基于項目式學習的高中Python 創(chuàng)意編程課程任務設計研究
——以“周而復始的循環(huán)：有趣的繪圖”一課為例

江蘇省蘇州實驗中學 賈 云

人工智能作為國際競爭的新焦點，是引領未來的戰(zhàn)略性技術(shù)。“阿爾法圍棋”的橫空出世激發(fā)了全社會的研究熱情，而ChatGPT 的爆火，則把人們對人工智能的研究推向熱潮。 Python 作為進入人工智能領域的敲門磚，在推動人工智能發(fā)展中具有不可估量的作用[1]。

項目式學習（Project-Based Learning），由上世紀的“設計教學法”演變發(fā)展而來。 北師大學者楊明全副教授將其定義為：項目式學習是一種建構(gòu)性的教與學方式，教師將學生的學習任務項目化， 指導學生基于真實情境提出問題，并利用相關知識與信息資料開展研究、設計和實踐操作，最終解決問題并展示和分析項目成果[2]。 簡言之，項目式學習能夠引導學生在展示過程、分析結(jié)果中對知識進行深度的認識與加工，聯(lián)系已有知識，建構(gòu)新的知識，最終達成核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標。

一、項目式學習與高中Python 創(chuàng)意編程融合的契合點

項目式學習與Python 創(chuàng)意編程的契合點主要表現(xiàn)在三方面：一是培養(yǎng)目標的一致性。 項目式學習要求學生不僅要基于整個項目提出問題、分析問題、做出假設、解決問題，還要展示與評價；高中信息技術(shù)Python 課程立足于對學生核心能力（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)目標的角度，項目式學習和Python 創(chuàng)意編程具有一致性。二是學習方式的相關性。項目式學習引導學生發(fā)現(xiàn)、構(gòu)想、抉擇、歸納與評價；高中Python 編程課程是學生信息意識和計算思維能力培養(yǎng)的重要途徑， 采用項目式學習，能讓學生通過充分的探究、分享、評價等提升信息意識和計算思維能力。 因此， 在學習方式上項目式學習與高中Python 創(chuàng)意編程課程是相關的。 三是教學過程的契合性。項目式學習在教學過程中強調(diào)學習的迭代性以及項目的展示與分享；高中Python 編程課程鼓勵學生在項目完成的過程中掌握相關的程序，對作品進行多次的迭代設計并進行作品展示與分享。因此項目式學習與高中Python 創(chuàng)意編程在教學過程上是契合的。

二、任務選取及設計

（一）任務選取

“周而復始的循環(huán)”一課屬于教科版高中信息技術(shù)必修一《數(shù)據(jù)與計算》第二章第3 節(jié)的內(nèi)容，是算法學習中的重要部分，包括計數(shù)循環(huán)（for 語句）和條件循環(huán)（while 語句）。教材中圍繞“理財”項目進行展開。在教學實踐中能發(fā)現(xiàn)，學生對“理財”主題的項目興趣不高，并且對for 語句的理解不夠，容易用數(shù)學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)動學生的學習積極性，讓知識逐步過渡。

（二）設計思路

根據(jù)項目式學習的思想，并結(jié)合實際教學過程，高中Python 創(chuàng)意編程課程可進行如下設計（見圖1）。

圖1 基于項目式學習的高中Python 創(chuàng)意編程課程案例設計流程圖

三、任務實施及評價

（一）任務目標制定

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)，掌握實現(xiàn)計數(shù)循環(huán)的方法。

（二）創(chuàng)設情境、引導學生選擇項目

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

（三）活動探究

1.基礎知識準備

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

①模塊的導入方法：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.提供教學資源

設計學生學習導學案，幫助學生厘清學習任務，明確學習目標及學習評價標準； 提供for 循環(huán)的語法及其格式注解、列表及其使用方法。

3.項目完成與交流

【活動1】用已學知識繪制一個邊長為100 像素的正方形。

繪制正方形對學生來說不難，教師可要求學生用之前的順序結(jié)構(gòu)進行繪制（見圖2）。

圖2 邊長為100 像素的正方形

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

教師引導：在程序中常常有重復執(zhí)行的動作，如果用順序語句一條一條重復來寫工作量大， 代碼不夠清晰，而for 循環(huán)語句可實現(xiàn)重復一定次數(shù)的循環(huán)。

語法格式：for 循環(huán)變量in range（）：

知識支架：range（）函數(shù)

師生探究： 用for 循環(huán)語句繪制一個邊長為100 像素的正方形（見圖3）。【活動2】分組繪制多邊形并涂色，可以在此基礎上融入你的創(chuàng)意。

圖3 用for 循環(huán)語句繪制一個邊長為100 像素的正方形

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

圖4 學生繪制的多邊形

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（_____）#前進長度

t.left（_____）#旋轉(zhuǎn)度數(shù)

【活動3】繪制彩色螺旋圖形。

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

圖5 學生繪制的彩色螺旋圖形

import turtle as t

color=_________ #顏色列表

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

t.pencolor（color[____]）#畫筆顏色變化

t.fd（_____）#前進長度

t.left（_____）#旋轉(zhuǎn)度數(shù)

t.left（______）#基礎多邊形每次旋轉(zhuǎn)的角度

（四）項目評價

學生對turtle 繪圖的3 個活動進行匯報， 主要匯報其中遇到的困難及克服困難的方法，以及學生自評、生生評價、師生評價等，通過師生間的思維碰撞，一方面深刻理解Python 中的計數(shù)循環(huán)方法， 另一方面對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的任務，如繪雪花等，進一步提高學生的操作能力。

通過turtle 趣味繪圖的方法， 學生能在趣味中體會其中的循環(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，學生對繪圖有較強的興趣，在探索的過程中，能討論分析每個圖形的重復次數(shù)及重復動作，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資源逐步解決問題，并融入自己的創(chuàng)意。 該項目完成后，教師可以進一步提出較高難度的項目，進一步進行知識鞏固，提高學生學習能力，使學生通過項目式學習，將Python 知識創(chuàng)意化、趣味化，不斷增強學生的合作意識，深化學生對知識的理解和計算思維的培養(yǎng)。