基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的高中Python 創(chuàng)意編程課程任務(wù)設(shè)計(jì)研究
——以“周而復(fù)始的循環(huán)：有趣的繪圖”一課為例

江蘇省蘇州實(shí)驗(yàn)中學(xué) 賈 云

人工智能作為國際競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)，是引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略性技術(shù)?！鞍柗▏濉钡臋M空出世激發(fā)了全社會(huì)的研究熱情，而ChatGPT 的爆火，則把人們對(duì)人工智能的研究推向熱潮。 Python 作為進(jìn)入人工智能領(lǐng)域的敲門磚，在推動(dòng)人工智能發(fā)展中具有不可估量的作用[1]。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning），由上世紀(jì)的“設(shè)計(jì)教學(xué)法”演變發(fā)展而來。 北師大學(xué)者楊明全副教授將其定義為：項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種建構(gòu)性的教與學(xué)方式，教師將學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)項(xiàng)目化， 指導(dǎo)學(xué)生基于真實(shí)情境提出問題，并利用相關(guān)知識(shí)與信息資料開展研究、設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作，最終解決問題并展示和分析項(xiàng)目成果[2]。 簡(jiǎn)言之，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)能夠引導(dǎo)學(xué)生在展示過程、分析結(jié)果中對(duì)知識(shí)進(jìn)行深度的認(rèn)識(shí)與加工，聯(lián)系已有知識(shí)，建構(gòu)新的知識(shí)，最終達(dá)成核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。

一、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與高中Python 創(chuàng)意編程融合的契合點(diǎn)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與Python 創(chuàng)意編程的契合點(diǎn)主要表現(xiàn)在三方面：一是培養(yǎng)目標(biāo)的一致性。 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)要求學(xué)生不僅要基于整個(gè)項(xiàng)目提出問題、分析問題、做出假設(shè)、解決問題，還要展示與評(píng)價(jià)；高中信息技術(shù)Python 課程立足于對(duì)學(xué)生核心能力（包括創(chuàng)新性、創(chuàng)造力等）的培養(yǎng)，兩者都指向?qū)W生批判性、創(chuàng)造性思維等高階思維能力的提升。因此，從培養(yǎng)目標(biāo)的角度，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和Python 創(chuàng)意編程具有一致性。二是學(xué)習(xí)方式的相關(guān)性。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、構(gòu)想、抉擇、歸納與評(píng)價(jià)；高中Python 編程課程是學(xué)生信息意識(shí)和計(jì)算思維能力培養(yǎng)的重要途徑， 采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，能讓學(xué)生通過充分的探究、分享、評(píng)價(jià)等提升信息意識(shí)和計(jì)算思維能力。 因此， 在學(xué)習(xí)方式上項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與高中Python 創(chuàng)意編程課程是相關(guān)的。 三是教學(xué)過程的契合性。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在教學(xué)過程中強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的迭代性以及項(xiàng)目的展示與分享；高中Python 編程課程鼓勵(lì)學(xué)生在項(xiàng)目完成的過程中掌握相關(guān)的程序，對(duì)作品進(jìn)行多次的迭代設(shè)計(jì)并進(jìn)行作品展示與分享。因此項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與高中Python 創(chuàng)意編程在教學(xué)過程上是契合的。

二、任務(wù)選取及設(shè)計(jì)

（一）任務(wù)選取

“周而復(fù)始的循環(huán)”一課屬于教科版高中信息技術(shù)必修一《數(shù)據(jù)與計(jì)算》第二章第3 節(jié)的內(nèi)容，是算法學(xué)習(xí)中的重要部分，包括計(jì)數(shù)循環(huán)（for 語句）和條件循環(huán)（while 語句）。教材中圍繞“理財(cái)”項(xiàng)目進(jìn)行展開。在教學(xué)實(shí)踐中能發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)“理財(cái)”主題的項(xiàng)目興趣不高，并且對(duì)for 語句的理解不夠，容易用數(shù)學(xué)的方法直接算出答案。 基于此，教師可以使用Python 中的趣味turtle 繪圖，從順序畫圖到循環(huán)畫圖，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓知識(shí)逐步過渡。

（二）設(shè)計(jì)思路

根據(jù)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的思想，并結(jié)合實(shí)際教學(xué)過程，高中Python 創(chuàng)意編程課程可進(jìn)行如下設(shè)計(jì)（見圖1）。

圖1 基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的高中Python 創(chuàng)意編程課程案例設(shè)計(jì)流程圖

三、任務(wù)實(shí)施及評(píng)價(jià)

（一）任務(wù)目標(biāo)制定

初步掌握用Python 畫一些常見的規(guī)則圖形， 并能在畫圖中融入自己的創(chuàng)意； 在畫圖的過程中深刻理解其中的循環(huán)結(jié)構(gòu)，掌握實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)循環(huán)的方法。

（二）創(chuàng)設(shè)情境、引導(dǎo)學(xué)生選擇項(xiàng)目

學(xué)校即將舉辦藝術(shù)節(jié)活動(dòng)， 計(jì)劃在藝術(shù)展廳展示學(xué)校建筑元素（多邊形圖形及螺旋圖形），請(qǐng)你根據(jù)相關(guān)課程，選擇你喜歡的圖形，繪制出建筑元素，并在此基礎(chǔ)上融入你的創(chuàng)意，向外界展示學(xué)校的校園文化。

（三）活動(dòng)探究

1.基礎(chǔ)知識(shí)準(zhǔn)備

學(xué)生在之前的課程學(xué)習(xí)中，已經(jīng)初步掌握了順序結(jié)構(gòu)以及Python 模塊的導(dǎo)入方法， 對(duì)turtle常用函數(shù)有了初步理解，但對(duì)涉及重復(fù)執(zhí)行的語句，即循環(huán)結(jié)構(gòu)還不太了解。 因此，教師要讓學(xué)生從已有知識(shí)出發(fā)， 在探究的過程中解決問題，建構(gòu)新知。

①模塊的導(dǎo)入方法：import turtle as t 或者from turtle import *

②turtle 常用函數(shù)（見表1）：

表1 turtle 常用函數(shù)一覽表

2.提供教學(xué)資源

設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)習(xí)導(dǎo)學(xué)案，幫助學(xué)生厘清學(xué)習(xí)任務(wù)，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)； 提供for 循環(huán)的語法及其格式注解、列表及其使用方法。

3.項(xiàng)目完成與交流

【活動(dòng)1】用已學(xué)知識(shí)繪制一個(gè)邊長(zhǎng)為100 像素的正方形。

繪制正方形對(duì)學(xué)生來說不難，教師可要求學(xué)生用之前的順序結(jié)構(gòu)進(jìn)行繪制（見圖2）。

圖2 邊長(zhǎng)為100 像素的正方形

探索發(fā)現(xiàn)：繪制時(shí)有兩行重復(fù)的代碼：“t.fd（100）t.left（90）”，即前行100 像素和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90 度共重復(fù)4 次。

教師引導(dǎo)：在程序中常常有重復(fù)執(zhí)行的動(dòng)作，如果用順序語句一條一條重復(fù)來寫工作量大， 代碼不夠清晰，而for 循環(huán)語句可實(shí)現(xiàn)重復(fù)一定次數(shù)的循環(huán)。

語法格式：for 循環(huán)變量in range（）：

知識(shí)支架：range（）函數(shù)

師生探究： 用for 循環(huán)語句繪制一個(gè)邊長(zhǎng)為100 像素的正方形（見圖3）?！净顒?dòng)2】分組繪制多邊形并涂色，可以在此基礎(chǔ)上融入你的創(chuàng)意。

圖3 用for 循環(huán)語句繪制一個(gè)邊長(zhǎng)為100 像素的正方形

有了活動(dòng)1 的基礎(chǔ)，學(xué)生初步掌握繪制多邊圖形只需要確定重復(fù)執(zhí)行的次數(shù)和動(dòng)作。 在涂色時(shí)，學(xué)生的創(chuàng)意更多了，有的是一種顏色，有的是不同邊不同顏色，有的是對(duì)稱邊是同一顏色（見圖4）。

圖4 學(xué)生繪制的多邊形

import turtle as t

color=_________ #顏色列表

for i in range（_____）：#多邊形的邊數(shù)

t.pencolor（color[____]）#畫筆顏色變化

t.fd（_____）#前進(jìn)長(zhǎng)度

t.left（_____）#旋轉(zhuǎn)度數(shù)

【活動(dòng)3】繪制彩色螺旋圖形。

在拓展深入階段，讓學(xué)生繪制彩色螺旋圖形，探索在顏色變化、前進(jìn)、旋轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，還可以把基礎(chǔ)畫作對(duì)象作為一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)變化，變成更多樣的圖形，并在此基礎(chǔ)上融入你的創(chuàng)意（見圖5）。

圖5 學(xué)生繪制的彩色螺旋圖形

import turtle as t

color=_________ #顏色列表

for i in range（_______）#基礎(chǔ)多邊形重復(fù)的次數(shù)for i in range（_____）：#基礎(chǔ)多邊形的邊數(shù)

t.pencolor（color[____]）#畫筆顏色變化

t.fd（_____）#前進(jìn)長(zhǎng)度

t.left（_____）#旋轉(zhuǎn)度數(shù)

t.left（______）#基礎(chǔ)多邊形每次旋轉(zhuǎn)的角度

（四）項(xiàng)目評(píng)價(jià)

學(xué)生對(duì)turtle 繪圖的3 個(gè)活動(dòng)進(jìn)行匯報(bào)， 主要匯報(bào)其中遇到的困難及克服困難的方法，以及學(xué)生自評(píng)、生生評(píng)價(jià)、師生評(píng)價(jià)等，通過師生間的思維碰撞，一方面深刻理解Python 中的計(jì)數(shù)循環(huán)方法， 另一方面對(duì)Python 中turtle 趣味繪圖也有一定的掌握。 課后，教師可以布置難度升級(jí)的任務(wù)，如繪雪花等，進(jìn)一步提高學(xué)生的操作能力。

通過turtle 趣味繪圖的方法， 學(xué)生能在趣味中體會(huì)其中的循環(huán)思想，初步掌握for 循環(huán)語句，繪制出規(guī)則的多邊形及螺旋圖形。 從課堂觀察來看，學(xué)生對(duì)繪圖有較強(qiáng)的興趣，在探索的過程中，能討論分析每個(gè)圖形的重復(fù)次數(shù)及重復(fù)動(dòng)作，總結(jié)繪圖規(guī)律。 也能夠通過自主探究和教師提供的教學(xué)資源逐步解決問題，并融入自己的創(chuàng)意。 該項(xiàng)目完成后，教師可以進(jìn)一步提出較高難度的項(xiàng)目，進(jìn)一步進(jìn)行知識(shí)鞏固，提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，將Python 知識(shí)創(chuàng)意化、趣味化，不斷增強(qiáng)學(xué)生的合作意識(shí)，深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和計(jì)算思維的培養(yǎng)。