高中二年级信息技术教学设计：神奇画笔“圆”梦三中-用Python海龟绘图绘制校园

高中二年级信息技术教学设计：神奇画笔，“圆”梦三中——用Python海龟绘图绘制校园一、教学设计的缘起与立意揭阳市第三中学的校园文化里，有一个深入人心的意象——“圆”。校徽是圆的，晨会集合的操场环形跑道是圆的，毕业典礼上师生围成的同心圆更是每一届三中学子难以忘怀的画面。本课以“神奇画笔，‘圆’梦三中”为主题，选取高中信息技术选择性必修模块中“程序设计基础”与“数字化表达”交汇的内容，引导学生使用Python语言的turtle海龟绘图库，把数学中的圆、正多边形、圆弧等几何知识转化为屏幕上可见的图案，最终完成一幅“我心中的三中”主题数字画作。本设计面向高中二年级学生。经过高一阶段的学习，学生已经掌握Python的基本语法，理解顺序、分支、循环三种程序结构，能够读懂并改写不超过三十行的短程序。但他们普遍存在一个困惑：学过的代码“不知道能干什么”。print输出几行文字、计算几个数列，难以点燃学习热情。本课正是要打通“语法学习”与“真实表达”之间的断层，让学生在“画出梦想中的校园”这一任务驱动下，体会算法、循环、参数化设计的真实价值。从育人层面看，本课承载三重目标。其一是计算思维的训练：把一幅复杂图案分解为若干可复用的基本图形单元，是分解与抽象思想的直接体现。其二是学科融合：圆与正多边形背后是多边形外角和为三百六十度的几何原理，学生在调试转角参数时自然完成数学知识的迁移。其三是情感浸润：以母校为题作画，让冰冷的坐标与角度带上温度，这正是本课题名中“圆梦”二字的用意——用代码之圆，圆爱校之梦。二、学情分析与教学重难点授课对象为高二年级选考信息技术的学生，共四十六人，机房每人一机，安装Python3.x环境及IDLE编辑器。前期问卷显示：百分之百的学生能正确写出for循环语句；约七成学生能独立定义带参数的函数；但只有不到两成学生接触过turtle库，绝大多数学生对“程序可以画画”感到新奇。基于此，本课教学重点确定为两点。第一，理解并运用turtle库的核心指令——前进、转向、提笔落笔、颜色与填充，掌握“画布即坐标系、海龟即画笔”的编程模型。第二，掌握用循环语句绘制正多边形与圆的一般方法，理解“边数越多越接近圆”的极限直觉，并能用circle()函数直接绘制圆弧。教学难点同样有两处。其一，转角与边数之间的数量关系。学生容易记住“画正方形转九十度”，却说不清为什么是九十度，更难推广到任意正n边形的外角公式。其二，函数的抽象与复用。把“画一个圆”封装为函数，再通过改变参数画出大小不同、位置各异的多个圆，这一从“一次绘制”到“批量生成”的跨越，是初学者思维升级的坎，需要教师搭建恰当的脚手架。三、教学目标信息意识目标：学生能够意识到程序不仅是处理数据的工具，也是数字化表达与创作的媒介，主动关注图形化编程在校园文化宣传、海报设计等场景中的应用价值。计算思维目标：学生能够将“三中校徽图案”“环形跑道”“花朵”等复杂图形分解为圆、弧、正多边形等基本元素，抽象出“重复执行固定动作”的循环模式，并用带参数的函数实现图形的复用与变式。数字化学习与创新目标：学生能够熟练使用turtle库完成基本绘图指令的编写与调试，通过修改循环次数、转角、半径、颜色等参数进行艺术创作，最终独立完成一幅主题鲜明的“圆梦三中”数字画作。信息社会责任目标：学生在作品创作与互评中表达对校园文化的理解与热爱，形成用技术服务生活、用作品传递情感的意识。四、教学准备与教学策略教师准备：多媒体广播教学系统、提前制作好的三个演示程序（画正多边形、画同心圆、校徽雏形）、印有坐标网格和任务单的学习单、学生作品评价量规。同时在学校机房所有机器上预装Python环境并完成turtle库的可用性测试，确保课堂零故障启动。学生准备：课前预习turtle库的基本概念，回忆正多边形内角与外角的计算方法，带一张自己喜爱的校园角落照片或草图，作为最终创作的素材。教学策略上，本课采用“情境导入—任务分解—分层探究—创作展示”四段式结构，贯穿任务驱动法与小组协作学习。全课共两个课时，每课时四十五分钟，连堂进行，保证创作时间的完整性。五、教学过程（一）情境导入：一支会画画的“笔”上课伊始，教师不打开任何课件，只在广播屏幕上现场敲入四行代码：导入turtle库，让海龟前进一百像素，左转九十度，将这两行用for语句重复四次。运行，一个正方形跃然屏上。教师再把循环体里的“九十”改成“一百四十四”，运行，一颗五角星出现。再改成“一百二十”，三角形出现。学生的注意力立刻被抓住：同样的结构，只改一个数字，图形完全变了。教师顺势抛出问题：如果把边数变得很多很多，每条边变得很短很短，画出来的会是什么？有学生脱口而出“圆”。教师肯定这个直觉，并揭示本课主题：今天我们就用这支“神奇的画笔”，画出我们学校的标志——一个个承载三中人记忆的圆，圆梦三中。板书课题，明确本课的终极任务：ninety分钟内，每人完成一幅以“圆”为核心元素的三中主题数字画作。这一导入用时约五分钟，其设计意图在于用最短的路径制造认知冲突与惊奇感，让学生直观看到“参数一变、图形万变”的程序魅力，为后续的参数化思想埋下伏笔。（二）探究一：正多边形与圆的几何密码教师不急于教circle()函数，而是带领学生回到刚才的正方形程序，分析循环体中“前进—转向”这一对动作。屏幕上同步展示正三角形、正方形、正五边形、正六边形的绘制效果，任务单上给出表格，请学生小组合作填写每种图形的边数与每次转向的角度。学生很快发现规律：转向角度乘以边数都等于三百六十。教师追问为什么。有学生联系数学知识解释：海龟沿着多边形走一圈回到起点，方向上正好转了整整一圈，三百六十度被平均分配到每个顶点处，这就是外角。教师板书核心关系式，并在屏幕上以大字呈现：每次转角=360÷边数。接着教师布置本课第一个编程任务：写一个程序，输入边数n，海龟自动画出正n边形。学生两人一组动手实践，教师巡视。典型问题集中在两处：一是忘记把n转换为整数参与除法运算；二是把转角写进循环体外导致只转了一次。教师选取有代表性的错误程序进行全班投屏诊断，让学生在找错中深化对循环结构的理解。当学生把n设为36、边长设为10时，屏幕上的图形已经非常接近圆。教师引导学生体会：所谓圆，可以看作边数无限多的正多边形。这正是微积分里极限思想的朴素萌芽，也是计算机“用离散逼近连续”的基本策略。至此，学生不仅学会了画圆，更理解了代码背后的数学原理。本环节用时约十五分钟。（三）探究二：认识turtle的核心指令集有了画圆的需求，教师系统介绍turtle库的常用指令，但不采用罗列讲授，而是设计“指令寻宝”小游戏。任务单上列出八条指令的名称与功能描述，打乱顺序，请学生小组连线配对：forward前进、backward后退、left左转、right右转、penup提笔、pendown落笔、pencolor设置画笔颜色、fillcolor与begin_fill配合实现填充、circle按给定半径画圆或圆弧。配对完成后，教师重点讲解两条新指令的妙用。一是penup与pendown的配合：海龟移动时不留痕迹，相当于把画笔抬起来走到下一个位置再落下作画，这是画多个分立图形、避免连线的关键。二是circle()函数的灵活用法：circle括号里放半径，半径为正则逆时针画圆，半径为负则顺时针画圆；若再给出第二个参数——角度，则画出指定度数的圆弧，例如circle(100,180)画出半径一百像素的半圆。学生现场试验正负半径与不同角度的组合，惊呼声此起彼伏。随后进入第二个编程任务：用circle()函数画出奥运五环式的三个圆环，要求颜色各异、位置错开。此任务的关键在于提笔移动到下个圆心位置，学生必须通过计算坐标或直接实测来调整起点。教师提醒turtle画布的坐标常识：原点在画布中央，向右为x轴正方向，向上为y轴正方向。接受能力强的学生开始主动查阅goto()指令直接跳到指定坐标，教师对此给予肯定并在广播中分享。本环节用时约二十分钟。（四）探究三：函数封装——让画笔拥有“复制粘贴”的能力当学生苦于每画一个圆就要重复书写提笔、移动、落笔、画圆这一串指令时，教师适时点破：程序里有一种机制，可以把一段代码打包命名，想用的时候喊一声名字就行——这就是函数。教师在广播上演示把“在任意位置画一个指定半径和颜色的圆”封装为函数draw_circle，参数设为圆心横纵坐标、半径、颜色四个量。教师逐行讲解函数定义的结构：def开头，函数名要见名知义，括号内是形参列表；函数体内使用形参完成提笔、跳转、落笔、设色、画圆的完整流程。随后演示三次不同的调用，屏幕上一次画出三中校徽外围的三个同心圆环。学生清晰看到：函数定义只写一次，调用却可以无数次，每次传入不同的实参，得到不同的圆。第三个编程任务随之展开：每组利用draw_circle函数，绘制“同心圆跑道”——以屏幕中心为圆心，画六个半径依次增大的圆，模拟三中操场的环形跑道，并给最内侧的圆填充绿色象征草坪。学生需要思考如何用循环配合函数调用：半径从初始值开始，每次增加固定步长，循环六次即可。这一“循环＋函数”的组合结构是本课技术层面的最高要求。教师对进度较慢的小组提供半成品代码填空式的学习支架，对超前完成的小组抛出挑战题：能否让海龟每画完一个圆就旋转一个小角度，从而画出一朵由十二个圆组成的“圆之花”？本环节用时约二十分钟。（五）综合创作：神奇画笔，“圆”梦三中两个课时的后半段约三十五分钟，全部交给学生进行主题创作。教师明确创作要求：作品必须以“圆”为核心视觉元素；主题须与三中校园生活相关，可以从校徽、操场跑道、日出东方照进校园、毕业同心圆、篮球场、食堂的圆桌等意象中取材；技术上至少使用一次函数定义、两处以上的颜色及填充；鼓励加入正多边形、圆弧等元素丰富画面。教室前方的屏幕上滚动展示几幅往届优秀作品作为灵感参考，但教师特别强调：参考不等于临摹，评价量规中“原创性与主题表达”占最大权重。学生或独立创作，或两两结对，机房内只听见键盘声与偶尔的轻声讨论。教师巡视指导的角色在此阶段发生转变：少讲、多问、勤看。遇到学生卡壳，教师不直接给代码，而是反问三个问题——你想画出什么形状？它能不能拆成学过的基本图形？哪一步你想让计算机替你重复做？三个问题引导之下，多数学生能自行找到突破口。巡视中涌现出不少令人惊喜的创意：一位学生用嵌套循环画出由三十六段圆弧首尾相接而成的“花环”，命名为“三年同窗，环环相依”；一组学生用红色填充大圆叠加黄色小圆，拼出旭日升于校门的画面；还有学生反复调试circle的角度参数，画出操场弯道的弧形跑道，再点缀细小的正三角形作为跑道分道线。教师将这些半成品即时拍照投屏，分享给全班，形成良性的同伴激励。（六）展示评价：把作品说给大家听创作结束后进入展示互评环节，用时约十五分钟。教师随机抽取六份作品，请作者上台用一分钟时间讲三件事：我画的是什么，它和三中有什么联系；我用到了今天学的哪些技术；我最得意的一处细节是什么。台下同学依据评价量规打分与留言。量规包含四个维度：主题立意占百分之三十，技术运用占百分之三十，画面美感占百分之二十，原创程度占百分之二十，每个维度下设三至五分的描述性等级，学生课前已熟悉。点评时教师坚持“先说亮点，再提建议”的原则，并刻意把评价语言指向思维层面而非单纯的美观与否。例如对“花环”作品，教师点评其“用角度参数控制圆弧的拼接，实现了对circle函数的深度理解”；对跑道作品，肯定其“把半径递增的规律抽象成了循环变量，这是程序员处理重复问题的标准姿势”。同时教师也坦诚指出共性问题：部分作品元素堆砌而主题松散，提示学生“作画作诗同理，先立其意，再谋其形”。投票评出“最佳创意”“最佳技术”“最美画面”三个奖项，获奖作品经作者同意后交由学校公众号推送，作为校园科技节的预热内容。学生得知自己的代码画作将被全校师生看到，难掩兴奋。（七）课堂小结与课后延伸小结环节由学生先讲。教师用三个关键词收束全课：分解——把复杂图案拆成基本图形；复用——用函数让代码一次编写、多次调用；表达——用程序说想说的话。随后教师照应开头的悬念：今天我们用最朴素的“前进加转向”逼近了圆，又学会了用circle精确地画圆，这条从“近似”走向“精确”的路，正是人类认识世界、改造世界的缩影。画笔在你手中，三中的一草一木，都可以成为你屏幕上的作品。课后延伸任务分两个层次。基础层：完善课堂作品，导出图片，配上一段一百字左右的创作说明，提交到班级云空间。提高层：自学turtle库的stamp印章指令与随机数模块，尝试创作一幅“随机星空下的三中”，下节课前自愿展示。教师同时在云空间推送turtle官方文档的精选阅读和两个拓展微课视频，供学有余力的学生自主钻研。六、板书设计主板书居中书写课题“神奇画笔，‘圆’梦三中”。左侧自上而下梳理知识主线：正多边形画法（转角=360÷边数）→边数趋近无穷得到圆→circle(半径[,角度])画圆与弧。右侧呈现能力进阶阶梯：指令→循环→函数→作品。黑板下方留出展示区，张贴学生创作过程中的精彩截图。板书力求结构化、可视化，使一节课的思维路径一目了然。七、教学评价设计本课构建“三结合”的评价体系。过程性评价与结果性评价结合：课