基于思維培養的初中編程跨學科主題式學習探索

摘要：枯燥單純的編程教學難以激發學生的學習渴望，而將編程教學與其他學科相融合的主題式學習，不僅能幫助學生深入理解學科知識，更有助于提升學生的數字素養與技能。因此，本文以“年歷制作”跨學科主題式學習為例，探討了初中編程教學與其他學科相融合的跨學科主題式學習。

關鍵詞：思維；跨學科；主題式；編程

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2025）07-0074-03

傳統的編程教學，一般會重點講解編程語言的基礎語法和代碼編寫技巧，但這種枯燥乏味的解題過程會逐漸削弱學生對編程學習的興趣和熱情。而跨學科主題式學習可將編程教學與其他學科的知識有機地結合起來，通過實際問題的分析與解決來培養學生的編程能力。因此在教學實踐中，筆者以“年歷制作”跨學科主題式學習為例，探討在使用Python進行圖形繪制的過程中，如何將編程與美術、數學等學科知識緊密結合，讓學生在學習編程基礎知識的同時，體會到編程與藝術創作、數學邏輯之間的緊密聯系，從而在實踐中提升自己的綜合素養。

源于生活情境的主題選擇

跨學科主題式學習鼓勵學生在真實問題情境下探究及組織知識，在活動中融合其他學科知識共同解決問題來建構知識。通過這種方式，不僅能夠培養學生的創新思維，還能提升學生的實踐能力。考慮到初中生的時代特征和心理生理特點，在設置跨學科主題時，教師應盡量挑選與學生日常生活緊密相關且能夠激發他們學習興趣的內容，如：將編程與數學、物理、生物等學科相結合，通過“人機對話”的方式呈現學科知識；將編程與開源硬件相結合，模擬“智能生活”的場景；將編程與美術、數學學科相結合，創作富有創意的圖形作品等。

例如，“年歷制作”跨學科主題式學習創作的電子作品素材，主要來源于Python語言中的圖形繪制功能。由于圖形繪制依賴的turtle模塊是Python標準庫中的一部分，因此，學生無需安裝任何額外的軟件包，便可以輕松地創建各種簡單而有趣的繪圖和動畫。通過Python的turtle模塊，學生能夠繪制出形態各異的圖形，并結合光影魔術手軟件對圖形做進一步的處理和美化，在期末時便可以制作成精美的年歷。教師再選出優秀的作品，印制在定制的帆布包上，作為對學生努力和創意的肯定。通過這樣的編程跨學科主題式學習，不僅提升了學生的邏輯思維能力，激發了他們的想象力和創新意識，還培養了他們在跨學科信息處理方面的能力。

立于問題解決的學科交集

在編程教學中，通過跨學科主題式學習，將學生置于真實問題的情境中，學生通過積極思考和動手實踐，能將不同學科知識和技能融入編程活動中。例如，在“年歷制作”跨學科主題式學習活動中，學生不僅需要運用編程知識，還需要對美術設計、數學計算以及生活常識有所了解，甚至還需要將自身所學的其他學科知識融入其中。

1.編程與美術交集

在進行年歷素材圖形的繪制過程中，需要運用圓、直線、弧線等基本形狀，并結合隨機、重復、判斷等編程命令來創作出各種圖形。通過這樣的編程活動，學生能夠借助美術學科中的繪畫步驟、構圖技巧以及色彩搭配知識，逐步減少對海龜作圖這一概念的陌生感。例如，在繪制卡通頭像時，學生首先需要分析頭像的構成要素，然后通過體驗紙上作畫的過程，總結出繪制圖形的初始步驟，這些步驟包括選擇合適的筆的顏色、大小，抬筆，定位，落筆等。接著，在教師提供的畫圓命令的幫助下，學生就可以輕松地開始自己的圖形創作之旅。在繪制圖形的過程中，學生需要將具體的事物抽象并進行構圖，這不僅提升了藝術創作能力，而且提升了抽象思維能力。

2.編程與數學交集

海龜作圖通過編程指令控制一只小海龜在屏幕上移動來完成圖形的繪制，其基本圖形包括直線、圓形、弧形、三角形、四邊形等，這些圖形與數學課中學習的幾何圖形有著緊密的聯系。例如，在繪制正多邊形時，通常會先繪制一條線段作為起點，接著旋轉，通過計算出的角度，利用循環命令重復這一過程，最終形成一個規則的正多邊形。在這個過程中，旋轉角度的計算尤為重要，它需要學生運用幾何圖形中的內角和外角的相關知識，從而總結出繪制正多邊形的一般方法和規律。又如，在繪制一些更為復雜的圖形時，學生需要在屏幕上的多個不同位置進行起筆落筆，這就需要用到數學中的坐標系相關知識，通過仔細分析每個落筆點的具體位置，計算出落筆點的坐標，進而精確地控制海龜的移動路徑。通過這樣的編程實踐，學生將抽象的數學知識落實為具體的程序代碼，不僅理解了圖形的幾何屬性，還能夠培養邏輯思維和計算思維能力，在以后解決類似的問題時能更加條理清晰、邏輯縝密。

3.編程與生活交集

編程不僅是一種技術性的活動，更是一種富有創造性和表現力的藝術形式。通過編程，學生能將自己內心的想法和獨特的創意轉化為現實，這個過程既充滿樂趣又極具創造性。例如，在學習了如何繪制基本圖形之后，學生可以嘗試創作各種生活中的物品或場景，如家用電器、家具、交通工具等。在嘗試繪制這些圖形前，學生需要仔細思考每個物品的形狀、結構以及它們之間的比例關系，這個思考過程極為重要，因為涉及將抽象的構思具體化為可執行的代碼。在此編程實踐中，學生積極地思考問題，靈活地運用所學知識解決問題，無形中強化了發散性思維和空間想象能力。

4.編程與信息交集

在信息科技高速發展的時代，具備數字化學習與創新的能力尤為重要。這不僅關乎學生在日常學習和生活中的實際應用，還涉及他們通過選擇恰當的數字設備、平臺和資源，有效地管理自己的學習過程與學習資源。例如，在“制作年歷”跨學科主題式學習活動中，教師引導學生在學習平臺中下載并提交所有的圖形作品源代碼文件，并運行這些代碼，確保程序能夠成功執行，然后將運行結果截圖，利用圖像處理軟件將圖片進行修飾與美化，最后將圖片導入到演示文稿中進行編輯和整理。學生通過使用Python程序、演示文稿、圖像處理軟件等，親身體驗了從編寫代碼到最終生成年歷的整個過程，鍛煉了用數字技術獲取、處理和應用信息的能力。

基于分析創新的項目實施

在編程跨學科主題式學習的過程中，學生將經歷一個充滿探究精神的學習過程。首先，教師根據課程目標和學生的興趣，挑選富有挑戰性的主題內容，設計一系列旨在培養學生思維能力的活動。其次，通過項目式學習的方式，引導學生深入探究主題，通過小組合作，進行問題分析、算法分析、過程分析、細節分析，提出可行的解決方案。最后，引導學生通過模仿實踐，參考已有案例，提出解決方案，編寫程序加深對知識的理解。

1.從全局到細節

從宏觀視角的把握全局到微觀層面的細節處理，這是一種思考問題、分析問題、處理問題的策略和方法。它強調的是首先從更寬廣的視角去把握全局的整體情況，然后再逐步深入、抽絲剝繭，細致地分析問題的每一個具體細節。全局分析，即從整體的視角來審視圖形，關注圖形的構成、算法的步驟和流程，幫助學生更好地理解問題的本質，把握問題的核心；細節分析則是將目標圖像制作分解為具體的實踐任務，如線段的長短、位置、旋轉角度，何時起筆落筆及筆觸顏色、填充顏色等細節，幫助學生更精確地解決問題，提高編程的效率和質量。

例如，在進行卡通頭像的繪制過程中，學生通過仔細觀察頭像的基礎結構，發現這些卡通頭像實際上是由七個大小不一、位置各異的圓形組合而成的。這時，教師可引導學生講述討論的繪制步驟：先繪制出一個大圓作為主體框架，然后逐一添加其他細節部位，如眼睛、鼻子、嘴巴等。在這個過程中，教師應進一步引導學生探究左右眼睛的異同，以及嘴巴和鼻子的位置分布和形態特點，幫助學生深入理解卡通頭像的構造奧秘。又如在繪制書簽圖形時，首先引導學生觀察實體書簽的構成，然后將實體書簽抽象成圖形，從而得出書簽通常由矩形、圓形等基本圖形及圖案構成，最后要求學生思考這些基本圖形的位置、顏色以及在繪制過程中需要用到哪些具體的命令。通過這種從全局到細節的分析方法，學生對圖形的構成有了明確的了解，增強了觀察力，也為后續進行代碼編寫和圖形分析奠定了堅實的基礎。

2.從模仿到創新

從簡單模仿到自主創新，這是學生在學習新知過程中必經的兩個階段。當學生已經掌握了圖形繪制方法、編程技巧等基礎知識后，就需要開始獨立思考，嘗試對已有的圖形進行改進和優化，甚至進行全新的探索和創造。

例如，在繪制卡通頭像時，當學生模仿畫出一個圓形后，就可不再局限于在固定位置畫出單一的圓形，可以思考如何在不同的位置，用不同的顏色和大小來畫出多個圓形。隨著技巧的熟練，學生還能將這些大小、顏色不同的圓運用到更富有創意的活動中，創作出形態迥異的卡通頭像。

結語

編程跨學科主題式學習不僅有助于提升學生的邏輯思維、創新思維和信息素養還能通過整合不同學科的知識和技能，設計有趣且具有挑戰性的主題活動，有效地激發學生的學習興趣，增強他們的團隊合作精神，為學生未來的全面發展奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育課程方案和課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]黃榮懷，熊璋.義務教育信息科技課程標準（2022年版）解讀[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[3]李鋒.新版課程標準解析與教學指導（2022年版）初中信息科技[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[4]任友群，黃榮懷，熊璋.從信息技術到信息科技——關于《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的對話[J].課程·教材·教法，2022（12）：21-31.