STAEM教育理念下的Scratch創(chuàng)意編程課程教學設計

林素芳 張錦燕 馬夢怡 李新暉

摘 ?要：STEAM教育的顯著特征之一就是跨學科教學，而編程教育則為跨學科融合教學提供了有效途徑。文章基于STEAM教育理念，以Scratch編程為手段，將Scratch與語文、數(shù)學、美術、音樂、歷史等學科進行了有效融合，設計了針對小學4到6年級學生的創(chuàng)意編程課程，以提升學生的核心素養(yǎng)和創(chuàng)新思維能力。該文以《草船借箭》一課為例，以項目式學習的方式展開實際課堂的教學設計，充分發(fā)揮了Scratch跨學科教學的內在優(yōu)勢。

關鍵詞：STEAM教育;編程教育;Scratch編程;項目式學習;核心素養(yǎng)

中圖分類號：TP311;G434 ? ? 文獻標識碼：A文章編碼：2096-4706（20210）13-0188-05

Scratch Creative Programming Course Teaching Design Under the STEAM Education Idea

—Take To Borrow Arrows with Thatched Boats as an Example

LIN Sufang， ZHANG Jinyan， MA Mengyi， LI Xinhui

（Foshan University， Foshan 528225， China）

Abstract： One of the salient features of STEAM education is interdisciplinary teaching， and programming education provides an effective way for interdisciplinary integrated teaching. Based on the STEAM education concept， this paper uses Scratch programming as a means to effectively integrate Scratch with subjects such as language， mathematics， art， music， history， etc. This paper designs a creative programming course for students in grades 4 to 6 in elementary school to enhance the core literacy and creative thinking ability of students. This paper takes the lesson of“To Borrow Arrows with Thatched Boats” as an example to develop the teaching design of the actual classroom in the way of project-based learning， which gives full play to the inherent advantages of Scratch interdisciplinary teaching.

Keywords： STEAM education; programming education; Scratch programming; project-based learning; core literacy

0 ?引 ?言

數(shù)字化的快速發(fā)展迎來了人工智能時代的到來，隨著人工智能技術與教育融合的不斷深化，人類的知識和教育正在被重新定義，傳統(tǒng)的教育理念、教育模式、管理模式、治理體系，乃至整個教育生態(tài)都在發(fā)生深刻的變化[1]。國務院在2017年7月發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》的通知中要求“廣泛開展人工智能科普活動，在中小學設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育”[2]。

任友群教授認為：從學習知識技能到培育運用跨學科知識解決實際問題的能力，是信息技術課程發(fā)展的趨勢[3]。因此在基礎教育階段，教師不僅要傳授給學生基礎文化知識，還要善于運用跨學科來優(yōu)化信息技術課程，提升教學效果。在教學過程中，教師也應注重對學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，編程教育便成了跨學科教學改革的一大發(fā)展方向。編程教育如何與實際的教學情況相結合、怎樣通過編程教育培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)和解決實際問題的能力，以及如何進一步發(fā)揮編程教育的育人價值，是目前中小學編程教育面臨的三大挑戰(zhàn)[4]。

Scratch編程與多學科融合的教學是基于STEAM教育理念的小學階段跨學科教學中非常有意義的一項嘗試。筆者通過Scratch創(chuàng)意編程設計與語文、數(shù)學、美術、音樂、歷史等學科的融合，切實感受到在實踐教學中能夠鍛煉學生的思維能力和創(chuàng)新能力，還能進一步提升其核心素養(yǎng)。

1 ?相關概念及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 ?STEAM教育

STEAM教育是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數(shù)學（Mathematics）的簡稱，最早是由美國學者Yakman提出的。國內余勝泉等學者認為：STEAM 教育以真實問題為切入點，通過多學科整合，注重過程和實踐，倡導“做中學”，強調創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)[5]。

STEAM教育，在國外多集中于歐美等發(fā)達國家，以美國為例，他們建立了專門的STEAM中學（例如布朗斯科學高中），重點培養(yǎng)未來在科學、技術、工程領域發(fā)展的學生[6]。在國內，編程類、媒體制作類軟件的應用在中小學STEAM教育中得到了廣泛的應用，多以綜合實踐課程、信息技術課程及通用技術課程為主[7]。

1.2 ?Scratch編程

Scratch編程是美國麻省理工學院（MIT）針對兒童以及青少年設計研發(fā)的一款圖形化編程軟件。Scratch不同于傳統(tǒng)語言類的編程，在學習過程中學習者無須考慮復雜的語法規(guī)則，只需拖拽積木便能進行程序編寫，易于學生完成作品設計。Scratch編程軟件摒棄了晦澀難懂的代碼編程的學習，更加注重學生是否掌握編程設計的基本流程和內在邏輯。

在國內，北京景山中學的吳俊杰老師、浙江溫州中學的謝作如老師以及華中科技大學附屬小學的毛愛萍老師等一線教學名師在Scratch編程課程的研發(fā)中都做了試驗并在實際課堂中取得卓有成效的發(fā)展。

1.3 ?如何將Scratch編程應用于跨學科教學

STEAM教育特別強調學科之間的深度融合，因此在Scratch編程教學中也應當將STEAM教育理念融入教學實踐中。在開展Scratch編程教學時，宜采用項目式學習（PBL）的模式，使學生面向真實問題，結合語文、數(shù)學、美術、音樂、歷史等不同學科，在游戲化或場景化的Scratch編程設計中體會“做中學，玩中學”的過程，增強學生學習內容的趣味性，提升學生的深度學習能力。Scratch編程在STEAM教育中的跨學科應用的具體體現(xiàn)如圖1所示。

“科學”是指運用Scratch進行項目設計時，可以體現(xiàn)程序內在的科學性、明確科學問題、展現(xiàn)科學探索的過程、數(shù)據(jù)的合理應用等，例如：在《草船借箭》作品創(chuàng)作中，學生可以從中掌握氣象科學、心理科學等方面的知識。在編程的過程能夠顯著提升學生的技術應用能力，設計和編寫程序的過程就是學生“技術”學習的過程，能夠利用Scratch中各個指令模塊的邏輯原理來完成項目作品的模塊化制作。“工程”在項目式學習中體現(xiàn)為分工協(xié)作，類比軟件工程中的模塊化設計，從而實現(xiàn)STEAM教育中的“工程”思維?！八囆g”是指學生在學習Scratch舞臺以及角色設計時能夠發(fā)揮自己想象力和創(chuàng)造力，為自己的作品增添色彩。“數(shù)學”則是指學生能夠利用數(shù)學的編程邏輯來思考Scratch編程問題，通過數(shù)學原理來解決實際問題。

2 ?STAEM教育理念下Scratch創(chuàng)意編程課程的設計

本文基于STEAM教育理念，針對小學4到6年級學生的身心特征設計了Scratch創(chuàng)意編程課程。本課程以杜威的做中學理論、具身認知理論、建構主義學習理論等為主要理論依據(jù)研發(fā)設計的，課程依托Scratch3.0平臺來進行教學，共設有六大模塊，包含十五個課時及一節(jié)項目設計課。課程的實施將跨學科的理念融入編程教學中，讓學生在學習Scratch創(chuàng)意編程的同時也體會到不同學科的學習所帶來的樂趣。STEAM教育理念下的Scratch創(chuàng)意編程課程模塊如表1所示。

3 ?Scratch創(chuàng)意編程教學設計——以《草船借箭》為例

3.1 ?學習者特征分析

本次的Scratch創(chuàng)意編程課程的教學對象是小學4到6年級的學生。這個階段的學生的年齡段大概在10到12歲之間，他們處于皮亞杰所提出的具體運算階段，這一階段的學生在思維上的主要特征是：面對問題時能夠遵循邏輯法則推理思維，但此推理思維能力只限于眼前的具體情境或熟悉的經(jīng)驗。因此針對這個年齡階段的學生在進行教學時要特別注重學生的認知發(fā)展，需要融合適當?shù)膶W習情境，激發(fā)學生的學習興趣。

3.2 ?教學目標分析

從傳統(tǒng)的“雙基”“三維目標觀”到如今著重強調的“核心素養(yǎng)”教學觀，教學目標發(fā)展的歷程與革新的方向越來越貼近學生的實際發(fā)展狀況，體現(xiàn)出其更加注重學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。同時，教師在細化教學任務、分解教學目標的過程中要始終遵循學生的認知發(fā)展規(guī)律。筆者在本文中借鑒布魯姆的教育目標理論，從知識維度和認知過程維度來闡述《草船借箭》這一課程的教學目標，如表2所示。

3.3 ?教學內容分析

《草船借箭》是源于三國時期赤壁之戰(zhàn)里的一個經(jīng)典橋段，關于這個典故學生在語文課和歷史課中都有涉獵，教師在進行教學時可以利用典故的故事情節(jié)來為學生創(chuàng)設合適的學習情境并引導學生進入課程學習。作為本次Scratch創(chuàng)意編程課程中難度較高的一課，需要學生掌握Scratch的界面、角色、場景、程序指令等知識，并且能夠根據(jù)所學的知識自主完成項目設計。要將《草船借箭》這樣一個故事情節(jié)、動畫演變和人物變化都較為復雜的案例設計變得更加生動有趣離不開教師的有效引導。因此Scratch編程的學習要不斷增強學生的學習體驗感，讓學生在編程過程中感受到學習的樂趣。

3.4 ?項目實施過程與實踐

在本課例的項目實施過程與實踐中，學生以四人小組的形式展開項目式學習?！盎陧椖康膶W習”（Project-Based Learning）是通過安排真實的學習任務，綜合各學科已學習的知識，在合作學習的環(huán)境下，設計并實施一系列的探究活動，并將探究成果或產(chǎn)品進行表達、交流和展示[3]。因此，通過項目式學習，可以讓小組成員各抒己見，發(fā)揮團體力量，融合不同的創(chuàng)意想法來完成作品設計。

3.4.1 ?通過創(chuàng)設情境激發(fā)學生興趣

在進行情境創(chuàng)設時，教師以講授三國著名典故《草船借箭》作為課程的導入，在這個過程中可以鼓勵學生自主查閱文獻資料，讓學生對該故事有一定的了解后再進行背景、角色和編程的設計。

3.4.2 ?任務設計

《草船借箭》這一課，主要分成四大任務，學生在四人小組中，每個人主要負責其中一個任務。由于四個任務的情節(jié)是相互銜接、環(huán)環(huán)相扣的，因此，需要每位小組成員需要進行交流研討，共同完成項目設計，四個任務的具體設計為：

（1）任務一：舞臺背景與角色設計。舞臺的背景可以通過課外素材導入，根據(jù)教師創(chuàng)設的情境，學生可加入切合情節(jié)的背景，角色可根據(jù)故事情節(jié)來設計，主要的角色有箭、草船、士兵等。根據(jù)師生對角色的分析：由岸邊的士兵不斷地朝著彌漫著大霧的水中射箭，草船一開始是無箭的狀態(tài)，箭射到水中時能夠被草船收集，射出舞臺外的箭則會消失，其舞臺背景與角色設計如圖2所示。因此，根據(jù)故事情節(jié)可以明確角色出現(xiàn)的順序和效果：岸邊的士兵—與士兵在同一水平線上的箭—河中出現(xiàn)無箭的草船—箭進行克隆—箭向水中發(fā)射—草船收集箭。同時，射箭發(fā)出的聲音也是屬于角色設計的部分，學生通過聲音模塊添加射箭的聲音，并利用重復執(zhí)行語句使其重復執(zhí)行。

（2）任務二：萬箭齊發(fā)的動態(tài)過程設計。這個任務中要巧妙地運用控制指令中的克隆語句讓箭不斷復制。利用數(shù)學中的坐標軸原理確定舞臺左右兩邊坐標的大小，箭的不斷復制在該橫坐標的水平線上進行。士兵的位置到靠河邊的舞臺邊沿為箭運動的縱坐標。學生需要注意的是控制箭的本體進行自我復制時需要在當綠旗被點擊下編輯程序，而萬箭齊發(fā)的效果能否實現(xiàn)則是取決于克隆體的運用，需要在當作為克隆體啟動下編輯程序，將箭運動的方向設置為向下，重復執(zhí)行移動十步便可實現(xiàn)萬箭齊發(fā)的效果了，其程序設計如圖3所示。

（3）任務三：草船靜態(tài)收集箭的過程。這一任務是實現(xiàn)借箭的關鍵一步，可以對任務二的程序加以改進，為了避免克隆出來的箭直接穿過草船，學生在“當作為克隆體啟動時”下的重復執(zhí)行語句中設置當箭碰到草船時刪除克隆體，能夠讓克隆體使碰到草船后消失。為了避免射出去的箭堆積在舞臺邊沿，還可以設置當箭碰到舞臺邊沿時克隆體也消失。這一任務主要運用控制指令中的如果那么語句和偵測指令中的碰到語句。通過利用這兩個指令對箭的克隆體進行設置后，可以實現(xiàn)草船靜態(tài)收集箭，其程序設計如圖4所示。在設計程序的過程中還要注意草船的兩種狀態(tài)，一種是剛啟動射箭程序時草船還沒收集到箭的狀態(tài)，另外一種則草船收滿箭的狀態(tài)。兩種狀態(tài)的切換可以通過外觀指令中顯示和隱藏來控制。

（4）任務四：草船動態(tài)收集箭的過程。由于諸葛亮與周瑜立下的軍令狀是三天借到十萬支箭，而靜態(tài)的草船很難借到足夠多的箭。因此，學生可以在草船的角色下來設計令草船移動的程序，其程序也較為簡單。當按下鍵盤中的左（←）鍵時，船向左移動，當按下右（→）鍵時，船向右移動，從而實現(xiàn)手動控制草船的移動，能輔助草船收集到足夠多的箭。移動后的草船在重新開始點擊綠旗時還應將其回歸到初始的位置，此時可借助數(shù)學中的坐標軸原理將其初始化。

在《草船借箭》這一創(chuàng)意課程的學習中，學生以小組為單位進行任務學習，前后任務的設計是十分連貫的，其難度也逐步遞增，能夠體現(xiàn)出基于項目學習的優(yōu)勢，小組成員可以在原有任務的基礎上增加別的角色或功能模塊，讓項目設計實現(xiàn)更加優(yōu)質的效果。項目設計的過程不僅培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維能力，還能進一步提升學生的核心素養(yǎng)。

3.4.3 ?作品展示與分享交流

作品設計完成后的作品展示、分享交流是十分關鍵的一步，教師能夠直觀的評價學生的創(chuàng)新設計，學生之間也能在相互交流中完善項目作品的制作。

3.4.4 ?評價與反思

評價與反思也是教學過程中必不可少的環(huán)節(jié)。在項目式學習中可以采用多元的教學評價方式，主要分為學生自評、組內互評、組間互評、教師點評等，評價的目的并非評出作品的優(yōu)劣，而是借此環(huán)節(jié)來鼓勵學生，激發(fā)他們的學習動力[8]。

4 ?結 ?論

在本文的課程設計中融合了STEAM教育的重要思想，將Scratch創(chuàng)意編程與不同學科教學融為一體。在跨學科教學中教師應時刻關注學生思維養(yǎng)成的關鍵點，基于項目式學習的模式能夠讓學生在分析及探究問題的過程中轉變思維方式，迅速找到問題的關鍵所在，進一步解決實際問題。此外，Scratch編程的學習讓學生學會了知識的積累，每一個課程模塊都不是獨立的，它們之間存在著必然的聯(lián)系。在未來，STEAM教育與Scratch創(chuàng)意編程課程體系的契合點還有待進一步完善和發(fā)展，未來的研究需要進一步拓寬學科融合的廣度以及創(chuàng)意設計的深度[8]。創(chuàng)意編程教學應讓每位學生都能在動手實踐中受到啟發(fā)并真正融入跨學科融合的創(chuàng)新學習中。

參考文獻：

[1] 雷朝滋.智能技術支撐教學改革與教育創(chuàng)新 [J].中小學數(shù)字化教學，2021（1）：5-7.

[2] 新華社.國務院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》 [R/OL].[2017-07-20].http：//www.gov.cn/xinwen/2017-07/20/content_5212064.htm.

[3] 任友群.新時代，中小學需要怎樣的信息技術課 [J].人民教育，2019（1）：26-29.

[4] 余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學科整合模式 [J].開放教育研究，2015，21（4）：13-22.

[5] 正非.STEM中學：孕育美國“科學、技術、工程和數(shù)學”創(chuàng)新人才的搖籃 [J].中國民族教育，2013（3）：43-45.

[6] 傅騫，王辭曉.當創(chuàng)客遇上STEAM教育 [J].現(xiàn)代教育技術，2014，24（10）：37-42.

[7] 史鵬楠.基于項目式學習的小學Scratch編程語言的教學實踐研究 [D].沈陽：沈陽師范大學，2020.

[8] 朱杏燕，胡畔.基于STEAM教育理念的小學創(chuàng)意編程課程設計——以Scratch課程的教學設計為例 [J].教育信息技術，2019（9）：12-15.

作者簡介：林素芳（1995.05—），女，漢族，廣東汕尾人，碩士研究生在讀，研究方向：信息技術教育。