基于思維培養(yǎng)的初中編程跨學(xué)科主題式學(xué)習(xí)探索

摘要：枯燥單純的編程教學(xué)難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)渴望，而將編程教學(xué)與其他學(xué)科相融合的主題式學(xué)習(xí)，不僅能幫助學(xué)生深入理解學(xué)科知識，更有助于提升學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)與技能。因此，本文以“年歷制作”跨學(xué)科主題式學(xué)習(xí)為例，探討了初中編程教學(xué)與其他學(xué)科相融合的跨學(xué)科主題式學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：思維；跨學(xué)科；主題式；編程

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

傳統(tǒng)的編程教學(xué)，一般會重點講解編程語言的基礎(chǔ)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(xué)生對編程學(xué)習(xí)的興趣和熱情。而跨學(xué)科主題式學(xué)習(xí)可將編程教學(xué)與其他學(xué)科的知識有機地結(jié)合起來，通過實際問題的分析與解決來培養(yǎng)學(xué)生的編程能力。因此在教學(xué)實踐中，筆者以“年歷制作”跨學(xué)科主題式學(xué)習(xí)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(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識緊密結(jié)合，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)編程基礎(chǔ)知識的同時，體會到編程與藝術(shù)創(chuàng)作、數(shù)學(xué)邏輯之間的緊密聯(lián)系，從而在實踐中提升自己的綜合素養(yǎng)。

源于生活情境的主題選擇

跨學(xué)科主題式學(xué)習(xí)鼓勵學(xué)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(xué)科知識共同解決問題來建構(gòu)知識。通過這種方式，不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，還能提升學(xué)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(shè)置跨學(xué)科主題時，教師應(yīng)盡量挑選與學(xué)生日常生活緊密相關(guān)且能夠激發(fā)他們學(xué)習(xí)興趣的內(nèi)容，如：將編程與數(shù)學(xué)、物理、生物等學(xué)科相結(jié)合，通過“人機對話”的方式呈現(xiàn)學(xué)科知識；將編程與開源硬件相結(jié)合，模擬“智能生活”的場景；將編程與美術(shù)、數(shù)學(xué)學(xué)科相結(jié)合，創(chuàng)作富有創(chuàng)意的圖形作品等。

例如，“年歷制作”跨學(xué)科主題式學(xué)習(xí)創(chuàng)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(biāo)準(zhǔn)庫中的一部分，因此，學(xué)生無需安裝任何額外的軟件包，便可以輕松地創(chuàng)建各種簡單而有趣的繪圖和動畫。通過Python的turtle模塊，學(xué)生能夠繪制出形態(tài)各異的圖形，并結(jié)合光影魔術(shù)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(yōu)秀的作品，印制在定制的帆布包上，作為對學(xué)生努力和創(chuàng)意的肯定。通過這樣的編程跨學(xué)科主題式學(xué)習(xí)，不僅提升了學(xué)生的邏輯思維能力，激發(fā)了他們的想象力和創(chuàng)新意識，還培養(yǎng)了他們在跨學(xué)科信息處理方面的能力。

立于問題解決的學(xué)科交集

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

1.編程與美術(shù)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(jié)合隨機、重復(fù)、判斷等編程命令來創(chuàng)作出各種圖形。通過這樣的編程活動，學(xué)生能夠借助美術(shù)學(xué)科中的繪畫步驟、構(gòu)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(xué)生首先需要分析頭像的構(gòu)成要素，然后通過體驗紙上作畫的過程，總結(jié)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(xué)生就可以輕松地開始自己的圖形創(chuàng)作之旅。在繪制圖形的過程中，學(xué)生需要將具體的事物抽象并進行構(gòu)圖，這不僅提升了藝術(shù)創(chuàng)作能力，而且提升了抽象思維能力。

2.編程與數(shù)學(xué)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(shù)學(xué)課中學(xué)習(xí)的幾何圖形有著緊密的聯(lián)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(zhuǎn)，通過計算出的角度，利用循環(huán)命令重復(fù)這一過程，最終形成一個規(guī)則的正多邊形。在這個過程中，旋轉(zhuǎn)角度的計算尤為重要，它需要學(xué)生運用幾何圖形中的內(nèi)角和外角的相關(guān)知識，從而總結(jié)出繪制正多邊形的一般方法和規(guī)律。又如，在繪制一些更為復(fù)雜的圖形時，學(xué)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(shù)學(xué)中的坐標(biāo)系相關(guān)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(biāo)，進而精確地控制海龜?shù)囊苿勇窂健Ｍㄟ^這樣的編程實踐，學(xué)生將抽象的數(shù)學(xué)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(yǎng)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(shù)性的活動，更是一種富有創(chuàng)造性和表現(xiàn)力的藝術(shù)形式。通過編程，學(xué)生能將自己內(nèi)心的想法和獨特的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實，這個過程既充滿樂趣又極具創(chuàng)造性。例如，在學(xué)習(xí)了如何繪制基本圖形之后，學(xué)生可以嘗試創(chuàng)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?yán)L制這些圖形前，學(xué)生需要仔細思考每個物品的形狀、結(jié)構(gòu)以及它們之間的比例關(guān)系，這個思考過程極為重要，因為涉及將抽象的構(gòu)思具體化為可執(zhí)行的代碼。在此編程實踐中，學(xué)生積極地思考問題，靈活地運用所學(xué)知識解決問題，無形中強化了發(fā)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(fā)展的時代，具備數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的能力尤為重要。這不僅關(guān)乎學(xué)生在日常學(xué)習(xí)和生活中的實際應(yīng)用，還涉及他們通過選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)字設(shè)備、平臺和資源，有效地管理自己的學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)資源。例如，在“制作年歷”跨學(xué)科主題式學(xué)習(xí)活動中，教師引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)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(zhí)行，然后將運行結(jié)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(dǎo)入到演示文稿中進行編輯和整理。學(xué)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(shù)字技術(shù)獲取、處理和應(yīng)用信息的能力。

基于分析創(chuàng)新的項目實施

在編程跨學(xué)科主題式學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生將經(jīng)歷一個充滿探究精神的學(xué)習(xí)過程。首先，教師根據(jù)課程目標(biāo)和學(xué)生的興趣，挑選富有挑戰(zhàn)性的主題內(nèi)容，設(shè)計一系列旨在培養(yǎng)學(xué)生思維能力的活動。其次，通過項目式學(xué)習(xí)的方式，引導(dǎo)學(xué)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(jié)分析，提出可行的解決方案。最后，引導(dǎo)學(xué)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(jié)

從宏觀視角的把握全局到微觀層面的細節(jié)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(diào)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(jié)。全局分析，即從整體的視角來審視圖形，關(guān)注圖形的構(gòu)成、算法的步驟和流程，幫助學(xué)生更好地理解問題的本質(zhì)，把握問題的核心；細節(jié)分析則是將目標(biāo)圖像制作分解為具體的實踐任務(wù)，如線段的長短、位置、旋轉(zhuǎn)角度，何時起筆落筆及筆觸顏色、填充顏色等細節(jié)，幫助學(xué)生更精確地解決問題，提高編程的效率和質(zhì)量。

例如，在進行卡通頭像的繪制過程中，學(xué)生通過仔細觀察頭像的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)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(dǎo)學(xué)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(jié)部位，如眼睛、鼻子、嘴巴等。在這個過程中，教師應(yīng)進一步引導(dǎo)學(xué)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(tài)特點，幫助學(xué)生深入理解卡通頭像的構(gòu)造奧秘。又如在繪制書簽圖形時，首先引導(dǎo)學(xué)生觀察實體書簽的構(gòu)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(gòu)成，最后要求學(xué)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(jié)的分析方法，學(xué)生對圖形的構(gòu)成有了明確的了解，增強了觀察力，也為后續(xù)進行代碼編寫和圖形分析奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2.從模仿到創(chuàng)新

從簡單模仿到自主創(chuàng)新，這是學(xué)生在學(xué)習(xí)新知過程中必經(jīng)的兩個階段。當(dāng)學(xué)生已經(jīng)掌握了圖形繪制方法、編程技巧等基礎(chǔ)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(yōu)化，甚至進行全新的探索和創(chuàng)造。

例如，在繪制卡通頭像時，當(dāng)學(xué)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(xué)生還能將這些大小、顏色不同的圓運用到更富有創(chuàng)意的活動中，創(chuàng)作出形態(tài)迥異的卡通頭像。

結(jié)語

編程跨學(xué)科主題式學(xué)習(xí)不僅有助于提升學(xué)生的邏輯思維、創(chuàng)新思維和信息素養(yǎng)還能通過整合不同學(xué)科的知識和技能，設(shè)計有趣且具有挑戰(zhàn)性的主題活動，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強他們的團隊合作精神，為學(xué)生未來的全面發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

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

[2]黃榮懷，熊璋.義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）解讀[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[3]李鋒.新版課程標(biāo)準(zhǔn)解析與教學(xué)指導(dǎo)（2022年版）初中信息科技[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[4]任友群，黃榮懷，熊璋.從信息技術(shù)到信息科技——關(guān)于《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的對話[J].課程·教材·教法，2022（12）：21-31.