基于圖形動畫案例的Python課程教學方法探索與實踐

摘 "要 "Python語言已經成為繼Java、C++之后的第三大編程語言。為充分發揮Python易學易用、開源庫豐富的特性，結合學生對圖形、動畫、游戲的興趣，利用Tur-tle庫強大的圖形、事件處理功能，設計一個涵蓋Python

相關知識點的圖形動畫綜合案例，并根據Python的知識點內容將案例分解，貫穿于各部分內容教學中，讓學生能夠在學習知識點的過程中不斷用新知識擴展此案例。在整個過程中，學生可以掌握綜合案例的實現方法，并且可以充分展開自己的創意，主動學習Turtle庫的其他函數，設計具備自己特色的案例。如此可以提高程序語言教學質量，并為學生的主動學習、自主學習探索一條合適的道路。

關鍵詞 "Python；Turtle庫；程序語言教學；自主學習；圖形動畫案例

中圖分類號：G712 " "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）02-0098-04

Exploration and Practice of Python Teaching Method

Based on Graphic Animation Case//SONG Yajuan， SHANG

Xianlian

Abstract "Python has become the third largest programming language after Java and C++. It is easy and simple to use Py-thon and there is plenty of open source libraries in it. In order to give full use of those characteristics of Python， combined with students’ interest in graphics， animation and games， we designed a comprehensive case of graphics and animation

covering Python related knowledge based on the turtle library.

Then the case is decomposed to parts through the teaching process. The case can be enlarged with knowledge during the

teaching process. Students can grasp the method to implement

a comprehensive case and use it to design and program their

own creative works. They can fully develop their own creati-vity and learn Turtle library more actively. We try to improve the quality of programming language teaching， and explore a suitable path for students’ active and autonomous learning.

Key words "Python; Turtle library; programming language teaching; autonomous learning; graphic animation case

0 "引言

Python是一種面向對象的解釋型計算機程序設計語言，已經成為繼Java、C++之后的第三大語言。2017年，Python被列入全國計算機等級考試，山東省小學課程加入Python，浙江省、北京市、山東省已把Python納入信息技術課程和高考的內容體系。Python語言易學易用，具備豐富的開源庫[1]。如果只是采用傳統的程序語言教學方式，如語法基礎知識講解配合相關數學小問題的實例，則無法充分發揮Python語言的特性，也無法激發學生學習的興趣。圖形動畫形式的案例生動有趣，容易讓學生產生共鳴，很多程序語言教學已經引入圖形動畫案例[2-4]。目前，隨著翻轉課堂教學模式的推廣，線上線下混合教學模式被充分應用[5]。

充分利用Python中Turtle庫強大的圖形功能，設計一個涵蓋Python相關知識點的圖形動畫綜合案例用作線上教學資源及線下教學案例。在教學過程中，將此案例分解成各部分知識點，隨著教學內容不斷擴充案例，引導學生進行復雜圖形的繪制、動畫程序的開發及鍵盤、鼠標等用戶交互方式的內容學習，在此過程中激發學生的創新意識，自主學習Turtle庫，開發自己喜歡的圖形、動畫、小游戲。在進行綜合案例從簡入難、精益求精的學習開發過程中，激起學生用程序語言來充分表達創意、想法的主動性，從而提高程序語言的教學質量，并為學生的主動學習、自主學習探索一條合適的道路。

1 "基于Turtle庫的圖形動畫案例

本文使用的圖形動畫案例以Turtle繪制出來的中國結為基本點，在畫布上形成若干個不同尺寸、不同坐標的中國結，并以一定速度、一定方向進行運動，運動到一定位置后停止下來。動畫過程如圖1所示。

案例中每個中國結的繪制涉及問題分解、函數調用、坐標計算、順序結構、循環結構、函數定義等知識。當擴展到四個中國結時，需要使用列表、元組等數據結構。在運動的過程中需要使用選擇結構進行位置判斷。當敲擊鍵盤相應字符時，長凳會左右上下移動，這里需要用到鍵盤事件處理，相當于小游戲中的交互運作。

2 "基于動畫案例的課堂教學過程展開

Python的教學主要圍繞順序、選擇、循環三種基本控制結構，元組、列表、字典等數據結構，基于函數的模塊化設計方法等相關知識展開。在教學過程中，將圖1中的案例進行分解，穿插到各個模塊進行，并在各個模塊中提供相應的其他圖形案例，可以激發學生更多的創意。

2.1 "應用順序結構完成案例

順序結構部分主要學習賦值語句、函數調用語句、輸出語句。教學中以Turtle庫的函數為主線，調用中國結繪制中涉及的畫直線、畫圓、畫圓弧等函數，完成中國結主要元素的繪制。推薦網上Turtle

庫函數幫助文件，并提供自行設計實現的Turtle庫函數chm幫助文件供學生自主學習。在完成中國結的主要元素繪制后，鼓勵學生自己學習Turtle庫函數進行圖形設計。此部分完成的教學案例如圖2所示，將一個中國結中吊環、上下方的繩子、結中心的兩條線、結心邊緣的拱形、結心右側的大圓弧等基本元素繪制出來。其他部分為這些元素的重復繪制。通過這個部分的學習，學生可以掌握通過函數調用的順序結構完成一個復雜圖形。課堂作業布置學生繼續使用順序結構完善整個中國結的繪制，為后續循環結構與選擇結構的引入留下思考空間。課后作業布置學生分組設計圖形，并應用Turtle

函數加以實現。

2.2 "應用循環結構與分支結構擴展案例

經過順序結構課堂作業及課后作業的實踐，學生會注意到自己的程序中涉及很多重復的代碼，這時可導入循環結構進行改進。對于結心左右側的大圓弧，可以使用選擇結構進行不同要求的繪制。在這個過程中，首先介紹Python中的關系運算與邏輯運算，然后展開分支結構與循環結構的學習，之后應用循環結構與選擇結構改造代碼，將重復的代碼使用循環結構進行精簡，讓學生感受到循環結構和選擇結構的魅力。使用循環結構修改結心后的效果如圖3所示，鼓勵學生繼續對其他部分應用循環結構修改，從而完成圖4所示的中國結效果。

中國結兩邊的圓環有四個，位置不同、大小不同，不能直接應用循環結構，需要增加選擇結構對位置、大小、方向進行設置后使用循環完成。通過這一步的操作，可以使學生掌握選擇結構的實際用法。加入選擇結構后繪制的單個完整中國結效果如圖5所示。

2.3 "應用函數完善案例

使用上述方法完成一個中國結的繪制，如果這個中國結需要在不同的位置被繪制，就需要拷貝粘貼代碼，程序的可維護性將變差。可以先按目標進行代碼的復制粘貼，讓學生直觀體會這種方式代碼冗余、可讀性變差的狀態，然后引入基于函數的模塊化設計方法。將中國結分成結心、邊緣、頂環、穗子等幾部分，將這幾部分的代碼分別封裝成函數。同時，為了后續動畫時對中國結的移動，設置結心開始繪制的位置坐標為（x，y），結心每一個線的長度設為size，將每一部分都使用的相對于這個坐標與大小的表達式進行修改。每一個函數都需要的形式參數即為這三項信息。之后調用四次，給出不同的實參，讓學生感受函數的可重用性及整個代碼的可讀性。這部分只涉及代碼的改造，運行結構與圖5相同。

2.4 "應用列表擴展案例

當中國結數量增加的時候，可以保存坐標，使用列表保存每一個中國結的坐標與尺寸。初始化時即使用常量值對列表進行賦值。程序中使用循環遍歷列表，調用相應的繪制函數進行多個中國結的繪制，結果即可如圖1所示，形成多個不同的中國結效果圖。讓學生看到循環與列表的結合，可以進一步去除函數調用語句的冗余，增加程序的可讀性和可維護性。

2.5 "為案例增加動畫效果

Turtle庫中提供函數onTimer，可以設定重復調用某一個函數的間隔時間，單位為秒。在程序中定義main函數，其中調用繪制中國結的函數，每次調用完修改保存中國結坐標的向量列表，并針對不同的中國結進行不同的修改，有的減少縱坐標的值，向上運動；有的增加縱坐標的值，向后運動。最后安排一句onTimer（main，2），即可完成，間隔越大，速度越慢。動畫過程中使用分支結構判斷中國結是否到達目標位置，如果是則停止，呈現最終的運行效果。

2.6 "應用事件增加交互效果

使用Turtle中的listen方法啟動鍵盤事件監聽，W鍵向右移動長凳，S鍵向左移動長凳，I鍵向上移動長凳，K鍵向下移動長凳。調用onkey函數設置按鍵與事件處理對應關系。圖6為按W和S鍵移動長凳的運行效果圖。

3 "結束語

本研究探索將圖形動畫案例應用于Python教學過程的方法，借助Turtle庫，將Python語言的主要知識點加以應用，實現一個基于中國結的交互動畫程序。程序中實現具有豐富圖形元素的中國結，將動畫和用戶交互方法應用其中，容易激發學生學習Python語言的好奇心。Turtle庫中豐富的圖形繪制、事件處理、定時器等函數可以幫助學生實現創意動畫及小游戲。整個案例貫穿教學過程始終，以結果為導向激發學生學習相關知識的主動性，在教學中取得良好的效果。此方法不僅可以用于高等學校的Python教學，也可以用于中小學生及各類初學者對Python編程的學習。

參考文獻

[1] 嵩天，黃天羽，禮欣.Python語言：程序設計課程

教學改革的理想選擇[J].中國大學教學，2016（2）：42-47.

[2] 張煜昕.基于EasyX圖形庫的多線程繪圖應用[J].

電腦知識與技術，2018，14（30）：226-228.

[3] 宋雅娟，邊晶.基于easyX動畫案例開發導向的C語

言程序設計課程教學方法研究[J].長春大學學報，

2018，28（6）：117-115，119.

[4] 殷志堅，段曉磊.基于EasyX的俄羅斯方塊游戲的

設計和分析[J].科技傳播，2015，7（21）：137，157.

[5] 尚鮮連，曾海，宋雅娟，等.基于移動學習的線上

線下混合式教學模式研究與實踐[J].教育教學論壇，2020（41）：250-252.