基于思维培养的初中编程跨学科主题式学习探索

摘要：枯燥单纯的编程教学难以激发学生的学习渴望，而将编程教学与其他学科相融合的主题式学习，不仅能帮助学生深入理解学科知识，更有助于提升学生的数字素养与技能。因此，本文以“年历制作”跨学科主题式学习为例，探讨了初中编程教学与其他学科相融合的跨学科主题式学习。

关键词：思维；跨学科；主题式；编程

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2025）07-0074-03

传统的编程教学，一般会重点讲解编程语言的基础语法和代码编写技巧，但这种枯燥乏味的解题过程会逐渐削弱学生对编程学习的兴趣和热情。而跨学科主题式学习可将编程教学与其他学科的知识有机地结合起来，通过实际问题的分析与解决来培养学生的编程能力。因此在教学实践中，笔者以“年历制作”跨学科主题式学习为例，探讨在使用Python进行图形绘制的过程中，如何将编程与美术、数学等学科知识紧密结合，让学生在学习编程基础知识的同时，体会到编程与艺术创作、数学逻辑之间的紧密联系，从而在实践中提升自己的综合素养。

源于生活情境的主题选择

跨学科主题式学习鼓励学生在真实问题情境下探究及组织知识，在活动中融合其他学科知识共同解决问题来建构知识。通过这种方式，不仅能够培养学生的创新思维，还能提升学生的实践能力。考虑到初中生的时代特征和心理生理特点，在设置跨学科主题时，教师应尽量挑选与学生日常生活紧密相关且能够激发他们学习兴趣的内容，如：将编程与数学、物理、生物等学科相结合，通过“人机对话”的方式呈现学科知识；将编程与开源硬件相结合，模拟“智能生活”的场景；将编程与美术、数学学科相结合，创作富有创意的图形作品等。

例如，“年历制作”跨学科主题式学习创作的电子作品素材，主要来源于Python语言中的图形绘制功能。由于图形绘制依赖的turtle模块是Python标准库中的一部分，因此，学生无需安装任何额外的软件包，便可以轻松地创建各种简单而有趣的绘图和动画。通过Python的turtle模块，学生能够绘制出形态各异的图形，并结合光影魔术手软件对图形做进一步的处理和美化，在期末时便可以制作成精美的年历。教师再选出优秀的作品，印制在定制的帆布包上，作为对学生努力和创意的肯定。通过这样的编程跨学科主题式学习，不仅提升了学生的逻辑思维能力，激发了他们的想象力和创新意识，还培养了他们在跨学科信息处理方面的能力。

立于问题解决的学科交集

在编程教学中，通过跨学科主题式学习，将学生置于真实问题的情境中，学生通过积极思考和动手实践，能将不同学科知识和技能融入编程活动中。例如，在“年历制作”跨学科主题式学习活动中，学生不仅需要运用编程知识，还需要对美术设计、数学计算以及生活常识有所了解，甚至还需要将自身所学的其他学科知识融入其中。

1.编程与美术交集

在进行年历素材图形的绘制过程中，需要运用圆、直线、弧线等基本形状，并结合随机、重复、判断等编程命令来创作出各种图形。通过这样的编程活动，学生能够借助美术学科中的绘画步骤、构图技巧以及色彩搭配知识，逐步减少对海龟作图这一概念的陌生感。例如，在绘制卡通头像时，学生首先需要分析头像的构成要素，然后通过体验纸上作画的过程，总结出绘制图形的初始步骤，这些步骤包括选择合适的笔的颜色、大小，抬笔，定位，落笔等。接着，在教师提供的画圆命令的帮助下，学生就可以轻松地开始自己的图形创作之旅。在绘制图形的过程中，学生需要将具体的事物抽象并进行构图，这不仅提升了艺术创作能力，而且提升了抽象思维能力。

2.编程与数学交集

海龟作图通过编程指令控制一只小海龟在屏幕上移动来完成图形的绘制，其基本图形包括直线、圆形、弧形、三角形、四边形等，这些图形与数学课中学习的几何图形有着紧密的联系。例如，在绘制正多边形时，通常会先绘制一条线段作为起点，接着旋转，通过计算出的角度，利用循环命令重复这一过程，最终形成一个规则的正多边形。在这个过程中，旋转角度的计算尤为重要，它需要学生运用几何图形中的内角和外角的相关知识，从而总结出绘制正多边形的一般方法和规律。又如，在绘制一些更为复杂的图形时，学生需要在屏幕上的多个不同位置进行起笔落笔，这就需要用到数学中的坐标系相关知识，通过仔细分析每个落笔点的具体位置，计算出落笔点的坐标，进而精确地控制海龟的移动路径。通过这样的编程实践，学生将抽象的数学知识落实为具体的程序代码，不仅理解了图形的几何属性，还能够培养逻辑思维和计算思维能力，在以后解决类似的问题时能更加条理清晰、逻辑缜密。

3.编程与生活交集

编程不仅是一种技术性的活动，更是一种富有创造性和表现力的艺术形式。通过编程，学生能将自己内心的想法和独特的创意转化为现实，这个过程既充满乐趣又极具创造性。例如，在学习了如何绘制基本图形之后，学生可以尝试创作各种生活中的物品或场景，如家用电器、家具、交通工具等。在尝试绘制这些图形前，学生需要仔细思考每个物品的形状、结构以及它们之间的比例关系，这个思考过程极为重要，因为涉及将抽象的构思具体化为可执行的代码。在此编程实践中，学生积极地思考问题，灵活地运用所学知识解决问题，无形中强化了发散性思维和空间想象能力。

4.编程与信息交集

在信息科技高速发展的时代，具备数字化学习与创新的能力尤为重要。这不仅关乎学生在日常学习和生活中的实际应用，还涉及他们通过选择恰当的数字设备、平台和资源，有效地管理自己的学习过程与学习资源。例如，在“制作年历”跨学科主题式学习活动中，教师引导学生在学习平台中下载并提交所有的图形作品源代码文件，并运行这些代码，确保程序能够成功执行，然后将运行结果截图，利用图像处理软件将图片进行修饰与美化，最后将图片导入到演示文稿中进行编辑和整理。学生通过使用Python程序、演示文稿、图像处理软件等，亲身体验了从编写代码到最终生成年历的整个过程，锻炼了用数字技术获取、处理和应用信息的能力。

基于分析创新的项目实施

在编程跨学科主题式学习的过程中，学生将经历一个充满探究精神的学习过程。首先，教师根据课程目标和学生的兴趣，挑选富有挑战性的主题内容，设计一系列旨在培养学生思维能力的活动。其次，通过项目式学习的方式，引导学生深入探究主题，通过小组合作，进行问题分析、算法分析、过程分析、细节分析，提出可行的解决方案。最后，引导学生通过模仿实践，参考已有案例，提出解决方案，编写程序加深对知识的理解。

1.从全局到细节

从宏观视角的把握全局到微观层面的细节处理，这是一种思考问题、分析问题、处理问题的策略和方法。它强调的是首先从更宽广的视角去把握全局的整体情况，然后再逐步深入、抽丝剥茧，细致地分析问题的每一个具体细节。全局分析，即从整体的视角来审视图形，关注图形的构成、算法的步骤和流程，帮助学生更好地理解问题的本质，把握问题的核心；细节分析则是将目标图像制作分解为具体的实践任务，如线段的长短、位置、旋转角度，何时起笔落笔及笔触颜色、填充颜色等细节，帮助学生更精确地解决问题，提高编程的效率和质量。

例如，在进行卡通头像的绘制过程中，学生通过仔细观察头像的基础结构，发现这些卡通头像实际上是由七个大小不一、位置各异的圆形组合而成的。这时，教师可引导学生讲述讨论的绘制步骤：先绘制出一个大圆作为主体框架，然后逐一添加其他细节部位，如眼睛、鼻子、嘴巴等。在这个过程中，教师应进一步引导学生探究左右眼睛的异同，以及嘴巴和鼻子的位置分布和形态特点，帮助学生深入理解卡通头像的构造奥秘。又如在绘制书签图形时，首先引导学生观察实体书签的构成，然后将实体书签抽象成图形，从而得出书签通常由矩形、圆形等基本图形及图案构成，最后要求学生思考这些基本图形的位置、颜色以及在绘制过程中需要用到哪些具体的命令。通过这种从全局到细节的分析方法，学生对图形的构成有了明确的了解，增强了观察力，也为后续进行代码编写和图形分析奠定了坚实的基础。

2.从模仿到创新

从简单模仿到自主创新，这是学生在学习新知过程中必经的两个阶段。当学生已经掌握了图形绘制方法、编程技巧等基础知识后，就需要开始独立思考，尝试对已有的图形进行改进和优化，甚至进行全新的探索和创造。

例如，在绘制卡通头像时，当学生模仿画出一个圆形后，就可不再局限于在固定位置画出单一的圆形，可以思考如何在不同的位置，用不同的颜色和大小来画出多个圆形。随着技巧的熟练，学生还能将这些大小、颜色不同的圆运用到更富有创意的活动中，创作出形态迥异的卡通头像。

结语

编程跨学科主题式学习不仅有助于提升学生的逻辑思维、创新思维和信息素养还能通过整合不同学科的知识和技能，设计有趣且具有挑战性的主题活动，有效地激发学生的学习兴趣，增强他们的团队合作精神，为学生未来的全面发展奠定坚实的基础。

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