融合傳統文化、算法與編程智慧的探索實踐

隨著信息科技課程推進到教學實踐的深水區，一線教師在學習新課程資源、初步教學實踐之后，必然會面臨對課程內容與教學方法的不斷審視與融合。本期解碼，讓我們通過對西部、東部兩種課程樣態的觀察，共同感受一線教師在重構校本化課程時面臨的新考驗與新成果。

摘要：本文詳細闡述了基于算法與編程的校本課程“程序里的中國風”的開發理念、內容結構和實施框架，探討如何將中華優秀傳統文化與算法、編程、計算思維的信息科技學習智慧相結合，并通過一系列項目課程，使學生在學習算法與編程的同時深入了解中華優秀傳統文化。

關鍵詞：算法與編程；中華優秀傳統文化；融合教學

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

在科技飛速發展的時代，信息科技已成為連接現實與數字世界的橋梁，但我們在追求技術進步的同時，也不應忽視對傳統文化的傳承與弘揚。因此，筆者所在學校的校本課程“程序里的中國風”將算法、編程與中華優秀傳統文化相結合，通過編程展現中華優秀傳統文化的魅力，促進文化的傳承與發展。

課程特色

①理論與實踐相結合，鼓勵學生動手實踐，增強可操作性。②學習與娛樂相結合，將枯燥的編程知識轉化為學生感興趣的繪圖活動，讓學習變得更加輕松愉快。③傳承和引導相結合，每一章節開篇先介紹中華優秀傳統文化，而后引入算法與編程，讓學生在學習領略中華傳統文化精髓的同時，打下扎實的算法與編程基礎。

課程內容結構

“程序里的中國風”校本課程共九章，以中華優秀傳統文化為項目主題貫穿始終，形成跨學科學習的內容架構，具體如下。

1.天文篇：星宿神韻，北斗指引

項目描述：“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、定向導航、判定農時。如今，我國自主研發出“北斗衛星導航系統”。本章抽象模擬北斗七星與北極星的形態及其相對位置關系。

算法：順序結構。

知識：變量、注釋、算術運算符、坐標、turtle基礎指令。

計算思維：分解、抽象與建模思維。

2.工藝篇：工藝傳家——納涼折扇

項目描述：在中國歷史上，折扇最初作為一種招風納涼的工具，后為文人雅士所推崇，成為表達情懷、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、扇墜等基本結構。

算法：循環結構、循環嵌套。

知識：字符串、換行符、隨機模塊、turtle基礎指令。

計算思維：建模思維與算法思想。

3.文學篇：墨韻留香——詩詞書畫

項目描述：中國詩詞與書法的世界，盡顯深邃文化底蘊與獨特藝術韻味。本章借助編程，以動態算法生動展現書法藝術的韻律之美，讓古老的墨香在現代科技的舞臺上重新煥發光彩，讓讀者在字里行間，感受中國文學與書法的雙重魅力。

算法：遍歷列表、字符串。

知識：列表。

計算思維：數據模型與迭代算法。

4.建筑篇：古雅容光，窗欞之美

項目描述：中式窗欞，憑借其巧奪天工的鏤空技藝與浮雕藝術，完美展現了我國古代建筑的獨特韻味與非凡風采。本章運用編程技術，以算法復現經典的窗欞圖案。

算法：循環結構。

知識：自定義函數、有參函數、無參函數、缺省函數、模塊。

計算思維：模塊化設計、泛化功能。

5.裝飾篇：裝飾之美，古風紋路

項目描述：中國經典紋樣塑造了中國美學的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，以程序的數字形式再現其魅力。

算法：分支結構。

知識：中國經典幾何紋樣。

計算思維：算法、迭代。

6.歷算篇：算力推演，九章算術

項目描述：《九章算術》不僅是中國古代數學的重要著作，更是世界科技發展的里程碑。本章通過編程，重新解讀《九章算術》中的經典問題，用編程與古人的智慧進行一場跨越時空的對話。

算法：分支結構、循環結構綜合設計。

知識：IPO（Input Processing Output）模式。

計算思維：數學模型、算法。

7.自然篇：歲月悠悠，水車輕吟

項目描述：中國古代水車結構精妙，由輪軸、輻條、水斗等部件組成，既展現出古人的工藝巧思，又體現了人與自然和諧共處的生態智慧，是中華民族農耕文化的重要遺產。本章通過算法與編程生動再現水車緩緩轉動的場景。

算法：循環結構。

知識：turtle動畫指令、time模塊。

計算思維：模塊化思想。

8.時序篇：巧辨農時，節氣更替

項目描述：中國的二十四節氣精確劃分了一年中的時令、氣候、物候等變化規律，對農耕生活、文化習俗乃至日常生活都有著深遠的影響。本章通過編程繪制一個動態演示的二十四節氣圖。

算法：循環結構。

知識：人機交互繪圖、字典、IPO模式。

計算思維：人機交互算法思想。

9.節俗篇：福澤中華，春節印象

項目描述：隨著春節腳步的臨近，大街小巷彌漫著濃濃的節日氣氛。在本章中，以算法為思，以編程為筆，繪制出紅燈籠、對聯、中國結、福字等春節的元素，重現傳統節日的喜慶與溫馨。

算法：順序結構、分支結構、循環結構。

計算思維：各種思維綜合應用。

課程實施框架

下面，筆者以天文篇“星宿神韻，北斗指引”為例，詳細闡述內容的整體架構與設計思路。

1.項目情境

“夜看北斗知北南”。由于北斗七星位置相對穩定，華夏祖先通過觀察北斗七星的位置變換來觀測天象、定向導航、判定農時。如今，我國將衛星導航系統取名“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。現在，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系，模擬它們在夜空中的排列，感受古人智慧的魅力。

2.項目要求

本章通過“繪制北斗七星”項目，掌握使用turtle模塊繪制“流浪”的星空、“專一”的北斗，學會通過計算和布局來精準地呈現北斗閃爍。掌握基本的操作指令和代碼編寫要點，理解編程的順序結構和分解思想。

3.知識準備

順序結構、變量、注釋、turtle基礎指令。

4.項目計劃

探索1-1：線的繪制；探索1-2：面的繪制；探索1-3：點的繪制；探索1-4：繪制北斗七星。

5.項目實施

①分析問題。北斗七星實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“斗轉星移”的動態效果，會涉及循環結構、列表以及turtle動畫指令等復雜內容。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效果圖。

②抽象與建模。將構成“北斗七星”的七顆恒星抽象為七個圓點，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。首先，需要在圖2中準確地標記出“北斗七星”和北極星的位置。接著，通過數格子的方法，可以根據這些標記來確定每顆星的坐標。

七顆恒星的坐標位置，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，實際坐標是（-2，-4）。如果將圖中的每個小格代表50像素，實際坐標是（-2*50，-4*50）。可以用變量unit來表示每個小格代表的實際像素，則天璇星的實際坐標是（-2*unit，-4*unit）。

通過給變量unit賦予不同的值，實現北斗七星的等比例縮放，將北斗七星和北極星的坐標位置依次表示。

③算法設計。根據上述數據模型，解決“繪制北斗七星”問題可采用基本有順序結構構造繪制。算法如下——步驟1：框架代碼，初始化設置；步驟2：定義相關變量，并進行初始化設置；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，繪圖結束設置。

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

⑤運行調試。在Python環境中執行上述代碼，并仔細觀察繪制出的圖形效果。根據實際的顯示效果，適時地調整細節參數，如unit的賦值、圓點的直徑，以便優化整體的圖形呈現效果。

⑥項目拓展。在戰國時期，楚國的屈原創作了《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.其他課程內容概覽

在其他章節中，基于計算思維，對中國特色的折扇、窗欞、云紋、燈籠等物品的數據模型進行設計，分別利用分支結構、循環結構及嵌套、自定義函數等設計繪制算法，構造出多彩的中國風情。并且，不斷挖掘中國各民族的藝術特色，共建共享數字化編程，展現中華民族大團結的深厚情誼。

反思總結

“程序里的中國風”校本課程的九個章節圍繞不同的傳統文化主題展開，構建了層層遞進的探索活動。這些活動旨在循序漸進地培育學生的計算思維能力，引導他們學會對實際問題進行問題分解、抽象分析、數據建模，并設計算法、編寫程序以形成創新解決方案。在此過程中，學生不僅能夠提升技術素養，更能在親身實踐中逐步加深對中華優秀傳統文化的理解與感悟，實現科技與文化的深度融合。