融合传统文化、算法与编程智慧的探索实践

随着信息科技课程推进到教学实践的深水区，一线教师在学习新课程资源、初步教学实践之后，必然会面临对课程内容与教学方法的不断审视与融合。本期解码，让我们通过对西部、东部两种课程样态的观察，共同感受一线教师在重构校本化课程时面临的新考验与新成果。

摘要：本文详细阐述了基于算法与编程的校本课程“程序里的中国风”的开发理念、内容结构和实施框架，探讨如何将中华优秀传统文化与算法、编程、计算思维的信息科技学习智慧相结合，并通过一系列项目课程，使学生在学习算法与编程的同时深入了解中华优秀传统文化。

关键词：算法与编程；中华优秀传统文化；融合教学

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）23-0000-03

在科技飞速发展的时代，信息科技已成为连接现实与数字世界的桥梁，但我们在追求技术进步的同时，也不应忽视对传统文化的传承与弘扬。因此，笔者所在学校的校本课程“程序里的中国风”将算法、编程与中华优秀传统文化相结合，通过编程展现中华优秀传统文化的魅力，促进文化的传承与发展。

课程特色

①理论与实践相结合，鼓励学生动手实践，增强可操作性。②学习与娱乐相结合，将枯燥的编程知识转化为学生感兴趣的绘图活动，让学习变得更加轻松愉快。③传承和引导相结合，每一章节开篇先介绍中华优秀传统文化，而后引入算法与编程，让学生在学习领略中华传统文化精髓的同时，打下扎实的算法与编程基础。

课程内容结构

“程序里的中国风”校本课程共九章，以中华优秀传统文化为项目主题贯穿始终，形成跨学科学习的内容架构，具体如下。

1.天文篇：星宿神韵，北斗指引

项目描述：“夜看北斗知北南”。在浩瀚的星空中，由于北斗七星位置相对稳定，华夏祖先通过观察北斗七星的位置变换来观测天象、定向导航、判定农时。如今，我国自主研发出“北斗卫星导航系统”。本章抽象模拟北斗七星与北极星的形态及其相对位置关系。

算法：顺序结构。

知识：变量、注释、算术运算符、坐标、turtle基础指令。

计算思维：分解、抽象与建模思维。

2.工艺篇：工艺传家——纳凉折扇

项目描述：在中国历史上，折扇最初作为一种招风纳凉的工具，后为文人雅士所推崇，成为表达情怀、彰显身份、展示诗词字画的重要物件。本章抽象模拟折扇的扇骨、扇面、扇头、扇钉、扇坠等基本结构。

算法：循环结构、循环嵌套。

知识：字符串、换行符、随机模块、turtle基础指令。

计算思维：建模思维与算法思想。

3.文学篇：墨韵留香——诗词书画

项目描述：中国诗词与书法的世界，尽显深邃文化底蕴与独特艺术韵味。本章借助编程，以动态算法生动展现书法艺术的韵律之美，让古老的墨香在现代科技的舞台上重新焕发光彩，让读者在字里行间，感受中国文学与书法的双重魅力。

算法：遍历列表、字符串。

知识：列表。

计算思维：数据模型与迭代算法。

4.建筑篇：古雅容光，窗棂之美

项目描述：中式窗棂，凭借其巧夺天工的镂空技艺与浮雕艺术，完美展现了我国古代建筑的独特韵味与非凡风采。本章运用编程技术，以算法复现经典的窗棂图案。

算法：循环结构。

知识：自定义函数、有参函数、无参函数、缺省函数、模块。

计算思维：模块化设计、泛化功能。

5.装饰篇：装饰之美，古风纹路

项目描述：中国经典纹样塑造了中国美学的DNA，本章探索八卦纹、连钱纹、万字曲水纹、回纹，以及敦煌壁画中的方棋纹，以程序的数字形式再现其魅力。

算法：分支结构。

知识：中国经典几何纹样。

计算思维：算法、迭代。

6.历算篇：算力推演，九章算术

项目描述：《九章算术》不仅是中国古代数学的重要著作，更是世界科技发展的里程碑。本章通过编程，重新解读《九章算术》中的经典问题，用编程与古人的智慧进行一场跨越时空的对话。

算法：分支结构、循环结构综合设计。

知识：IPO（Input Processing Output）模式。

计算思维：数学模型、算法。

7.自然篇：岁月悠悠，水车轻吟

项目描述：中国古代水车结构精妙，由轮轴、辐条、水斗等部件组成，既展现出古人的工艺巧思，又体现了人与自然和谐共处的生态智慧，是中华民族农耕文化的重要遗产。本章通过算法与编程生动再现水车缓缓转动的场景。

算法：循环结构。

知识：turtle动画指令、time模块。

计算思维：模块化思想。

8.时序篇：巧辨农时，节气更替

项目描述：中国的二十四节气精确划分了一年中的时令、气候、物候等变化规律，对农耕生活、文化习俗乃至日常生活都有着深远的影响。本章通过编程绘制一个动态演示的二十四节气图。

算法：循环结构。

知识：人机交互绘图、字典、IPO模式。

计算思维：人机交互算法思想。

9.节俗篇：福泽中华，春节印象

项目描述：随着春节脚步的临近，大街小巷弥漫着浓浓的节日气氛。在本章中，以算法为思，以编程为笔，绘制出红灯笼、对联、中国结、福字等春节的元素，重现传统节日的喜庆与温馨。

算法：顺序结构、分支结构、循环结构。

计算思维：各种思维综合应用。

课程实施框架

下面，笔者以天文篇“星宿神韵，北斗指引”为例，详细阐述内容的整体架构与设计思路。

1.项目情境

“夜看北斗知北南”。由于北斗七星位置相对稳定，华夏祖先通过观察北斗七星的位置变换来观测天象、定向导航、判定农时。如今，我国将卫星导航系统取名“北斗”，既有鲜明的中国特色，又彰显了华夏悠久的历史文化和渊源。现在，让我们以编程语言为桥，架起从古至今的历史通道，在屏幕上绘制出北斗七星的位置关系，模拟它们在夜空中的排列，感受古人智慧的魅力。

2.项目要求

本章通过“绘制北斗七星”项目，掌握使用turtle模块绘制“流浪”的星空、“专一”的北斗，学会通过计算和布局来精准地呈现北斗闪烁。掌握基本的操作指令和代码编写要点，理解编程的顺序结构和分解思想。

3.知识准备

顺序结构、变量、注释、turtle基础指令。

4.项目计划

探索1-1：线的绘制；探索1-2：面的绘制；探索1-3：点的绘制；探索1-4：绘制北斗七星。

5.项目实施

①分析问题。北斗七星实际上是由七颗恒星组成的，其形状类似一个勺子。由于所在的位置和时间的不同，看到的北斗七星的样子也会有所变化。若要用编程来模拟“斗转星移”的动态效果，会涉及循环结构、列表以及turtle动画指令等复杂内容。下面，先简单模拟“北斗七星”和“北极星”在某一特定时刻的静态效果图。

②抽象与建模。将构成“北斗七星”的七颗恒星抽象为七个圆点，北极星则抽象为五角星。为了确定它们的相对位置，参考如下图所示的方格图进行建模。在图中，北极星位于天璇和天枢两颗恒星连线延长线的方向上，并且它与天枢的距离是天枢到天璇距离的五倍之远。首先，需要在图2中准确地标记出“北斗七星”和北极星的位置。接着，通过数格子的方法，可以根据这些标记来确定每颗星的坐标。

七颗恒星的坐标位置，从右到左依次为（0，0） （-2，-4） （-8，-2） （-7，2） （-9，5） （-11，7） （-15，8）。以天璇星为例，如果图中的每个小格代表1像素，实际坐标是（-2，-4）。如果将图中的每个小格代表50像素，实际坐标是（-2*50，-4*50）。可以用变量unit来表示每个小格代表的实际像素，则天璇星的实际坐标是（-2*unit，-4*unit）。

通过给变量unit赋予不同的值，实现北斗七星的等比例缩放，将北斗七星和北极星的坐标位置依次表示。

③算法设计。根据上述数据模型，解决“绘制北斗七星”问题可采用基本有顺序结构构造绘制。算法如下——步骤1：框架代码，初始化设置；步骤2：定义相关变量，并进行初始化设置；步骤3：依次绘制北斗七星；步骤4：绘制北极星；步骤5：书写文字；步骤6：框架代码，绘图结束设置。

④编程实验。在北斗七星中，北斗五玉衡星是最亮的星，北斗四天权星是最暗的星。因此，可设置三个直径变量来表示不同亮度的星星。参考代码省略。

⑤运行调试。在Python环境中执行上述代码，并仔细观察绘制出的图形效果。根据实际的显示效果，适时地调整细节参数，如unit的赋值、圆点的直径，以便优化整体的图形呈现效果。

⑥项目拓展。在战国时期，楚国的屈原创作了《楚辞·天问》，提出了对宇宙的无尽疑问。人类对宇宙奥秘的好奇与探索从未停歇，如今，中国人已能将足迹延伸至地球之外，踏入了浩瀚的太空之中。

6.其他课程内容概览

在其他章节中，基于计算思维，对中国特色的折扇、窗棂、云纹、灯笼等物品的数据模型进行设计，分别利用分支结构、循环结构及嵌套、自定义函数等设计绘制算法，构造出多彩的中国风情。并且，不断挖掘中国各民族的艺术特色，共建共享数字化编程，展现中华民族大团结的深厚情谊。

反思总结

“程序里的中国风”校本课程的九个章节围绕不同的传统文化主题展开，构建了层层递进的探索活动。这些活动旨在循序渐进地培育学生的计算思维能力，引导他们学会对实际问题进行问题分解、抽象分析、数据建模，并设计算法、编写程序以形成创新解决方案。在此过程中，学生不仅能够提升技术素养，更能在亲身实践中逐步加深对中华优秀传统文化的理解与感悟，实现科技与文化的深度融合。