位置应该有什么关系？（都在圆心）半径呢？（不同）”引导学生先规划再编码：先让两只海龟都抬笔移动到圆心，再设置不同半径，最后同时落笔画圆。提问：“如果想让小圆海龟用虚线画，代码加在哪里？”引入对单个对象更精细的控制。学生活动：小组协作规划步骤，并转化为代码。他们需要处理多个海龟的初始状态同步（同时移动到圆心、同时落笔），再处理各自的动作差异（半径、线型）。调试中可能遇到因移动顺序导致圆心不对齐的问题，需自行排查解决。即时评价标准：1.能否规划出合理的协同步骤顺序图。2.代码中是否准确实现了初始状态同步（位置、落笔）。3.能否独立为不同海龟设置不同的circle()参数。形成知识、思维、方法清单：  ★核心方法：多对象任务的同步与分工：复杂协同任务需要分阶段规划：第一阶段初始化：所有对象设置好共同的起始状态（如聚于起点、统一抬落笔）。第二阶段执行：各自执行带有参数差异的任务。这是解决多海龟问题的通用思路。  ★重要命令回顾与整合：综合运用goto()、penup()、pendown()、circle()、pensize()等命令，实现对每个对象的全方位控制。  ▲思维跃迁：从“动作序列”到“状态管理”：思维重点从描述一系列动作，转向同时管理多个对象的“状态”（位置、画笔属性等）及其状态变化过程。任务四：创意挑战——设计协同图案教师活动：出示“海龟指挥官”任务卡，提供三个分层挑战：基础层（用四只海龟同步画一个正方形，各负责一边）；综合层（绘制一个旋转风车，每个叶片由一只海龟绘制）；挑战层（自由创作一个有意义的多海龟协同图案，如一朵花、一个钟表）。教师巡回指导，充当“技术顾问”，鼓励学生尝试clone()方法快速复制海龟，并思考如何用循环简化对多个海龟的统一命令。学生活动：学生根据自身水平选择挑战任务，进行创意设计与编程实现。他们需要综合运用分解、同步、分工等所有技能。小组内讨论优化方案，如：“如何让画风车的四只海龟初始化时方向就各自不同？”即时评价标准：1.作品是否体现了明确的任务分解与多海龟分工。2.代码是否运行正确，并具有一定的结构美感。3.在挑战层中，作品是否具有创意和一定的复杂度。形成知识、思维、方法清单：  ★拓展技能：clone()方法：使用新海龟=旧海龟.clone()可以快速复制一个具有相同属性（位置、颜色等）的新海龟对象，提高编程效率。“这是‘克隆技术’，让你的海龟队员一键复制！”  ★高阶思维：模式抽象与批量操作：当需要对多个海龟进行相同操作时（如全部隐藏hideturtle()），可以将其放入列表，用for循环遍历处理。这是将多对象视为一个“组”来管理的思维萌芽。  ●工程思维：设计编码调试完整流程：体验一个完整的小型编程项目流程，从设计图案、分解任务、编写代码到调试运行，培养解决真实问题的综合能力。第三、当堂巩固训练  基础层（全员必练）：修改给定代码，将原本由一只海龟绘制的等边三角形，改为由三只不同颜色的海龟各画一条边。“请大家检查，三条边是否首尾完美相接？这考验你们的初始位置和方向计算哦！”  综合层（大部分学生尝试）：绘制一个由四个同心正方形组成的图案，要求每个正方形由一只海龟绘制，且四只海龟同时开始绘制。提供提示：考虑使用循环和列表来管理四只海龟及其对应的正方形边长。  挑战层（学有余力）：尝试模拟一个简单场景：两艘“海龟飞船”（用三角形表示）从屏幕两侧相向匀速飞行，在屏幕中央“相遇”后继续前进至对面边界。“想一想，如何定义‘相遇’？可以简单用x坐标来判断吗？”  反馈机制：学生完成基础层练习后，开展“一分钟同桌互查”，重点检查代码引用名和初始位置设置。教师选取综合层的一份典型作品（可能有关于同时启动的巧妙代码）进行投屏展示与点评。挑战层作品可作为拓展视野的素材进行简要分享。第四、课堂小结  知识整合：“现在，请闭上眼睛回顾一下，要指挥一支海龟小队，关键的几个步骤是什么？”引导学生集体复述：1.招募队员（创建对象）；2.分发装备（设置属性）；3.统一部署（同步初始状态）；4.分头行动（执行各自任务）。鼓励学生用流程图画出这个过程。  方法提炼：“今天我们解决复杂图形问题的法宝是什么？——‘化整为零，分而治之，协同并进’。这不仅是编程的思维，也是解决生活中许多大问题的智慧。”  作业布置与延伸：“必做作业：完善你的课堂创意作品，并撰写简短说明，介绍每只海龟的分工。选做作业：调研或思考，生活中哪些现代科技系统（如无人机表演、智能交通灯控制）运用了‘多智能体协同’的思想？它的原理和我们今天学的多海龟协同有什么相似之处？下节课我们来分享。”六、作业设计  基础性作业：编写一个程序，使用三只不同颜色的海龟，协同绘制一个标准的红绿灯图案（三个填充圆形垂直排列）。要求代码结构清晰，注释明确。  拓展性作业：创作一个“盛开的花朵”动画：用58只海龟作为“花瓣绘制员”，让它们从花心出发，同步旋转并画出线条，最终形成一朵绽放的花。可以使用turtle.tracer()和update()函数控制动画速度。  探究性/创造性作业：以“我的梦想校园”或“未来城市交通”为主题，设计一个包含多个动态元素的场景（如行走的学生、行驶的车辆），用多海龟编程实现。要求提交程序代码、运行效果截图或视频，以及一份简短的设计理念说明书。七、本节知识清单及拓展  1.★对象实例化：t=turtle.Turtle()是核心命令，其作用是创建一个独立的、具体的海龟对象，并将其“控制权”赋值给变量t。  2.★对象引用：变量t1、t2等是对海龟对象的引用（名称）。所有对该对象的操作（如移动、转向、设置颜色）都必须通过这个引用进行，例如t1.forward(100)。  3.★对象属性的独立性：每个海龟对象拥有自己独立的属性，包括位置坐标、朝向、画笔颜色、粗细、抬落笔状态等。修改一个对象的属性不影响其他对象。  4.●创建多个对象的方法：除了多次使用Turtle()，还可以使用clone()方法复制一个已有对象，新对象将继承原对象的所有属性和位置状态。  5.★“伪并行”原理：在顺序执行的程序中，通过快速交替执行多个对象的命令，在视觉上营造出同时运动的效果。这是理解计算机并发处理的基础模型。  6.★协同编程的核心步骤：初始化同步（将所有对象置于任务开始的合适状态）→分工执行（各对象执行自己的任务序列）。规划时，应先进行任务分解。  7.●常见错误：未保留引用：turtle.Turtle()创建一个对象，但若未将其赋值给一个变量保存，将无法再控制这个新创建的海龟。  8.●常见错误：引用混淆：误将针对t1的命令写成t2，导致程序行为与预期不符。编程时建议使用有意义的变量名，如red_t、blue_t。  9.▲用列表管理多个对象：可以将多个海龟引用存入一个列表，如ts=[t1,t2,t3,t4]，便于使用循环进行批量操作，例如fortints:t.forward(50)。  10.▲对象方法回顾与整合：关键对象方法包括移动(forward/backward/goto)、转向(left/right/setheading)、画笔控制(penup/pendown)、图形绘制(circle/dot)以及状态控制(speed/hideturtle)等。  11.★思维概念：分解（Deposition）：将复杂任务（画复杂图形）拆解为若干个更简单、更易解决的子任务（每个海龟负责一部分）。  12.★思维概念：并行处理思维：识别出哪些子任务之间没有严格的先后依赖关系，可以同时或交替进行，以提高整体解决效率。  13.▲联系生活：多智能体系统：无人机编队表演、自动驾驶车流调度、工业机器人流水线协作等，都是“多对象协同”思想在现实中的高级应用。  14.▲调试技巧：当多海龟程序运行不如预期时，可尝试：1）减慢海龟速度(t.speed(1))观察每一步；2）打印关键海龟的位置(print(t1.pos()))；3）分阶段测试，先确保初始化正确，再测试动作。八、教学反思  （一）目标达成度分析：从当堂巩固练习的完成情况看，约85%的学生能独立完成基础层任务，成功创建并控制多海龟完成简单协同绘图，表明知识目标基本达成。在综合层挑战中，约60%的学生展现出一定的任务分解与同步规划能力，但部分学生在初始状态同步（如让多个海龟精确就位）上仍存在困难，这是后续需强化的点。情感目标在创意挑战环节表现突出，小组内出现了自发的分工讨论与“代码秀”，计算思维中的“分解”与“并行”理念已初步被学生感知和接受。  （二）环节有效性评估：导入环节的对比动画起到了“锚定”效果，成功制造认知冲突并激发了探究欲。任务一至任务三的阶梯式设计有效搭建了认知脚手架，大多数学生能跟进步伐。然而，任务四的“创意挑战”时间略显仓促，部分选择高阶任务的学生未能充分调试和优化作品，反映出预设容量与课堂实际节奏的把握需更精准。“如果在任务三后，增加一个‘微创意’（如改变同心圆的颜色模式）作为缓冲，或许更能平滑过渡到自由创作。”  （三）学生表现深度剖析：学情预判基本准确。基础薄弱的学生在“对象引用”概念上反复出错，需通过更多具象化比喻（如“遥控器与小车”）进行强化。思维敏捷的学生则很快不满足于基础操作，在挑战层中自发探索列表循环管理和clone()方法，甚至提出了“如何让海龟相互避让”的深度问题。这提示我，未来备课需准备更丰富的“拓展资源包”，以满足顶尖学生的