林晓芬

关键词：Python语言；turtle库

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）03-0097-02

Python语言语法简洁、清晰，是一门适合非计算机专业大学生学习的编程语言。Python有着十分强大的类库，其中的Turtle库能绘制简单且有规律的图形。在讲解Turtle库的知识前，应先介绍Python语言的顺序结构、选择结构和循环结构和列表等基本知识。这样既有利于学生轻松地掌握代码的编写方法，又让学生更好地理解Pyhon语言的语法结构。

Turtle库是Python的标准库之一，属于入门级的图形绘制函数库。标准库是随解释器直接安装到操作系统中的功能模块，第三方库是需要经过安装才能使用的功能模块。Turtle的中文意思是海龟，turtle模块通过控制画笔的移动来绘图，画笔就像是一只海龟在画布上爬，爬过的地方留下了痕迹，痕迹形成了图形。海龟可以前进、后退、左转、右转。海龟有一条尾巴，当尾巴抬起时，爬过的地方不留下痕迹，尾巴放下时，爬过的地方留下痕迹[1-3]。

为提高学生的学习兴趣，教学时笔者选取了一些绘图案例，有正n边形、太阳花、彩色螺旋线、奥运五环等[4-5]。这些图案的代码十分简单，很适合初学者的学习。学生在学习这些绘图代码时，用到了Python語言中的循环语句、列表、索引等知识，让学生在绘图的时候加深了Python语法结构的理解和运用能力。

1 编程基础知识

1.1 Python 程序的语句结构

计算机程序一般有三种语句结构：顺序结构、选择结构以及循环结构，利用这三种结构，可以编写出各种复杂的应用程序。

顺序结构是程序中最基本的结构，它是任何程序的主体结构，在该结构中，各语句按照出现的先后次序依次执行。当需要根据给定的条件做出不同选择时，可以使用选择结构来处理。在Python中，选择结构有单分支结构、双分支结构和多分支结构，分别用if语句、if...else...语句和if...elif...else...语句来实现。循环语句用来重复执行一条或多条语句，使用循环结构可以减少源程序重复书写的工作量，简化程序结构。在Python中，循环结构语句主要有while语句和for循环语句。本绘图实例中，笔者使用的是for循环语句。

1.2 Turtle 库的导入

Turtle 的导入可以使用from turtle import * 或者import turtle 两种语句，前者在使用方法时不需要加turtle前缀，后者在使用方法时需要加上turtle.前缀，例如，向前语句turtle.forward（x）。

1.3 Turtle 库的基本函数

Turtle库中函数较少且容易记忆，且许多函数的名字与海龟动作名称的自然语言一致，便于学生记忆。如：screensize（x，y，color），设置宽x、高y、颜色为color的画布；setup（x，y），设置宽x，高y的画布；forward（x），画笔向前移动x像素;backward（x），画笔向后移动x像素;left（x），画笔方向向左旋转x角度；right（x），画笔方向向右旋转x角度；shape（x），设置绘图时的造型，默认为小箭头；pensize（x），设置画笔的粗细；width（x），设置画笔的粗细；pencolor（x），设置画笔的颜色；color（x，y），设置画笔的颜色为x，设置填充的颜色为y；fillcolor（x），设置图形的填充颜色；speed（x），设置画笔移动的速度，取值在0-10之间，1最慢，10最快，0不移动；penup（），画笔抬起；pen?down（），画笔落下；goto（x，y），画笔移动到x，y处，画布中心为坐标原点；circle（R，E，S），画圆，R为圆的半径，E是圆弧的角度。R半径为正时在画笔的左边画圆，半径为负值时在画笔的右边画圆；reset（），清空窗口，画笔重新回到画布中央；clear（），清空窗口，但是画笔的位置和状态不会改变；begin_fill（），准备开始填充图形；end_fill（），填充完成；write（），书写；done（），海龟绘图结束标识，防止脚本结束后关闭画布。

Python语言中的颜色非常丰富，常见的表示颜色的字符串有：“while”白色、“black”黑色、“green”绿色、“blue”蓝色、“yellow”黄色、“cyan”青色、“magenta”洋红色、“purple”紫色、“brown”棕色、“pink”粉色、“gold”金色、“tomato”番茄色等。

1.4 Turtle 坐标系

Turtle的坐标系有屏幕坐标系、空间坐标系和角度坐标系等。屏幕坐标系指的是画布与屏幕之间的相对位置关系，显示器屏幕的左上角为坐标原点，如图1所示。可以用setup（width，height，startx，starty） 方法设置画布左上角与屏幕左上角之间的距离。空间坐标系是指画笔与画布之间的相对位置关系，默认坐标原点在画布的正中心，绘图时，画笔从画布的中心位置开始移动，画笔的方向默认是x轴的正方向，如图2所示。角度坐标系如图3所示，x轴的正方向为0度，y轴的正方向为90度，可以通过setheading（angle） 方法来设置画笔的方向。

2 绘图实例

笔者安装的Python版本是Python -3.8.1（64-bit） 。

2.1 绘制彩色六边形

图4中的彩色六边形实际上是由6个正三角形组成的。利用circle（）方法中的steps参数来画三角形，利用color（） 方法设置画笔颜色和填充颜色，利用列表colors和for循环语句来实现颜色的变化。程序设计结构是计算机语言教学中的重点和难点，结构化的程序设计有三种基本的结构：顺序结构、选择结构和循环结构。在这个教学案例中，通过绘制正六边形，引导学生深入地理解循环结构。

图5中的图形是由六个三角形和一个正六边形构成的。代码段中，首先定义了一个函数triangle，这个函数的作用是画正三角形。然后创建了一个列表colors，列表用来放颜色。然后用for循环画正六边形，循环六次，每循环一次的时候调用一次triangle函数，最终得到图5的图形。在这个教学案例中，通过绘图实例，引导学生理解循环的嵌套是如何实现图形的绘制。

2.2 绘制彩虹

图6中的彩虹是通过一个for循环语句和列表col?ors实现的。先创建一个列表colors来放颜色，然后设置画笔的宽度，因为是画彩虹，所以画笔宽度要设得比较宽。然后用circle（） 方法来画半圆，每循环一次，circle（）中的半径就要增大一次，画笔的颜色也要不断改变，这些是通过循环语句来实现的。setheading（）方法用来设置画笔的方向。每次画笔的起点都不一样，这是通过goto（）方法来实现的，但每一次画笔的起始方向都是一样的。

2.3 绘制箭靶

图7和图8是实现彩色圆环的两种方法。图7中所采用的方法，是从最外圈开始画圆，然后逐渐缩小画圆所用的半径值。图8中所采用的方法，是从最里圈开始画圆，然后逐渐增大画圆所用的半径值。

这两种方法都使用了for 循环语句和circle（） 方法。画图时，要注意画笔的初始位置和画笔的方向，才能画出想要的图形。

3 结论

Turtle库是一个简单易学的绘图库，学习门槛低，绘图函数易学易记。在计算机程序设计教学中，改变以往把解决数学问题作为编程例题的做法，把图形绘制带入程序设计教学中。教学实践表明，通过各种有趣、生动鲜明、贴合生活实际的绘图实例，可以激发学生学习Python语言的兴趣，增强学生学习编程的信心[6]，Turtle库可以作为学习Python语言的入门库。