STEAM視角下小學(xué)Python課程設(shè)計(jì)

黃俊澤 吳麗華 高承靈

【摘要】隨著大數(shù)據(jù)和人工智能風(fēng)靡全球，Python作為其主流語(yǔ)言之一，也受到社會(huì)各界人士的追捧和使用。本文基于STEAM教育理念，探討了Python圖形化編程的課程設(shè)計(jì)，旨在給信息技術(shù)教師和其他任課教師的Python課程設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】STEAM教育;Python課程;圖形化編程

【基金項(xiàng)目】本文系2016年度海南省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題項(xiàng)目“海南鄉(xiāng)村學(xué)校教育裝備技術(shù)支持服務(wù)體系與機(jī)制研究”（項(xiàng)目編號(hào)：QJY13516007）的研究成果;2017年度海南省高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目“大數(shù)據(jù)分析技術(shù)及其在海南教育信息化公共服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建的應(yīng)用研究”（項(xiàng)目編號(hào)：Hnky2017ZD-10）的研究成果;2019年國(guó)家自然基金項(xiàng)目“基于云模型的在線學(xué)習(xí)者隱性學(xué)習(xí)行為挖掘與情感傾向計(jì)算方法研究”（項(xiàng)目編號(hào)：61867001）的研究成果。

隨著大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代的到來(lái)，我國(guó)更加重視大數(shù)據(jù)和人工智能教育，注重培養(yǎng)更多人工智能方面的人才。2017年7月，國(guó)務(wù)院在《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中提出，要放眼全球，把人工智能發(fā)展放在國(guó)家戰(zhàn)略層面系統(tǒng)布局、主動(dòng)謀劃，舉全國(guó)之力，到2030年占據(jù)人工智能科技制高點(diǎn)。Python作為實(shí)現(xiàn)人工智能最受歡迎的語(yǔ)言，在大學(xué)應(yīng)用型本科中已處于非常重要的地位。

一、問(wèn)題的提出

目前，我國(guó)很少有中小學(xué)開(kāi)設(shè)Python課程。為了讓小學(xué)生更早地接觸編程，培養(yǎng)他們的計(jì)算機(jī)思維，中小學(xué)應(yīng)該開(kāi)展Python圖形化編程的課程，當(dāng)前，山東省、浙江省已經(jīng)將Python列入了中小學(xué)信息技術(shù)課程。中小學(xué)開(kāi)設(shè)的編程課程主要有Scratch編程，卻少有Python編程，且偏向成人的教學(xué)方式。對(duì)于小學(xué)生當(dāng)前的認(rèn)知水平而言，這是難以學(xué)習(xí)和理解的。Python圖形化編程能夠把編程分解成一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的項(xiàng)目來(lái)學(xué)習(xí)，可以減少學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生編程和計(jì)算的思維能力。那么，小學(xué)Python課程應(yīng)該如何設(shè)計(jì)呢？

二、基于STEAM教育理念的Python課程設(shè)計(jì)

1.STEAM教育理念下Python課程的可行性分析

（1）教學(xué)理論的可能性

STEAM教育是為了培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。而信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)也強(qiáng)調(diào)了構(gòu)建具有時(shí)代特征的學(xué)習(xí)內(nèi)容，理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用都應(yīng)得到重視，將學(xué)習(xí)知識(shí)、鍛煉操作能力與開(kāi)發(fā)智力融入運(yùn)用信息技術(shù)解決問(wèn)題的過(guò)程中。 因此，信息技術(shù)也是為了培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，而Python編程語(yǔ)言作為信息技術(shù)課程的組成部分，其目的也是解決生活中的問(wèn)題。因此，STEAM教育為Python課程提供了良好的理論基礎(chǔ)。

（2）教學(xué)實(shí)施和空間的可能性

STEAM教育理念在中小學(xué)教學(xué)中得到了較為廣泛的運(yùn)用。比如，溫州中學(xué)依托Arduino、Scratch軟件開(kāi)發(fā)并實(shí)施了“互動(dòng)技術(shù)的課程”;常州市實(shí)施了“小學(xué)趣味編程”的課程。STEAM教育模式為Python課程的教學(xué)方式和方法提供了借鑒，而且其具備了STEAM教學(xué)空間和教學(xué)設(shè)備，如創(chuàng)客空間、物聯(lián)網(wǎng)硬件等。因此，STEAM理念為Python課程提供了實(shí)施教學(xué)的可能。

2.STEAM教育理念下Python課程教學(xué)方式

（1）基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)

基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)，簡(jiǎn)稱PBL，其思想起源于杜威等人提出的做中學(xué)、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)理念，是基于建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)方式，以解決實(shí)際問(wèn)題為目的，對(duì)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)、探究、實(shí)施的過(guò)程。項(xiàng)目學(xué)習(xí)方式可以充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，能使學(xué)生借助自身的能動(dòng)性將創(chuàng)意物化，并且與他人進(jìn)行分享。

（2）設(shè)計(jì)思維

設(shè)計(jì)思維是一種以解決方案為導(dǎo)向的思維形式。它是從目標(biāo)或者要達(dá)成的成果著手，探究問(wèn)題的解決方案，是一種獨(dú)特的“在行動(dòng)中進(jìn)行創(chuàng)意思考”的方式。學(xué)生需要先設(shè)計(jì)方案，然后根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行小發(fā)明或小創(chuàng)造。

（3）頓悟?qū)W習(xí)

頓悟?qū)W習(xí)是一種學(xué)習(xí)模式，即通過(guò)重新組織知覺(jué)環(huán)境，并突然領(lǐng)悟其中關(guān)系而發(fā)生的學(xué)習(xí)。換言之，學(xué)習(xí)的過(guò)程其實(shí)就是頓悟的過(guò)程。

3.STEAM教育理念下的Python圖形化編程的課程設(shè)計(jì)

（1）教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

基于STEAM教育理念下的課程目標(biāo)，注重培養(yǎng)學(xué)生的編程能力和思維能力，以及運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題的能力?！读x務(wù)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》要求學(xué)生熟悉一種積木式程序設(shè)計(jì)工具的圖形化編程環(huán)境。 本文嘗試將Python圖形化編程的教學(xué)目標(biāo)分為知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀。

知識(shí)與技能。學(xué)生能運(yùn)用Mixly圖形化編程軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，了解Python的基礎(chǔ)語(yǔ)法，能夠利用Mixly進(jìn)行作品創(chuàng)作，如畫圖，并能夠運(yùn)用其解決生活中的問(wèn)題。

過(guò)程與方法。通過(guò)教師對(duì)先導(dǎo)知識(shí)的講解，學(xué)生采用自主探究、協(xié)助學(xué)習(xí)的方式，能夠?qū)ython語(yǔ)言有基本了解。

情感態(tài)度與價(jià)值觀。學(xué)生通過(guò)操作和學(xué)習(xí)Mixly圖形化編程，能夠?qū)ython圖形化編程產(chǎn)生興趣，進(jìn)而對(duì)人工智能有所了解。

（2）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

小學(xué)階段的圖形化編程課程的教學(xué)重點(diǎn)是通過(guò)Python語(yǔ)言的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維能力。小學(xué)階段的Python圖形化編程課程內(nèi)容，主要分為Python認(rèn)識(shí)了解階段、Python學(xué)習(xí)階段、Python項(xiàng)目應(yīng)用階段，每個(gè)階段都有不同的要求，具體如下。

Python認(rèn)識(shí)了解階段。學(xué)生需要了解Python語(yǔ)言、Python語(yǔ)言的應(yīng)用、Python與人工智能。

Python學(xué)習(xí)階段。學(xué)生開(kāi)始接觸Mixly圖形化編程軟件，借助海龜模塊學(xué)習(xí)Python圖形化編程命令，如循環(huán)、條件等的使用。

Python項(xiàng)目應(yīng)用階段。這個(gè)階段屬于創(chuàng)作階段，主要培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。教師可以借助Mixly、 Mixgo引導(dǎo)學(xué)生制作一些趣味性的作品，如制作表情包、音樂(lè)盒、樓道感應(yīng)燈、門鈴等。

這三個(gè)階段的學(xué)習(xí)是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，教師逐步調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生探索和實(shí)踐的精神。內(nèi)容的編排是根據(jù)布魯納螺旋式的編排方式，在不同的年齡段，教材的內(nèi)容也不同，其抽象程度根據(jù)其年齡段的改變而不斷加深，從而實(shí)現(xiàn)螺旋式上升。這樣，學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的掌握才會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而不斷加深。

（3）教學(xué)過(guò)程和實(shí)施設(shè)計(jì)

教學(xué)過(guò)程主要分為三部分，即課堂導(dǎo)入、創(chuàng)作與改進(jìn)作品、創(chuàng)意修改與分享。課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，教師提出問(wèn)題，學(xué)生思考后回答;創(chuàng)作與改進(jìn)作品的環(huán)節(jié)，其實(shí)就是（創(chuàng)作作品）試誤—（作品）修改—頓悟的過(guò)程;作品創(chuàng)意修改與分享環(huán)節(jié)花費(fèi)的時(shí)間比較多，包括學(xué)生的再次設(shè)計(jì)，以及對(duì)自己作品的分享。在這三個(gè)過(guò)程中，學(xué)生可以發(fā)生多次頓悟，每次頓悟就是一次進(jìn)步。

（4）教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

教師的教學(xué)評(píng)價(jià)主要采用過(guò)程性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式。過(guò)程性評(píng)價(jià)更加注重學(xué)生學(xué)習(xí)階段性的成果，評(píng)價(jià)的過(guò)程應(yīng)該由教師、同學(xué)、家長(zhǎng)的評(píng)價(jià)構(gòu)成。教師可通過(guò)建立電子檔案，記錄每位學(xué)生的成長(zhǎng)過(guò)程，并及時(shí)反饋給學(xué)生和家長(zhǎng)?？偨Y(jié)性評(píng)價(jià)一般是在課程結(jié)課時(shí)采用的評(píng)價(jià)方式，通常讓學(xué)生完成一個(gè)綜合項(xiàng)目或者作品，然后由教師根據(jù)學(xué)生的完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

Mixly軟件為學(xué)生學(xué)習(xí)Python編程提供了很大幫助。Python圖形編程有助于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維，而且是一種有效的課程方式。在STEAM教學(xué)理念下，Python課程的教與學(xué)會(huì)變得更有趣、更有價(jià)值，能為學(xué)生未來(lái)深入學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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