基于Logoup3D軟件的 初中信息技術(shù)課堂計(jì)算思維的培養(yǎng)

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(gòu)建三維模型的三維創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)。它適用于快速構(gòu)造面向3D打印的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、自由形體和創(chuàng)意作品，其深入淺出的設(shè)計(jì)理念可覆蓋從五歲兒童至專業(yè)技術(shù)人員的多層次用戶，因此也適宜作為教育教學(xué)軟件用于程序設(shè)計(jì)、三維建模和創(chuàng)造力的培養(yǎng)。本文介紹了用積木式LogoUp語言作為初中信息技術(shù)課編程工具來培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;3D打印;LogoUP

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2021）18-0043-02

● LogoUp及其特性

LogoUp采用從20世紀(jì)70年代開始風(fēng)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(dòng)，實(shí)現(xiàn)圖形的繪制。LogoUp將LOGO由二維拓展到三維空間，引入現(xiàn)代語法和Scratch式的積木設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)專門面向3D打印的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和自由曲面的設(shè)計(jì)，讓LOGO語言在新時(shí)代煥發(fā)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(xué)習(xí)編程，圖形給予了編程直觀體驗(yàn)和設(shè)計(jì)目標(biāo)，適合于對(duì)初學(xué)者特別是兒童進(jìn)行寓教于樂的編程教學(xué)。

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(shè)計(jì)，用戶可將命令積木拖拽構(gòu)成程序;②支持變量、表達(dá)式、判斷（IF）、循環(huán)（REPEAT）和函數(shù)（FUNC）;③函數(shù)作為變量類型可進(jìn)行傳遞，閉包特性支持（現(xiàn)代語言）;④支持三維空間造型，通過拉伸、掃描、回轉(zhuǎn)、布爾運(yùn)算等靈活方式建模;⑤支持遞歸調(diào)用，可實(shí)現(xiàn)分形圖案和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的繪制。

● LogoUp在初中信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用案例

下面，筆者以一個(gè)真實(shí)的教學(xué)案例來展示Logoup3D軟件在初中信息技術(shù)課堂上對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。

1.教學(xué)目標(biāo)

①理解循環(huán)嵌套的流程結(jié)構(gòu);②通過完成繪制1000個(gè)立方體的任務(wù)來體會(huì)循環(huán)嵌套的優(yōu)勢(shì)與執(zhí)行過程;③提升書寫代碼的規(guī)范性。

2.教學(xué)重點(diǎn)

①循環(huán)嵌套的流程結(jié)構(gòu);②循環(huán)嵌套的執(zhí)行過程。

3.教學(xué)難點(diǎn)

找出循環(huán)嵌套中的變與不變。

4.教學(xué)過程

（1）導(dǎo)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(dǎo)學(xué)生分析出建筑物的矩陣模型，引出本節(jié)課的課題：化繁為簡——循環(huán)嵌套。思考=如何能夠?qū)崿F(xiàn)畫出一個(gè)一個(gè)的立方體矩陣呢？

（2）復(fù)習(xí)繪制一個(gè)正方形的方法

教師演示走方磚（如下頁圖2），引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)之前所學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生說出畫一個(gè)正方形的方法（用到了Repeat…End語句）。教師講解代碼的含義（規(guī)定正方形的邊長為5）。

在復(fù)習(xí)的過程中，讓學(xué)生回顧循環(huán)結(jié)構(gòu)的使用方法和語法結(jié)構(gòu)，為本節(jié)課多重循環(huán)打下基礎(chǔ)。在復(fù)習(xí)的時(shí)候，教師要著重引導(dǎo)學(xué)生弄清誰是循環(huán)體，誰是循環(huán)變量，控制循環(huán)次數(shù)。

（3）嘗試畫一列10個(gè)正方形

教師引導(dǎo)學(xué)生嘗試畫一列10個(gè)正方形。

預(yù)設(shè)：學(xué)生可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

①結(jié)果很可能是一個(gè)正方形。

找出原因：每畫完一個(gè)正方形之后沒有向前平移10個(gè)單位的距離。

②代碼冗余，不夠簡便。

教師帶領(lǐng)學(xué)生找出程序中重復(fù)的部分，提取出來，分析能否簡化。引導(dǎo)學(xué)生找出簡化程序的方法（把每一個(gè)正方形當(dāng)成一個(gè)整體，放在循環(huán)體里面，每畫一個(gè)正方形就向前移動(dòng)10個(gè)單位，之后重復(fù)執(zhí)行10次即可畫出一列10個(gè)正方形）。接著，教師給出循環(huán)嵌套的定義（在一個(gè)循環(huán)體語句中又包含另一個(gè)循環(huán)語句，稱為循環(huán)嵌套），配合電子白板，用白板筆圈出哪些是外側(cè)循環(huán)，哪些是內(nèi)測(cè)循環(huán)。

技術(shù)要點(diǎn)：①Repeat…End要成對(duì)出現(xiàn);②執(zhí)行順序（外側(cè)執(zhí)行一次循環(huán)，內(nèi)側(cè)執(zhí)行所有）;③循環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)的書寫，最好采用“右縮進(jìn)”格式，以體現(xiàn)循環(huán)層次的關(guān)系（可以通過軟件中“代碼設(shè)計(jì)”與“積木設(shè)計(jì)”相互切換，軟件會(huì)自動(dòng)調(diào)整縮進(jìn)格式）。

（4）小組討論：如何畫出100個(gè)正方形

學(xué)生嘗試操作，如果遇到問題，教師帶領(lǐng)學(xué)生分析難點(diǎn)所在。教師提問：“每畫完一列正方形，游標(biāo)的位置應(yīng)該在哪里？”讓學(xué)生用白板筆標(biāo)出位置。

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

（5）繪制10層——1000個(gè)立方體

引導(dǎo)學(xué)生把任務(wù)進(jìn)行分解，先填充正方形之后拉伸。利用之前學(xué)到的循環(huán)嵌套完成這個(gè)圖形，并讓學(xué)生回答：循環(huán)嵌套的結(jié)構(gòu)是怎樣的？誰套著誰？

教師引導(dǎo)學(xué)生完成作品并且點(diǎn)評(píng)。找出有針對(duì)性的錯(cuò)誤集中講解，利用電子白板的書寫功能，圈點(diǎn)勾畫出程序的層次結(jié)構(gòu)。

（6）總結(jié)與提升（略）

● 結(jié)論與展望

基于LogoUp軟件所進(jìn)行的初中信息技術(shù)程序教學(xué)，可以為學(xué)生帶來如下四個(gè)方面的提升：①方便快捷，創(chuàng)建良好的學(xué)習(xí)環(huán)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(yùn)行程序。②通用性好，獲得直觀體驗(yàn)。LogoUp軟件具有良好的通用性，設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品可以二次加工，并且可以3D打印，讓學(xué)生有更直觀的體驗(yàn)。③構(gòu)建計(jì)算思維。借助LogoUp軟件進(jìn)行教學(xué)，不僅能鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)思維，還能培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。④程序設(shè)計(jì)、三維建?；榇龠M(jìn)和補(bǔ)充。使用LogoUp 3D軟件進(jìn)行程序教學(xué)，能使三維建模系統(tǒng)更加定制化，并且更靈活，也更能發(fā)揮3D打印的優(yōu)勢(shì)，而三維建模的圖形化模式，為程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)提供了載體和目標(biāo)，通過圖形建模和3D打印創(chuàng)意設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的程序設(shè)計(jì)，目的性更強(qiáng)，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)更明確。