坐標(biāo)在小學(xué)編程課中的運(yùn)用

何廣林

編程中為了準(zhǔn)確確定角色的位置和實(shí)現(xiàn)角色迅速地移動到指定位置，通常會利用到坐標(biāo)。而小學(xué)生對于坐標(biāo)的概念、知識的應(yīng)用只停留在用行和列來確定物體的“位置”，并不清楚坐標(biāo)中值的意義和作用。

在圖形化編程軟件中，坐標(biāo)如圖1。

在圖中，橫著的稱為“X”軸，豎著的稱為“Y”軸，X軸和Y軸交叉的地方稱為“原點(diǎn)”。原點(diǎn)位置的坐標(biāo)是（0，0）。在X軸原點(diǎn)右邊的值為正值，左邊值為負(fù)值。Y軸原點(diǎn)上方值為正值，下方值為負(fù)值。

小學(xué)四年級的學(xué)生在學(xué)習(xí)《確定位置》一課后理解和掌握了“用數(shù)對可以準(zhǔn)確而簡練地表示物體的位置”。為了幫助學(xué)生更進(jìn)一步理解坐標(biāo)，培養(yǎng)空間觀念，現(xiàn)結(jié)合《小貓玩球》游戲教學(xué)案例，讓學(xué)生在已有的“確定位置”數(shù)學(xué)知識基礎(chǔ)上，順利地完成游戲的設(shè)計(jì)和編寫。

一、《小貓玩球》游戲中的角色：背景、小貓、球。編程環(huán)境：編程貓。

二、游戲玩法

游戲開始后，小球隨機(jī)出現(xiàn)在“6行8列”的黑白方格中，小貓去追逐球，小貓碰到小球后小球消失，小貓每碰到小球一次，成績增加1分。

三、《小貓玩球》游戲設(shè)計(jì)

（一）小貓角色程序設(shè)計(jì)和搭建

1.小貓位置的變化——移動

在本游戲中，學(xué)生首先要確定的是小貓如何移動，每次移動多少步才能到達(dá)下一格的正中央，這就是小貓位置的變換。

先以X軸為例，小貓往右移動，坐標(biāo)值是在增加，移動的步數(shù)是“正數(shù)”，往左移動，坐標(biāo)值在減少，移動的步數(shù)是“負(fù)數(shù)”。

通過學(xué)生對小貓沿X軸左右移動步數(shù)的認(rèn)識和理解，再引導(dǎo)學(xué)生理解小貓沿Y軸上下移動：小貓往上移動，坐標(biāo)值在增加，移動的步數(shù)是“正數(shù)”，往下移動，坐標(biāo)值在減少，移動的步數(shù)是“負(fù)數(shù)”。可以得出如下思維導(dǎo)圖，如圖2。

2.確定小貓的初始位置

在編程時(shí)先要確定游戲開始時(shí)小貓（角色中心點(diǎn)）出現(xiàn)在舞臺上最初（初始）的位置的坐標(biāo)（如圖3）。

3.確定觸發(fā)小貓移動的“事件”

然后用“移動（? ?）步”積木試出小貓移動到右邊一格所需要的步數(shù)是“120”步。在此基礎(chǔ)上可以利用“事件”模塊中“放開右光標(biāo)鍵”和“放開左光標(biāo)鍵”編寫小貓的移動程序。向右移動的步數(shù)是正數(shù)，反之往左移動的步數(shù)是負(fù)數(shù)（圖4）。

然后結(jié)合坐標(biāo)知識，讓學(xué)生明白當(dāng)小貓位置變換后，其相應(yīng)的坐標(biāo)值也變化了。如圖5角色位置坐標(biāo)（角色中心點(diǎn)）為X：-55 Y：-169（圖5）。

同理，讓學(xué)生自己編寫小貓沿“Y”軸上下移動的程序，通過放開“上、下”光標(biāo)鍵控制（如圖6）。

（二）小球角色程序設(shè)計(jì)和搭建

1.小球出現(xiàn)在格子中央的規(guī)律

通過對小球出現(xiàn)在相鄰格的編程測試，得出每次沿X軸移動120步就到達(dá)下一格的正中央。以圖7為例，當(dāng)小球從0格向右移動一格時(shí)，就增加120步，如移動到2格，增加2個(gè)120步，以此類推，可以用下面算式表示，小球初始位置為-290。用同樣方法，可以推導(dǎo)出小球沿“Y”軸向上移動的規(guī)律。

2.小球隨機(jī)出現(xiàn)（一）

在游戲中，小球會出現(xiàn)在不確定的某個(gè)黑白格中央。在編程中這種不確定性稱為“隨機(jī)”。在編寫球的程序時(shí)，首先要確定球是向右移動還是向左移動，也就是沿“X”軸左右移動。現(xiàn)以小球出現(xiàn)在“圖7”左下第一格位置為特例作說明。

觀察上面的算式中， “0-7”代表的是移動的“格數(shù)”。其中小球的“初始位置”和移動的“步數(shù)”是不變的;變化的是移動的“格數(shù)”，小球移動到哪格是不確定的，也就是隨機(jī)的，所以在編寫程序的時(shí)候，要用到積木“運(yùn)算”類中的“在（）到（）間隨機(jī)選一個(gè)整數(shù)”。將數(shù)值改為“在0到7間隨機(jī)選一個(gè)整數(shù)”。根據(jù)上面的算式，還需要用到加法和乘法運(yùn)算積木。結(jié)合上面的編程要點(diǎn)，綜合完成X軸坐標(biāo)的確定（如圖8）。

圖8中的“-290”，是小球初始位置的X軸坐標(biāo)。因?yàn)槭窍蛴乙苿游恢?，所以要用加法。如果從右往左移，就用X軸的初始坐標(biāo)去減移動的步數(shù)。

學(xué)生理解完成了小球在沿X軸隨機(jī)移動的程序編寫后，再完成小球在沿Y軸往上隨機(jī)移動的程序編寫就不難了（如圖9）。

3.小球隨機(jī)出現(xiàn)（二）

小球的初始位置在任意格子（如圖10）時(shí)的程序設(shè)計(jì)。

（1）把小球起點(diǎn)格位置和坐標(biāo)原點(diǎn)聯(lián)系起來，把起點(diǎn)格確定為“0”格。

（2）小球向右移動一格是“1”，向左移動一格是“-1”;向上移動一格是“1”，向下移動一格是“-1”。（這里移動一格是120步）

（3）在上述兩點(diǎn)知識的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生明白小球沿X軸移動時(shí)，在下面的積木中（結(jié)合“圖10”）應(yīng)該填上“-5到2”（如圖11）。

在此基礎(chǔ)上編寫“沿Y軸移動”的程序（如圖12）。

（三）得分統(tǒng)計(jì)程序設(shè)計(jì)

1.加入變量“成績”

2.給小球添加程序（如圖13）。

在對小球移動進(jìn)行編程時(shí)，首先要讓學(xué)生從數(shù)學(xué)角度、數(shù)學(xué)思維上明白小球位置移動的原理，能理解位置移動各數(shù)值的變化，然后從編程角度思考該運(yùn)用哪些積木模塊。當(dāng)學(xué)生理解小球沿X軸移動的道理后，再嘗試編寫沿Y軸移動就沒有那么困難，然后再提出小球在不同格子位置時(shí)如何編寫程序。

教師在編程教學(xué)過程中經(jīng)常提出符合實(shí)際的問題，引入生活中的計(jì)算思維實(shí)例，讓學(xué)生來建設(shè)流程。利用思維可視化工具培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力，學(xué)生對問題的分析和解決，形成系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)思想最終達(dá)成完整的解決方案，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。