基于Logoup3D軟件的 初中信息技術課堂計算思維的培養

王威 鄧碩

摘要：Neobox LogoUp3D是一款采用積木式編程理念通過書寫程序來構建三維模型的三維創新設計平臺。它適用于快速構造面向3D打印的復雜結構、自由形體和創意作品，其深入淺出的設計理念可覆蓋從五歲兒童至專業技術人員的多層次用戶，因此也適宜作為教育教學軟件用于程序設計、三維建模和創造力的培養。本文介紹了用積木式LogoUp語言作為初中信息技術課編程工具來培養學生計算思維。

關鍵詞：計算思維;3D打印;LogoUP

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）18-0043-02

● LogoUp及其特性

LogoUp采用從20世紀70年代開始風靡全球教育界的LOGO語言“海龜繪圖”的思想精髓，利用命令控制“小海龜”的移動，實現圖形的繪制。LogoUp將LOGO由二維拓展到三維空間，引入現代語法和Scratch式的積木設計，實現專門面向3D打印的復雜結構和自由曲面的設計，讓LOGO語言在新時代煥發青春。

與LOGO、Scratch、Snap等語言相同，LogoUp是一種與自然語言非常接近的編程語言，它通過繪圖的方式來學習編程，圖形給予了編程直觀體驗和設計目標，適合于對初學者特別是兒童進行寓教于樂的編程教學。

LogoUp語言（1.0版本）目前支持的語法和功能特性如下：①完整支持積木式程序設計，用戶可將命令積木拖拽構成程序;②支持變量、表達式、判斷（IF）、循環（REPEAT）和函數（FUNC）;③函數作為變量類型可進行傳遞，閉包特性支持（現代語言）;④支持三維空間造型，通過拉伸、掃描、回轉、布爾運算等靈活方式建模;⑤支持遞歸調用，可實現分形圖案和復雜結構的繪制。

● LogoUp在初中信息技術教學中的應用案例

下面，筆者以一個真實的教學案例來展示Logoup3D軟件在初中信息技術課堂上對學生計算思維的培養。

1.教學目標

①理解循環嵌套的流程結構;②通過完成繪制1000個立方體的任務來體會循環嵌套的優勢與執行過程;③提升書寫代碼的規范性。

2.教學重點

①循環嵌套的流程結構;②循環嵌套的執行過程。

3.教學難點

找出循環嵌套中的變與不變。

4.教學過程

（1）導入新課

通過觀看圖片中未來科技的建筑物（如下頁圖1），引導學生分析出建筑物的矩陣模型，引出本節課的課題：化繁為簡——循環嵌套。思考=如何能夠實現畫出一個一個的立方體矩陣呢？

（2）復習繪制一個正方形的方法

教師演示走方磚（如下頁圖2），引導學生復習之前所學內容，讓學生說出畫一個正方形的方法（用到了Repeat…End語句）。教師講解代碼的含義（規定正方形的邊長為5）。

在復習的過程中，讓學生回顧循環結構的使用方法和語法結構，為本節課多重循環打下基礎。在復習的時候，教師要著重引導學生弄清誰是循環體，誰是循環變量，控制循環次數。

（3）嘗試畫一列10個正方形

教師引導學生嘗試畫一列10個正方形。

預設：學生可能出現的錯誤。

①結果很可能是一個正方形。

找出原因：每畫完一個正方形之后沒有向前平移10個單位的距離。

②代碼冗余，不夠簡便。

教師帶領學生找出程序中重復的部分，提取出來，分析能否簡化。引導學生找出簡化程序的方法（把每一個正方形當成一個整體，放在循環體里面，每畫一個正方形就向前移動10個單位，之后重復執行10次即可畫出一列10個正方形）。接著，教師給出循環嵌套的定義（在一個循環體語句中又包含另一個循環語句，稱為循環嵌套），配合電子白板，用白板筆圈出哪些是外側循環，哪些是內測循環。

技術要點：①Repeat…End要成對出現;②執行順序（外側執行一次循環，內側執行所有）;③循環嵌套結構的書寫，最好采用“右縮進”格式，以體現循環層次的關系（可以通過軟件中“代碼設計”與“積木設計”相互切換，軟件會自動調整縮進格式）。

（4）小組討論：如何畫出100個正方形

學生嘗試操作，如果遇到問題，教師帶領學生分析難點所在。教師提問：“每畫完一列正方形，游標的位置應該在哪里？”讓學生用白板筆標出位置。

這里用到了之前學過的turn、go等語句，用這兩條語句來控制游標的位置和方向，保證每畫完一列正方形之后，游標的位置都在前一列第一個正方形的右側且間距10個單位面向北方。

（5）繪制10層——1000個立方體

引導學生把任務進行分解，先填充正方形之后拉伸。利用之前學到的循環嵌套完成這個圖形，并讓學生回答：循環嵌套的結構是怎樣的？誰套著誰？

教師引導學生完成作品并且點評。找出有針對性的錯誤集中講解，利用電子白板的書寫功能，圈點勾畫出程序的層次結構。

（6）總結與提升（略）

● 結論與展望

基于LogoUp軟件所進行的初中信息技術程序教學，可以為學生帶來如下四個方面的提升：①方便快捷，創建良好的學習環境。LogoUp軟件的積木塊拖拽與Scratch非常類似。拖拽積木和編寫代碼都可以運行程序。②通用性好，獲得直觀體驗。LogoUp軟件具有良好的通用性，設計出來的產品可以二次加工，并且可以3D打印，讓學生有更直觀的體驗。③構建計算思維。借助LogoUp軟件進行教學，不僅能鍛煉學生的設計思維，還能培養學生的計算思維。④程序設計、三維建模互為促進和補充。使用LogoUp 3D軟件進行程序教學，能使三維建模系統更加定制化，并且更靈活，也更能發揮3D打印的優勢，而三維建模的圖形化模式，為程序設計的學習提供了載體和目標，通過圖形建模和3D打印創意設計驅動的程序設計，目的性更強，項目驅動更明確。