基于项目式学习的高中Python 创意编程课程任务设计研究——以“周而复始的循环：有趣的绘图”一课为例

江苏省苏州实验中学 贾 云

人工智能作为国际竞争的新焦点，是引领未来的战略性技术。“阿尔法围棋”的横空出世激发了全社会的研究热情，而ChatGPT 的爆火，则把人们对人工智能的研究推向热潮。 Python 作为进入人工智能领域的敲门砖，在推动人工智能发展中具有不可估量的作用[1]。

项目式学习（Project-Based Learning），由上世纪的“设计教学法”演变发展而来。 北师大学者杨明全副教授将其定义为：项目式学习是一种建构性的教与学方式，教师将学生的学习任务项目化， 指导学生基于真实情境提出问题，并利用相关知识与信息资料开展研究、设计和实践操作，最终解决问题并展示和分析项目成果[2]。 简言之，项目式学习能够引导学生在展示过程、分析结果中对知识进行深度的认识与加工，联系已有知识，建构新的知识，最终达成核心素养的培养目标。

一、项目式学习与高中Python 创意编程融合的契合点

项目式学习与Python 创意编程的契合点主要表现在三方面：一是培养目标的一致性。 项目式学习要求学生不仅要基于整个项目提出问题、分析问题、做出假设、解决问题，还要展示与评价；高中信息技术Python 课程立足于对学生核心能力（包括创新性、创造力等）的培养，两者都指向学生批判性、创造性思维等高阶思维能力的提升。因此，从培养目标的角度，项目式学习和Python 创意编程具有一致性。二是学习方式的相关性。项目式学习引导学生发现、构想、抉择、归纳与评价；高中Python 编程课程是学生信息意识和计算思维能力培养的重要途径， 采用项目式学习，能让学生通过充分的探究、分享、评价等提升信息意识和计算思维能力。 因此， 在学习方式上项目式学习与高中Python 创意编程课程是相关的。 三是教学过程的契合性。项目式学习在教学过程中强调学习的迭代性以及项目的展示与分享；高中Python 编程课程鼓励学生在项目完成的过程中掌握相关的程序，对作品进行多次的迭代设计并进行作品展示与分享。因此项目式学习与高中Python 创意编程在教学过程上是契合的。

二、任务选取及设计

（一）任务选取

“周而复始的循环”一课属于教科版高中信息技术必修一《数据与计算》第二章第3 节的内容，是算法学习中的重要部分，包括计数循环（for 语句）和条件循环（while 语句）。教材中围绕“理财”项目进行展开。在教学实践中能发现，学生对“理财”主题的项目兴趣不高，并且对for 语句的理解不够，容易用数学的方法直接算出答案。 基于此，教师可以使用Python 中的趣味turtle 绘图，从顺序画图到循环画图，有效调动学生的学习积极性，让知识逐步过渡。

（二）设计思路

根据项目式学习的思想，并结合实际教学过程，高中Python 创意编程课程可进行如下设计（见图1）。

图1 基于项目式学习的高中Python 创意编程课程案例设计流程图

三、任务实施及评价

（一）任务目标制定

初步掌握用Python 画一些常见的规则图形， 并能在画图中融入自己的创意； 在画图的过程中深刻理解其中的循环结构，掌握实现计数循环的方法。

（二）创设情境、引导学生选择项目

学校即将举办艺术节活动， 计划在艺术展厅展示学校建筑元素（多边形图形及螺旋图形），请你根据相关课程，选择你喜欢的图形，绘制出建筑元素，并在此基础上融入你的创意，向外界展示学校的校园文化。

（三）活动探究

1.基础知识准备

学生在之前的课程学习中，已经初步掌握了顺序结构以及Python 模块的导入方法， 对turtle常用函数有了初步理解，但对涉及重复执行的语句，即循环结构还不太了解。 因此，教师要让学生从已有知识出发， 在探究的过程中解决问题，建构新知。

①模块的导入方法：import turtle as t 或者from turtle import *

②turtle 常用函数（见表1）：

表1 turtle 常用函数一览表

2.提供教学资源

设计学生学习导学案，帮助学生厘清学习任务，明确学习目标及学习评价标准； 提供for 循环的语法及其格式注解、列表及其使用方法。

3.项目完成与交流

【活动1】用已学知识绘制一个边长为100 像素的正方形。

绘制正方形对学生来说不难，教师可要求学生用之前的顺序结构进行绘制（见图2）。

图2 边长为100 像素的正方形

探索发现：绘制时有两行重复的代码：“t.fd（100）t.left（90）”，即前行100 像素和逆时针旋转90 度共重复4 次。

教师引导：在程序中常常有重复执行的动作，如果用顺序语句一条一条重复来写工作量大， 代码不够清晰，而for 循环语句可实现重复一定次数的循环。

语法格式：for 循环变量in range（）：

知识支架：range（）函数

师生探究： 用for 循环语句绘制一个边长为100 像素的正方形（见图3）。【活动2】分组绘制多边形并涂色，可以在此基础上融入你的创意。

图3 用for 循环语句绘制一个边长为100 像素的正方形

有了活动1 的基础，学生初步掌握绘制多边图形只需要确定重复执行的次数和动作。 在涂色时，学生的创意更多了，有的是一种颜色，有的是不同边不同颜色，有的是对称边是同一颜色（见图4）。

图4 学生绘制的多边形

import turtle as t

color=_________ #颜色列表

for i in range（_____）：#多边形的边数

t.pencolor（color[____]）#画笔颜色变化

t.fd（_____）#前进长度

t.left（_____）#旋转度数

【活动3】绘制彩色螺旋图形。

在拓展深入阶段，让学生绘制彩色螺旋图形，探索在颜色变化、前进、旋转的基础上，还可以把基础画作对象作为一个整体旋转变化，变成更多样的图形，并在此基础上融入你的创意（见图5）。

图5 学生绘制的彩色螺旋图形

import turtle as t

color=_________ #颜色列表

for i in range（_______）#基础多边形重复的次数for i in range（_____）：#基础多边形的边数

t.pencolor（color[____]）#画笔颜色变化

t.fd（_____）#前进长度

t.left（_____）#旋转度数

t.left（______）#基础多边形每次旋转的角度

（四）项目评价

学生对turtle 绘图的3 个活动进行汇报， 主要汇报其中遇到的困难及克服困难的方法，以及学生自评、生生评价、师生评价等，通过师生间的思维碰撞，一方面深刻理解Python 中的计数循环方法， 另一方面对Python 中turtle 趣味绘图也有一定的掌握。 课后，教师可以布置难度升级的任务，如绘雪花等，进一步提高学生的操作能力。

通过turtle 趣味绘图的方法， 学生能在趣味中体会其中的循环思想，初步掌握for 循环语句，绘制出规则的多边形及螺旋图形。 从课堂观察来看，学生对绘图有较强的兴趣，在探索的过程中，能讨论分析每个图形的重复次数及重复动作，总结绘图规律。 也能够通过自主探究和教师提供的教学资源逐步解决问题，并融入自己的创意。 该项目完成后，教师可以进一步提出较高难度的项目，进一步进行知识巩固，提高学生学习能力，使学生通过项目式学习，将Python 知识创意化、趣味化，不断增强学生的合作意识，深化学生对知识的理解和计算思维的培养。