融合傳統(tǒng)文化、算法與編程智慧的探索實(shí)踐

隨著信息科技課程推進(jìn)到教學(xué)實(shí)踐的深水區(qū)，一線教師在學(xué)習(xí)新課程資源、初步教學(xué)實(shí)踐之后，必然會面臨對課程內(nèi)容與教學(xué)方法的不斷審視與融合。本期解碼，讓我們通過對西部、東部兩種課程樣態(tài)的觀察，共同感受一線教師在重構(gòu)校本化課程時面臨的新考驗(yàn)與新成果。

摘要：本文詳細(xì)闡述了基于算法與編程的校本課程“程序里的中國風(fēng)”的開發(fā)理念、內(nèi)容結(jié)構(gòu)和實(shí)施框架，探討如何將中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化與算法、編程、計(jì)算思維的信息科技學(xué)習(xí)智慧相結(jié)合，并通過一系列項(xiàng)目課程，使學(xué)生在學(xué)習(xí)算法與編程的同時深入了解中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。

關(guān)鍵詞：算法與編程；中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化；融合教學(xué)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）23-0000-03

在科技飛速發(fā)展的時代，信息科技已成為連接現(xiàn)實(shí)與數(shù)字世界的橋梁，但我們在追求技術(shù)進(jìn)步的同時，也不應(yīng)忽視對傳統(tǒng)文化的傳承與弘揚(yáng)。因此，筆者所在學(xué)校的校本課程“程序里的中國風(fēng)”將算法、編程與中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化相結(jié)合，通過編程展現(xiàn)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的魅力，促進(jìn)文化的傳承與發(fā)展。

課程特色

①理論與實(shí)踐相結(jié)合，鼓勵學(xué)生動手實(shí)踐，增強(qiáng)可操作性。②學(xué)習(xí)與娛樂相結(jié)合，將枯燥的編程知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生感興趣的繪圖活動，讓學(xué)習(xí)變得更加輕松愉快。③傳承和引導(dǎo)相結(jié)合，每一章節(jié)開篇先介紹中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，而后引入算法與編程，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)領(lǐng)略中華傳統(tǒng)文化精髓的同時，打下扎實(shí)的算法與編程基礎(chǔ)。

課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)

“程序里的中國風(fēng)”校本課程共九章，以中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化為項(xiàng)目主題貫穿始終，形成跨學(xué)科學(xué)習(xí)的內(nèi)容架構(gòu)，具體如下。

1.天文篇：星宿神韻，北斗指引

項(xiàng)目描述：“夜看北斗知北南”。在浩瀚的星空中，由于北斗七星位置相對穩(wěn)定，華夏祖先通過觀察北斗七星的位置變換來觀測天象、定向?qū)Ш?、判定農(nóng)時。如今，我國自主研發(fā)出“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”。本章抽象模擬北斗七星與北極星的形態(tài)及其相對位置關(guān)系。

算法：順序結(jié)構(gòu)。

知識：變量、注釋、算術(shù)運(yùn)算符、坐標(biāo)、turtle基礎(chǔ)指令。

計(jì)算思維：分解、抽象與建模思維。

2.工藝篇：工藝傳家——納涼折扇

項(xiàng)目描述：在中國歷史上，折扇最初作為一種招風(fēng)納涼的工具，后為文人雅士所推崇，成為表達(dá)情懷、彰顯身份、展示詩詞字畫的重要物件。本章抽象模擬折扇的扇骨、扇面、扇頭、扇釘、扇墜等基本結(jié)構(gòu)。

算法：循環(huán)結(jié)構(gòu)、循環(huán)嵌套。

知識：字符串、換行符、隨機(jī)模塊、turtle基礎(chǔ)指令。

計(jì)算思維：建模思維與算法思想。

3.文學(xué)篇：墨韻留香——詩詞書畫

項(xiàng)目描述：中國詩詞與書法的世界，盡顯深邃文化底蘊(yùn)與獨(dú)特藝術(shù)韻味。本章借助編程，以動態(tài)算法生動展現(xiàn)書法藝術(shù)的韻律之美，讓古老的墨香在現(xiàn)代科技的舞臺上重新煥發(fā)光彩，讓讀者在字里行間，感受中國文學(xué)與書法的雙重魅力。

算法：遍歷列表、字符串。

知識：列表。

計(jì)算思維：數(shù)據(jù)模型與迭代算法。

4.建筑篇：古雅容光，窗欞之美

項(xiàng)目描述：中式窗欞，憑借其巧奪天工的鏤空技藝與浮雕藝術(shù)，完美展現(xiàn)了我國古代建筑的獨(dú)特韻味與非凡風(fēng)采。本章運(yùn)用編程技術(shù)，以算法復(fù)現(xiàn)經(jīng)典的窗欞圖案。

算法：循環(huán)結(jié)構(gòu)。

知識：自定義函數(shù)、有參函數(shù)、無參函數(shù)、缺省函數(shù)、模塊。

計(jì)算思維：模塊化設(shè)計(jì)、泛化功能。

5.裝飾篇：裝飾之美，古風(fēng)紋路

項(xiàng)目描述：中國經(jīng)典紋樣塑造了中國美學(xué)的DNA，本章探索八卦紋、連錢紋、萬字曲水紋、回紋，以及敦煌壁畫中的方棋紋，以程序的數(shù)字形式再現(xiàn)其魅力。

算法：分支結(jié)構(gòu)。

知識：中國經(jīng)典幾何紋樣。

計(jì)算思維：算法、迭代。

6.歷算篇：算力推演，九章算術(shù)

項(xiàng)目描述：《九章算術(shù)》不僅是中國古代數(shù)學(xué)的重要著作，更是世界科技發(fā)展的里程碑。本章通過編程，重新解讀《九章算術(shù)》中的經(jīng)典問題，用編程與古人的智慧進(jìn)行一場跨越時空的對話。

算法：分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)。

知識：IPO（Input Processing Output）模式。

計(jì)算思維：數(shù)學(xué)模型、算法。

7.自然篇：歲月悠悠，水車輕吟

項(xiàng)目描述：中國古代水車結(jié)構(gòu)精妙，由輪軸、輻條、水斗等部件組成，既展現(xiàn)出古人的工藝巧思，又體現(xiàn)了人與自然和諧共處的生態(tài)智慧，是中華民族農(nóng)耕文化的重要遺產(chǎn)。本章通過算法與編程生動再現(xiàn)水車緩緩轉(zhuǎn)動的場景。

算法：循環(huán)結(jié)構(gòu)。

知識：turtle動畫指令、time模塊。

計(jì)算思維：模塊化思想。

8.時序篇：巧辨農(nóng)時，節(jié)氣更替

項(xiàng)目描述：中國的二十四節(jié)氣精確劃分了一年中的時令、氣候、物候等變化規(guī)律，對農(nóng)耕生活、文化習(xí)俗乃至日常生活都有著深遠(yuǎn)的影響。本章通過編程繪制一個動態(tài)演示的二十四節(jié)氣圖。

算法：循環(huán)結(jié)構(gòu)。

知識：人機(jī)交互繪圖、字典、IPO模式。

計(jì)算思維：人機(jī)交互算法思想。

9.節(jié)俗篇：福澤中華，春節(jié)印象

項(xiàng)目描述：隨著春節(jié)腳步的臨近，大街小巷彌漫著濃濃的節(jié)日氣氛。在本章中，以算法為思，以編程為筆，繪制出紅燈籠、對聯(lián)、中國結(jié)、福字等春節(jié)的元素，重現(xiàn)傳統(tǒng)節(jié)日的喜慶與溫馨。

算法：順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)。

計(jì)算思維：各種思維綜合應(yīng)用。

課程實(shí)施框架

下面，筆者以天文篇“星宿神韻，北斗指引”為例，詳細(xì)闡述內(nèi)容的整體架構(gòu)與設(shè)計(jì)思路。

1.項(xiàng)目情境

“夜看北斗知北南”。由于北斗七星位置相對穩(wěn)定，華夏祖先通過觀察北斗七星的位置變換來觀測天象、定向?qū)Ш健⑴卸ㄞr(nóng)時。如今，我國將衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)取名“北斗”，既有鮮明的中國特色，又彰顯了華夏悠久的歷史文化和淵源?，F(xiàn)在，讓我們以編程語言為橋，架起從古至今的歷史通道，在屏幕上繪制出北斗七星的位置關(guān)系，模擬它們在夜空中的排列，感受古人智慧的魅力。

2.項(xiàng)目要求

本章通過“繪制北斗七星”項(xiàng)目，掌握使用turtle模塊繪制“流浪”的星空、“專一”的北斗，學(xué)會通過計(jì)算和布局來精準(zhǔn)地呈現(xiàn)北斗閃爍。掌握基本的操作指令和代碼編寫要點(diǎn)，理解編程的順序結(jié)構(gòu)和分解思想。

3.知識準(zhǔn)備

順序結(jié)構(gòu)、變量、注釋、turtle基礎(chǔ)指令。

4.項(xiàng)目計(jì)劃

探索1-1：線的繪制；探索1-2：面的繪制；探索1-3：點(diǎn)的繪制；探索1-4：繪制北斗七星。

5.項(xiàng)目實(shí)施

①分析問題。北斗七星實(shí)際上是由七顆恒星組成的，其形狀類似一個勺子。由于所在的位置和時間的不同，看到的北斗七星的樣子也會有所變化。若要用編程來模擬“斗轉(zhuǎn)星移”的動態(tài)效果，會涉及循環(huán)結(jié)構(gòu)、列表以及turtle動畫指令等復(fù)雜內(nèi)容。下面，先簡單模擬“北斗七星”和“北極星”在某一特定時刻的靜態(tài)效果圖。

②抽象與建模。將構(gòu)成“北斗七星”的七顆恒星抽象為七個圓點(diǎn)，北極星則抽象為五角星。為了確定它們的相對位置，參考如下圖所示的方格圖進(jìn)行建模。在圖中，北極星位于天璇和天樞兩顆恒星連線延長線的方向上，并且它與天樞的距離是天樞到天璇距離的五倍之遠(yuǎn)。首先，需要在圖2中準(zhǔn)確地標(biāo)記出“北斗七星”和北極星的位置。接著，通過數(shù)格子的方法，可以根據(jù)這些標(biāo)記來確定每顆星的坐標(biāo)。

七顆恒星的坐標(biāo)位置，從右到左依次為（0，0） （-2，-4） （-8，-2） （-7，2） （-9，5） （-11，7） （-15，8）。以天璇星為例，如果圖中的每個小格代表1像素，實(shí)際坐標(biāo)是（-2，-4）。如果將圖中的每個小格代表50像素，實(shí)際坐標(biāo)是（-2*50，-4*50）?？梢杂米兞縰nit來表示每個小格代表的實(shí)際像素，則天璇星的實(shí)際坐標(biāo)是（-2*unit，-4*unit）。

通過給變量unit賦予不同的值，實(shí)現(xiàn)北斗七星的等比例縮放，將北斗七星和北極星的坐標(biāo)位置依次表示。

③算法設(shè)計(jì)。根據(jù)上述數(shù)據(jù)模型，解決“繪制北斗七星”問題可采用基本有順序結(jié)構(gòu)構(gòu)造繪制。算法如下——步驟1：框架代碼，初始化設(shè)置；步驟2：定義相關(guān)變量，并進(jìn)行初始化設(shè)置；步驟3：依次繪制北斗七星；步驟4：繪制北極星；步驟5：書寫文字；步驟6：框架代碼，繪圖結(jié)束設(shè)置。

④編程實(shí)驗(yàn)。在北斗七星中，北斗五玉衡星是最亮的星，北斗四天權(quán)星是最暗的星。因此，可設(shè)置三個直徑變量來表示不同亮度的星星。參考代碼省略。

⑤運(yùn)行調(diào)試。在Python環(huán)境中執(zhí)行上述代碼，并仔細(xì)觀察繪制出的圖形效果。根據(jù)實(shí)際的顯示效果，適時地調(diào)整細(xì)節(jié)參數(shù)，如unit的賦值、圓點(diǎn)的直徑，以便優(yōu)化整體的圖形呈現(xiàn)效果。

⑥項(xiàng)目拓展。在戰(zhàn)國時期，楚國的屈原創(chuàng)作了《楚辭·天問》，提出了對宇宙的無盡疑問。人類對宇宙奧秘的好奇與探索從未停歇，如今，中國人已能將足跡延伸至地球之外，踏入了浩瀚的太空之中。

6.其他課程內(nèi)容概覽

在其他章節(jié)中，基于計(jì)算思維，對中國特色的折扇、窗欞、云紋、燈籠等物品的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別利用分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)及嵌套、自定義函數(shù)等設(shè)計(jì)繪制算法，構(gòu)造出多彩的中國風(fēng)情。并且，不斷挖掘中國各民族的藝術(shù)特色，共建共享數(shù)字化編程，展現(xiàn)中華民族大團(tuán)結(jié)的深厚情誼。

反思總結(jié)

“程序里的中國風(fēng)”校本課程的九個章節(jié)圍繞不同的傳統(tǒng)文化主題展開，構(gòu)建了層層遞進(jìn)的探索活動。這些活動旨在循序漸進(jìn)地培育學(xué)生的計(jì)算思維能力，引導(dǎo)他們學(xué)會對實(shí)際問題進(jìn)行問題分解、抽象分析、數(shù)據(jù)建模，并設(shè)計(jì)算法、編寫程序以形成創(chuàng)新解決方案。在此過程中，學(xué)生不僅能夠提升技術(shù)素養(yǎng)，更能在親身實(shí)踐中逐步加深對中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的理解與感悟，實(shí)現(xiàn)科技與文化的深度融合。