孫樂琦

摘 要 2017年，上?？萍拣^推出了基于Swift語言開發(fā)的“趣玩編程”系列編程教育課程，成為全球首家推出Swift編程課的博物館。該系列課程與上?？萍拣^實體展區(qū)深度融合，引入“館校合作”+“館企合作”的合作形式，探索博物館編程教育的新模式。

關(guān)鍵詞 博物館教育 編程教育 Swift 館校合作 館企合作

0 引言

蘋果公司的創(chuàng)始人史蒂夫·喬布斯曾經(jīng)說過：“人人都應(yīng)該學習一門計算機編程語言，因為這將教會人們?nèi)绾稳ニ伎肌?。隨著AI+5G時代的到來，計算機編程教育愈發(fā)受到社會的重視和關(guān)注。作為長三角地區(qū)乃至全國知名的大型科學技術(shù)博物館、科普教育基地，上海科技館歷年來秉持STEAM教育理念，積極探索青少年編程教育在博物館中的實踐。本文以上?？萍拣^“趣玩編程”為例，介紹上?？萍拣^在博物館編程教育領(lǐng)域的探索與實踐。

1 研究背景

在信息時代，編程不僅僅是一種技能，更是一種思維方式，還將是理解未來世界的基礎(chǔ)[1]。對于青少年來說，學習編程可以將現(xiàn)實中的問題進行抽象，然后以代碼的形式表達出來，培養(yǎng)邏輯思維能力;另一方面，在計算機程序的世界里，沒有特定的路徑，青少年可以自由發(fā)揮創(chuàng)意，用自己特有的方式解決問題，激活創(chuàng)新思維。

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，近年來我國在青少年編程教育領(lǐng)域開足馬力。2016年6月，教育部印發(fā)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》將信息化教學能力納入了學校辦學水平考評體系;2017年國務(wù)院出臺《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，要求在中小學階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，使青少年普及編程教育上升到國家戰(zhàn)略層面;在2018年《普通高中課程方案和語文等學科課程標準（2017版）》中，正式將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)處理、算法、開源硬件等正式劃入新課標[2]。青少年編程能力的培養(yǎng)不僅是素質(zhì)教育的新藍海，也是提升國家未來創(chuàng)新型人才競爭力的關(guān)鍵。

據(jù)統(tǒng)計，2019年，上?？萍拣^及上海自然博物館（上?？萍拣^分館）參觀人數(shù)超過600萬人次，全年共開展各類教育活動2.99萬場次，共有63.8萬人次的青少年學生參與各類科普教育活動?？梢哉f，博物館教育已經(jīng)成為了學校教育的有益延伸。

相較于傳統(tǒng)的學校教育，博物館的教育活動形式更多樣、內(nèi)容更豐富，能夠讓原本枯燥、復(fù)雜的編程知識變得更加生動有趣。因此，在博物館中開設(shè)編程課程，不僅能讓青少年在參觀學習的過程中培養(yǎng)對計算機科學的興趣、激發(fā)學習編程的熱情，也能進一步發(fā)揮科學技術(shù)類場館的科普功能和社會價值。

面對方興未艾的青少年計算機編程教育熱潮，2017年4月22日，上海科技館向公眾正式發(fā)布了全新的教育活動品牌——“趣玩編程”。

2 課程實施

2.1 趣玩編程概況

“趣玩編程”是上?？萍拣^原創(chuàng)推出的、基于Swift編程語言的博物館場景式系列編程課程。“趣玩編程”中的“趣”代表“樂趣”，另外則是取“去”的諧音，意為鼓勵青少年積極動手去創(chuàng)造。

“趣玩編程”課程使用Swift語言以及Swift Playgrounds中文版APP作為基礎(chǔ)教學工具。Swift語言是蘋果公司于2014年蘋果開發(fā)者大會（Worldwide Developers Conference，以下簡稱WWDC）發(fā)布的新開發(fā)語言，簡單、直觀、易上手是它的語言特性，對于初學者足夠友好，迅速成為了最受開發(fā)者歡迎的編程語言之一;而Swift Playgrounds則是一款專門用于學習Swift語言的、可視化的應(yīng)用程序。與目前市面上主流的可視化學習工具Scratch、inventor等相比，Swift Playgrounds趣味性強、操作簡單、易學，更適合零基礎(chǔ)的青少年開展編程學習。因為它并不要求使用者有任何的編程基礎(chǔ)，而是通過3D游戲闖關(guān)的形式，使用預(yù)先設(shè)置好的代碼控制角色在程序的世界里自由冒險，并且逐漸掌握“函數(shù)”“循環(huán)”“序列”等編程的基礎(chǔ)知識。教學實踐結(jié)果表明，基于Swift Playgrounds的9-13歲青少年的計算思維培養(yǎng)模式能夠有效地提升計算思維能力[3]。

“趣玩編程”每兩周在上?？萍拣^開課一次，公眾通過上海科技館網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)報名。課程面向9-13歲青少年，時長90 min，采取15人制的小班化教學，不要求學生有任何編程基礎(chǔ)，不收取任何費用，旨在用互動有趣的方式引導(dǎo)青少年學習編程，培養(yǎng)互聯(lián)網(wǎng)思維，激發(fā)創(chuàng)造力和想象力。

2.2與博物館展品展項相融合

基于展品的教育活動是博物館最基本的教育活動。相對于拓展性教育活動而言，基于展品的教育活動只有博物館才能開展，而拓展性教育活動則其它場所和機構(gòu)也可舉辦。所以，展品是博物館最大、最有特色的教育資源[4]。

因此，“趣玩編程”項目在設(shè)立之初就將“上海科技館場景式課件開發(fā)與教學”作為首要任務(wù)，旨在將編程教育中的知識點與博物館的物理場景相結(jié)合，通過展品展項所蘊含的科學原理，將原本抽象的“編程”概念實體化、形象化。這也是博物館教育相較于學校教育的優(yōu)勢之一。

例如，在“機器人世界”展區(qū)，主講老師會講解機器人的傳感器、機械運動、命令反饋、行為分析等與編程的關(guān)系，并且教授學生如何用Swift語言為Dash機器人、Meebot機器人進行編程;在“宇航天地”展區(qū)，主講老師會請上海天文館（在建中的上?？萍拣^分館）建設(shè)指揮部的研究人員作為嘉賓帶領(lǐng)學生一同探尋天體運行與編程中“循環(huán)”命令的關(guān)系;在“信息時代”展區(qū)，來自宋慶齡學校的蘋果杰出教育工作者（Apple Distinguished Educator，以下簡稱ADE）教師陳偉在講解二進制知識的同時，會帶領(lǐng)學生參觀展區(qū)中的一臺看似普通的AppleⅡ型計算機，如圖1所示。當年一位名叫李勁的上海小學生向鄧小平同志演示計算機編程時，鄧小平同志提出了“計算機教育要從娃娃抓起”的號召，這臺電腦就是當初李勁使用的演示電腦，而講課的陳偉老師就是李勁的學生。

2.3 合作形式

在“趣玩編程”項目的開展過程中，上?？萍拣^通過“館校合作”模式，與上海商學院合作，引入該校IOS開發(fā)者俱樂部優(yōu)質(zhì)的師資力量，在提升教學質(zhì)量的同時讓更多大學生走出象牙塔，走進博物館，利用專業(yè)所學為更多的青少年傳授編程的知識和樂趣。此外，以博物館為試驗田，科技館還攜手商學院合作開發(fā)出了36個適合小班化課堂教學的成熟課件資源包以及8集時長30 min的在線視頻課件，拓展課程受眾面。

另一方面，與企業(yè)進一步拓展館企合作領(lǐng)域和創(chuàng)新合作模式也是博物館科學普及教育發(fā)揮成效的重要途徑之一[5]。“趣玩編程”項目在實施過程中得到了蘋果公司的大力支持。在合作過程中，課程開發(fā)團隊引入了國外先進的編程教學理念和教學工具，也得到了相關(guān)課件開發(fā)資料、師資力量與硬件設(shè)備等的支持。對企業(yè)來說，開展“館校合作”能以開展公益活動的形式履行企業(yè)的社會責任、提升公眾形象，也能汲取課程在博物館落地的成功經(jīng)驗，并運用國際化優(yōu)勢進一步推廣。

2.4 課程開展

近些年，由非盈利的計算機編程教育機構(gòu)Code.org發(fā)起的“編程一小時”倡議，受到了谷歌、微軟、蘋果等大型IT企業(yè)的支持?！熬幊桃恍r”的目的在于讓數(shù)以百萬計的青少年用一個的時間，通過互動、游戲的方式了解計算機編程的入門知識，激發(fā)學習熱情。

與學校、教育機構(gòu)不同，博物館的受眾群體是不停流動的。因此，“趣玩編程”采用“編程一小時”的理念，目的是讓更多參觀博物館的青少年通過一個多小時非系統(tǒng)性的學習作為激發(fā)興趣的原點，從而了解編程、愛上編程。具體實施過程如下：

課程準備：“趣玩編程”每節(jié)課會有1名主講和2名助教組成授課團隊，15名左右9-13歲的青少年通過網(wǎng)上預(yù)約報名參加，時長90 min。主講負責整個課程的知識點講授，而助教則會配合主講進行游戲互動以及輔導(dǎo)學生完成編程任務(wù)。

自我介紹與破冰游戲：在每節(jié)課的開始，主講及助教會帶領(lǐng)參與者進行自我介紹和破冰游戲。破冰游戲一般以編程知識點為核心，例如用iPad為玩具機器人編程;通過“成語接龍”“連連看”的游戲來講解“循環(huán)”的概念;一位參與者扮演程序員、一位參與者扮演機器人，進行“真人”編程演示……目的在于在暖場熱身的同時，通過游戲為參與者打開編程世界的大門。

主題導(dǎo)入：如表1所示，每節(jié)課都會設(shè)置一個獨特的主題，通過青少年感興趣的話題與編程知識點、科技館的實體展品展項相結(jié)合，讓參與者了解到程序是如何驅(qū)動我們身邊一切事物的。

知識點展開：在主講及助教老師的指導(dǎo)下，參與者使用iPad上的Swift Playgrounds APP進行相關(guān)知識的學習。iPad及相關(guān)教學設(shè)備均由上?？萍拣^、上海商學院及蘋果公司聯(lián)合提供，不會安裝與教學無關(guān)的APP，這樣既可以避免學生自帶設(shè)備產(chǎn)生兼容性問題，也能夠讓參與者保持注意力。教學團隊會提前在Swift Playgrounds中安裝原創(chuàng)開發(fā)或者其他開發(fā)者共享的課件資源包，參與者通過操縱Swift Playgrounds中的游戲角色完成課件包的各項挑戰(zhàn)任務(wù)。如表2所示，通過課件任務(wù)的完成來達到學習編程知識的目的。

成果展示：參與者以小組的形式，通過大屏幕投屏或教具現(xiàn)場演示的形式展示學習成果。在所有課程學習結(jié)束之后，主講老師會為所有參與者頒發(fā)“趣玩編程”學習證書，鼓勵他們繼續(xù)保持對編程的學習熱情，探索程序的精彩世界。

2.5編程夏令營

有許多青少年在體驗過課程之后，展現(xiàn)出了巨大的學習熱情，甚至有長三角其他城市的青少年特意周末前往上?？萍拣^報名學習。因此，根據(jù)學生和家長提出的需求，“趣玩編程”團隊在2017-2019年的暑假，推出了長課時周期的“趣玩編程夏令營”（以下簡稱“夏令營”）。

如果說常規(guī)課程的核心在于讓參與者通過一個多小時的互動學習，激發(fā)對編程的興趣，那么夏令營則側(cè)重于更復(fù)雜、更高階的系統(tǒng)學習。夏令營利用青少年的暑期開展授課，周期為連續(xù)5天5節(jié)課，每節(jié)時長90 min，同樣通過網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)免費報名，名額為20人。為保證教學效果，所有參與者需要承諾全程參與（目前出席率達到100%）。

如表3所示，除了專門用于學習Swift語言的Swift Playgrounds App之外，夏令營選取常規(guī)課程中最受青少年歡迎的、能夠使用Swift語言進行編程的MeeBot跳舞機器人、Dash語音互動機器人、Sphero球形機器人、Parrot無人飛行器等四款機器人作為輔助教具。在5天的學習結(jié)束后，將所有參與者通過分組形式，用上述四種機器人編排一部情景短劇，并且用iPad自帶的多媒體剪輯軟件來錄制一部創(chuàng)意VCR。

3 社會效益

截至2019年12月，“趣玩編程”課程共在上海科技館開展常規(guī)教學56場、夏令營3場，超過1 100人次參與了現(xiàn)場學習。無論是常規(guī)課程還是“趣玩編程夏令營”，報名預(yù)約上線立即就被“秒殺”。為了能夠讓更多青少年參與到“趣玩編程”的學習，課程開發(fā)團隊錄制了完整的教學視頻課件，通過上?？萍拣^官網(wǎng)、官方微信、官方微博、騰訊視頻等渠道進行發(fā)布，讓更多喜愛編程的青少年受益。

“趣玩編程”也得到了社會及新聞媒體的關(guān)注，新華社（《很難懂、很無趣？上?？萍拣^邀青少年“趣玩編程”》）、中國新聞網(wǎng)（《上?？萍拣^發(fā)布“趣玩編程”啟迪互聯(lián)網(wǎng)思維》）、上視新聞綜合頻道（《“趣玩編程”課程落戶上?？萍拣^》）、上海觀察（《讓孩子“隨便”玩iPad，上?？萍拣^這次成了全球第一》）、上海日報（《Fun creative coding for kids》）等多家媒體報道了課程的開展情況。

人才培養(yǎng)方面，從2017年4月至2019年12月，課題項目已經(jīng)累計培養(yǎng)了5名上海科技館工作人員及20名上海商學院IOS俱樂部成員成為編程教育人員。其中2人獲得ADE稱號，10人獲得WWDC獎學金。

在2017年蘋果公司發(fā)布的《Apple中國企業(yè)責任報告2016—2017》中指出：“上海科技館基于Swift Playgrounds的課程——“趣玩編程”，成為中英文版Swift Playgrounds課程落地的全球首家博物館?！?018年紐約科學館已經(jīng)復(fù)制該模式成為全球第二家，新加坡科學館和中國科學技術(shù)館等也正在接洽中。

4 結(jié)語

2020年初，因疫情防控的需要，許多博物館的教育活動課程紛紛走到了線上。例如：國家博物館、山西博物院、南京博物院等多家博物館在網(wǎng)上聯(lián)合舉辦了“在家云游博物館”直播活動;上海自然博物館（上?？萍拣^分館）通過5G通訊技術(shù)開展線上教育活動高清直播，并且在5月18日國際博物館日到來之際，在嗶哩嗶哩網(wǎng)站舉行了“博物館奇妙夜”活動等。

線上教育改變了單一的課堂教學模式，并且也為發(fā)揮學生學習的主動性提供了可能[6]。隨著5G技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)高清直播、在線的大容量課件分享、多人即時互動、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等新型教學模式成為可能。

未來，“趣玩編程”也將探索網(wǎng)絡(luò)直播課件的開發(fā)與應(yīng)用，并且立足長三角科普場館聯(lián)盟平臺，進一步優(yōu)化課件內(nèi)容，通過課件資源包、網(wǎng)絡(luò)直播等形式讓“趣玩編程”品牌走出上海，讓更多長三角地區(qū)的青少年受益。此外，“館校合作”+“館企合作”的推廣也能夠吸引更多長三角地區(qū)的學校、企業(yè)、科研院所等社會力量參與博物館編程教育的交流合作、課件研發(fā)，推動長三角地區(qū)科普服務(wù)的聯(lián)動推進和科普資源的協(xié)同發(fā)展。

參考文獻

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[3]王晶晶，康葉欽.小學生計算思維的培養(yǎng)——基于Swift Playgrounds的探索性研究[J].教育導(dǎo)刊，2019（02）：71-76.

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