數(shù)碼編織

趙芳　趙宇　金文

教學背景

本節(jié)課隸屬小學六年級信息技術學科程序設計模塊。根據(jù)皮亞杰的認知發(fā)展理論，小學高年級學生正處于具體運算階段向形式運算階段過渡的時期，在認知方面缺乏從具象到抽象的經(jīng)驗和內(nèi)驅力。在教學設計時，需要提供他們熟悉的具體事物來做支持，幫助他們學會概括和解決問題的思路和方法，從而提升思維水平。

數(shù)碼編織的學習，讓學生親身體驗計算機輔助設計的過程，從具象任務到抽象建模，步驟分解，多次調(diào)試，最終設計出合理可行的作品，鍛煉了學生的計算思維，同時也提高了他們數(shù)字化學習與創(chuàng)新的核心素養(yǎng)。

教學目標

1.理解計數(shù)循環(huán)結構的概念及用法，學會使用計數(shù)循環(huán)抽象出繪制正多邊形的程序模型。

2.通過分析多樣的解決方案，辨析不同的程序結構。

3.在設計圖樣的過程中，能夠將抽象的程序與實際的圖案設計相聯(lián)系，利用計算機實現(xiàn)問題的自動化求解，能有意識地總結解決問題的方法并進行遷移。

教學重點與難點

教學重點 理解并應用計數(shù)循環(huán)結構與循環(huán)的嵌套進行繞線畫圖樣設計。

教學難點 能夠抽象化地分析程序結構，培養(yǎng)運用程序自動化求解問題的意識。

教學過程

一、欣賞作品，確定主題

教師帶領學生欣賞上節(jié)課使用軟件設計的十字繡圖樣及實物作品，如圖1。

師：十字繡圖樣設計讓我們學習了落筆、抬筆、清除等指令和順序結構，基于這些知識，這節(jié)課我們再來學習如何設計繞線畫圖樣。

教師聯(lián)系實際，舉例說明什么是繞線畫，明確本節(jié)課的學習任務。

二、模擬編織，學習新知

師：首先請大家想一想，我們?nèi)绾芜\用指令畫一個正方形？

師生合作模擬數(shù)碼編織正方形。學生說程序指令，教師根據(jù)黑板上的指令貼片進行模擬編織。

師：一共用了幾行指令？這段程序是什么結構？能不能簡化這段程序？

生：8行，順序結構，可以使用“重復執(zhí)行幾次”指令簡化程序。

教師引導學生分析，并嘗試修改程序指令。

師：改寫后，程序變成了什么結構？（板書：循環(huán)結構）這是循環(huán)結構的一種，叫作計數(shù)循環(huán)。

教師板書補充課題：“計數(shù)循環(huán)”，并引導學生總結計數(shù)循環(huán)的優(yōu)點，指出程序中重復的部分稱為循環(huán)體。

師：請大家嘗試使用“重復執(zhí)行幾次”指令繪制一個正多邊形。

學生自行操作，設計繪制正多邊形的程序，如圖2。

教師分別提問：繪制正三角形、正六邊形、正七邊形分別需要重復執(zhí)行幾次？旋轉多少度？正七邊形旋轉角度似乎不太好計算，怎么辦？

學生思考并討論，隨后教師出示相應公式及程序，如圖3。

教師總結規(guī)律：在編寫繪制正多邊形的程序中，循環(huán)次數(shù)即為邊數(shù)，移動步數(shù)即為邊長，轉動角度為360÷邊數(shù)，具體計算過程可以交給電腦完成。

設計意圖：將具體事物抽象化，抽象出正多邊形的特征，引導學生總結繪制正多邊形的程序模型，正確設置模型參數(shù)，指導學生利用計算機實現(xiàn)問題的自動化求解，幫助學生有意識地歸納解決問題的方法并進行遷移。

三、思維提升，關注程序結構

師：田字格圖樣用計數(shù)循環(huán)該怎么繪制呢？請大家嘗試做一做。

學生觀察并思考，嘗試編程實現(xiàn)。

學生展示程序，并分享不同的程序繪制思路。

思路1：先畫正方形外框，再畫中間十字。

思路2：畫4個小正方形，移動起始點。

思路3：畫4個小正方形，旋轉起始點。

教師給學生提供不同的實物學具，模擬展示田字格圖樣的繪制過程。教師提出可以使用2個循環(huán)嵌套解決問題，并邀請學生嘗試在黑板上擺一擺程序指令貼片，展示循環(huán)嵌套結構。

師：對外面這層循環(huán)而言，哪部分是循環(huán)體？它的作用是什么？

教師幫助學生明確外層循環(huán)的循環(huán)體指令部分，說明其作用是重復畫正方形，并旋轉角度。

設計意圖：引導學生使用多種方法解決問題，激發(fā)其勇于探究的精神;實物演繹、改寫程序，幫助學生理解循環(huán)嵌套的意義和作用。

師：如果用“匚”這個符號表示循環(huán)結構，用“一”這個符號表示順序結構，那么這3段程序分別該怎么表示呢？

學生思考討論，并畫出符號化示意圖，如圖4。

師：對比這3種方法的程序腳本，我們發(fā)現(xiàn)這3段程序分別為包含1個循環(huán)的順序結構、包含多個循環(huán)的順序結構和2個循環(huán)套在一起的結構。請大家觀察圖形（如圖5），思考如何用循環(huán)嵌套進行繪制。

學生認真思考，并動手編寫程序繪制圖樣。

設計意圖：讓學生辨析不同的程序結構，并學會使用循環(huán)嵌套繪制多個重復的多邊形，突破本節(jié)課難點。

四、設計圖樣，合理創(chuàng)作

師：觀察幾個圖形（如圖6），想一想它們是怎么實現(xiàn)的。

生：可以通過修改基本程序的顏色、位移、嵌套次數(shù)……

激發(fā)設計靈感后，學生自主創(chuàng)作，用循環(huán)嵌套結構，設計出自己的繞線畫圖樣。

教師提醒學生注意設計的合理性，循環(huán)次數(shù)不可設置過大，否則很難制作出繞線畫圖樣實物成品。

設計意圖：理解程序中“不變與可變”的部分，豐富圖樣變化;聯(lián)系實際，領會基于真實生活的合理設計的重要性，并不斷提升審美情趣。

五、分享交流，總結拓展

師：今天學習的循環(huán)結構最重要的作用就是有規(guī)律地進行重復。重復是一種常用的設計方法，在實際生活中隨處可見設計的重復之美。而程序設計中，利用循環(huán)結構很容易就可以實現(xiàn)重復。請同學們課后開展實踐活動，將自己設計的圖樣打印出來，嘗試制作一幅真正的繞線畫。

教學反思

一、通過數(shù)碼編織的任務設計展開學科融合的項目學習

通過一個個項目任務，學生直觀感受了數(shù)碼編織，將程序、設計、藝術、生活等聯(lián)系起來，逐漸在程序設計與實物編織中建立關系。鼓勵學生進行課后拓展實踐，將信息技術、數(shù)學、美術、勞動等學科融合，引導學生有目的、有創(chuàng)意地進行設計，體會項目制作和數(shù)字化學習與創(chuàng)新的全過程。

二、多樣呈現(xiàn)方式，促進學生理解，注重結構認知，培養(yǎng)抽象能力

本節(jié)課通過模擬編程、指令貼片、實物演示等方法，幫助學生一步步形成認知框架，逐步理解順序結構、循環(huán)結構、循環(huán)嵌套，突破了重難點，提升了學生的信息技術核心素養(yǎng)。特別是在繪制田字格圖樣任務中，使用到程序設計中的“封裝”思想，引導學生發(fā)現(xiàn)可以用多邊形組成復雜圖樣。而循環(huán)結構中，計數(shù)循環(huán)與條件循環(huán)存在一定的關系，初學者很難規(guī)范使用流程圖，此階段采用符號化表達可以有效培養(yǎng)學生的抽象能力。

趙芳 中國人民大學附屬中學實驗小學信息技術教師，軟件工程碩士，曾任全國中小學信息技術創(chuàng)新與實踐大賽創(chuàng)意編程類項目執(zhí)行裁判。多節(jié)程序類課程案例的設計與實施分獲北京市海淀區(qū)“世紀杯”教學基本功展示比賽特等獎和一等獎。

趙宇 中國人民大學附屬中學實驗小學信息技術教師，高級教師，國家首批STEM種子教師，北京市十佳科技教師。