STEAM教育理念下的小學(xué)編程校本教材開發(fā)研究

張漢城

摘要：STEAM教育強調(diào)學(xué)科的多維性，主張打破學(xué)科領(lǐng)域邊界對學(xué)生進(jìn)行綜合性教育?；赟TEAM教育理念開發(fā)小學(xué)編程校本教材，有助于學(xué)生建構(gòu)程序的整體開發(fā)過程，發(fā)展綜合能力。文章從STEAM應(yīng)用特征和STEAM思維培養(yǎng)兩個角度，論述基于STEAM教育理念開發(fā)小學(xué)編程校本教材的具體實踐。

關(guān)鍵詞：STEAM教育編程校本教材

STEAM教育強調(diào)學(xué)科的多維性，將科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）融合起來，主張通過項目式學(xué)習(xí)，打破學(xué)科領(lǐng)域邊界，對學(xué)生進(jìn)行綜合性教育。以STEAM教育理念來開展編程教學(xué)，有助于學(xué)生建構(gòu)程序的整體開發(fā)過程，從而更好地理解程序的建模、編寫、調(diào)試、優(yōu)化等環(huán)節(jié)，發(fā)展綜合能力，達(dá)到學(xué)以致用。

研究發(fā)現(xiàn)，目前小學(xué)階段的編程教材絕大多數(shù)僅滿足于信息技術(shù)學(xué)科綱要的需要，忽視了對學(xué)生在確定項目、程序建模、調(diào)試、優(yōu)化等方面的具體指導(dǎo)，使學(xué)生的編程思維具有局限性，弱化了對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，不利于學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展。為解決這個問題，筆者在STEAM教育理念的指引下，以Scratch為編程教學(xué)載體，對相關(guān)知識點及呈現(xiàn)方式進(jìn)行建構(gòu)，開發(fā)出《貓貓帶你學(xué)Scratch編程》校本教材。文章從STEAM應(yīng)用特征和STEAM思維培養(yǎng)兩個角度，論述基于STEAM教育理念開發(fā)小學(xué)編程校本教材的具體實踐。

一、認(rèn)清STEAM應(yīng)用特征，明確校本教材編寫方向

黃家驊教授認(rèn)為，STEAM把體現(xiàn)博識與理性的“科學(xué)”放在首項，把體現(xiàn)實踐與研發(fā)的“技術(shù)”放在次項，把體現(xiàn)項目與應(yīng)用的“工程”放在第三項，把體現(xiàn)靈巧與美感的“藝術(shù)”放在第四位，把體現(xiàn)邏輯與規(guī)范的“數(shù)學(xué)”放在第五位。在編程校本教材的開發(fā)中，是否仍需沿用這樣的順序？筆者認(rèn)為，必須認(rèn)清STEAM在小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)中的特征，方能確立校本教材的編寫方向。

（一）技術(shù)為基礎(chǔ)。程序設(shè)計需要學(xué)生通過大量的實踐練習(xí)，方能掌握相應(yīng)的技能。為此，STEAM理念指導(dǎo)下的小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)，要凸顯技術(shù)為基礎(chǔ)的應(yīng)用性特征，即以技術(shù)為基礎(chǔ)，用工程和數(shù)學(xué)的手段表現(xiàn)科學(xué)和藝術(shù)。學(xué)生在學(xué)習(xí)程序設(shè)計的過程中，經(jīng)歷技術(shù)掌握—工程實施—數(shù)學(xué)邏輯—科學(xué)思維—藝術(shù)美化等過程，既滿足個人在編程方面的認(rèn)知需求，又促進(jìn)其對多門學(xué)科知識與技能的綜合應(yīng)用。

（二）Scratch為載體?？v觀小學(xué)信息技術(shù)編程教材，主要是以Logo或Scratch為載體進(jìn)行教材架構(gòu)。其中，Logo程序的黑白界面、煩瑣的語法容易讓學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，可以說，Logo程序的藝術(shù)元素是非顯性的。因此，筆者選擇Scratch程序作為小學(xué)編程校本教材的載體，用Scratch程序彩色的界面、可愛的卡通角色、類似“搭積木”的編程方式，讓學(xué)生對編程變得更加期待，為編程教學(xué)打造良好的開端。

（三）維度為方向。在技術(shù)為基礎(chǔ)、Scratch為載體的前提下，還需明確Scratch編程教學(xué)的STEAM維度，方能讓校本教材的編寫有理有據(jù)。經(jīng)過研究，我將與STEAM密切結(jié)合的Scratch編程維度設(shè)置如表1：

表1Scratch編程教學(xué)的STEAM維度

Scratch編程教學(xué)目標(biāo)

運用Scratch的編程規(guī)則進(jìn)行程序設(shè)計

發(fā)現(xiàn)的問題要有解決的價值，分析問題的過程要考慮“時間、成本、質(zhì)量”等問題，編寫的Scratch最終程序能有效運行并解決問題

Scratch程序參數(shù)設(shè)置合理、程序算法邏輯正確等

運用Scratch編寫的程序能解決從現(xiàn)實生活中發(fā)現(xiàn)的問題

界面美觀、程序合理、程序簡潔、程序創(chuàng)新

STEAM教育理念下的小學(xué)編程校本教材開發(fā)研究

2021年6月上第16期（總第80期）

二、關(guān)注STEAM思維培養(yǎng)，設(shè)置校本教材編寫模塊

STEAM教育所培養(yǎng)的綜合能力是“跨學(xué)科的多元思維”指導(dǎo)下的知識綜合運用能力。要達(dá)到這一目標(biāo)，就要發(fā)展好學(xué)生的“跨學(xué)科的多元思維”。結(jié)合Scratch編程教學(xué)的STEAM維度，這些思維可以分為技術(shù)思維、工程思維、科學(xué)思維、數(shù)學(xué)思維、藝術(shù)思維五大類型，這五類思維并不是單獨得到訓(xùn)練的，而是在有關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)中一個或者多個思維被同時關(guān)注。為讓沒有相關(guān)經(jīng)驗的教師更快上手基于STEAM教育理念的編程教學(xué)，進(jìn)而讓學(xué)生的STEAM思維在編程中得到充分培養(yǎng)，筆者采取教案式的編寫方式，在十二課時的總框架（如表2所示）中，每課均合理設(shè)置“生活情境創(chuàng)設(shè)”“程序建模引導(dǎo)”“程序調(diào)試優(yōu)化”等模塊，保障了學(xué)生STEAM教育五大思維培養(yǎng)的空間?！糉L）〗

（一）項目化的生活情境創(chuàng)設(shè)，發(fā)展學(xué)生的工程思維。中小學(xué)綜合實踐活動課程指導(dǎo)綱要指出，課程開發(fā)要面向?qū)W生的個體生活和社會生活。編程從屬于綜合實踐活動，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)合適的生活情境，讓學(xué)生在具體的情境中去確定研究項目，從探索的視角展開學(xué)習(xí)，有利于發(fā)展學(xué)生的工程思維。鑒于此，在每課起始階段，筆者創(chuàng)設(shè)“小小導(dǎo)演”模塊，通過文字描述的方式來提供生活情境。學(xué)生需要在閱讀、理解“小小導(dǎo)演”內(nèi)容的基礎(chǔ)上，思考本課要完成什么項目、該項目有何約束條件。如在“貓貓上樓梯”這課中，“小小導(dǎo)演”這樣表述：貓貓想睡覺了，它的房間在二樓，可它現(xiàn)在在一樓門口，上去的樓梯是有轉(zhuǎn)角的，你能用最簡潔的程序指令幫幫它嗎？在助人為樂價值觀的驅(qū)使下，學(xué)生可結(jié)合自己上樓梯的實踐體驗，得出該課的主項目為“幫助貓貓從一樓門口上到二樓”，并細(xì)化成“幫助貓貓從一樓門口走到樓梯口”“幫助貓貓從樓梯口走到樓梯轉(zhuǎn)角”“幫助貓貓從樓梯轉(zhuǎn)角走到二樓”三個小項目。之后，學(xué)生可再次閱讀“小小導(dǎo)演”內(nèi)容，圈出約束條件為“最簡潔的程序指令”。在項目化生活情境中，學(xué)生有關(guān)“把工程〖HJ2.2mm〗做成”“工程的限制性”等工程思維得到發(fā)展，編程校本教材的工程維度得到很好的體現(xiàn)。

（二）支架式的程序建模引導(dǎo)，訓(xùn)練學(xué)生的技術(shù)思維和科學(xué)思維?！糐P2〗在目前的編程教學(xué)領(lǐng)域，西方國家長期領(lǐng)先，因此我國絕大多數(shù)編程教材與西方國家一樣，側(cè)重采取向?qū)W生灌輸程序設(shè)計語言語法知識的編寫方式，忽視學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，導(dǎo)致學(xué)生覺得編程很難。針對我校學(xué)生編程學(xué)習(xí)零起點的現(xiàn)實，為讓學(xué)生學(xué)得容易，更好實現(xiàn)編程教學(xué)目標(biāo)，筆者在每課均安排支架式模塊，引導(dǎo)學(xué)生在明確學(xué)習(xí)項目的基礎(chǔ)上將相關(guān)學(xué)習(xí)要素定位在具體的指令塊上，進(jìn)而順利建構(gòu)出程序模型。具體做法為：在“小小導(dǎo)演”之后設(shè)置“我會建?！蹦K，以學(xué)習(xí)單的形式幫助學(xué)生理清思維。學(xué)習(xí)單以表格形式呈現(xiàn)，啟發(fā)學(xué)生分析學(xué)習(xí)項目中涉及哪些對象、每個對象包含哪些動作、每個動作對應(yīng)哪些指令塊。學(xué)生在思考中會逐步剔除不符合生活實際的程序表現(xiàn)方式，讓程序模型更具科學(xué)性。其中，對象可為Scratch中的角色，也可為Scratch中的背景。以“貓貓上樓梯”為例，“我會建?！敝袑W(xué)習(xí)單的填寫如表3所示，學(xué)生先后剔除“直接從門口上到二樓”“以瞬移的方式上樓梯”這兩種不合理的做法。通過“我會建?！睂W(xué)習(xí)單支架式地助力，學(xué)生把看起來很復(fù)雜的問題變成一個個通過相應(yīng)指令塊可以實現(xiàn)的操作，技術(shù)思維和科學(xué)思維訓(xùn)練到位。

（三）反思下的程序調(diào)試優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維和藝術(shù)思維。當(dāng)學(xué)生完成程序部分腳本或整個腳本搭建后，檢查腳本是否能夠按照預(yù)期運行便被提上日程，程序調(diào)試與程序優(yōu)化成了此時的重點工作。如果能在教材中合理設(shè)置引導(dǎo)學(xué)生反思的模塊，就能促進(jìn)學(xué)生對程序進(jìn)行調(diào)試與優(yōu)化處理?；诖?，筆者在校本教材編寫中設(shè)置了兩種反思模式。第一種模式，在程序部分腳本搭建完成的時候，設(shè)置“想一想”模塊，伴隨活動啟發(fā)學(xué)生思考，拓展學(xué)生認(rèn)知。如在“貓貓上樓梯”中，當(dāng)?shù)谝粋€子項目腳本搭建完成時，設(shè)置“想一想”模塊，提問學(xué)生“‘在……內(nèi)滑行到……指令塊的第一個參數(shù)，與什么有關(guān)？”，從而讓學(xué)生明白，第一個參數(shù)還需要考慮距離因素，不能隨便設(shè)置。第二種模式，在整個程序腳本搭建完成的時候，設(shè)置“創(chuàng)意大比拼”模塊，在課末啟發(fā)學(xué)生對現(xiàn)有程序進(jìn)行反思。同樣是“貓貓上樓梯”這課，在學(xué)習(xí)活動即將結(jié)束時，筆者設(shè)置了“創(chuàng)意大比拼”模塊，讓學(xué)生思考“貓貓大小與房間比例是否協(xié)調(diào)”“程序還可以怎么改進(jìn)”等問題。“想一想”模塊主要引導(dǎo)學(xué)生思考指令塊參數(shù)設(shè)置是否合理、程序算法邏輯是否正確等問題，讓他們數(shù)學(xué)思維得到培養(yǎng);“創(chuàng)意大比拼”模塊著重讓學(xué)生思考程序界面是否能更美觀、程序是否能更合理、程序是否能更簡潔、現(xiàn)行腳本是否能創(chuàng)新等問題，讓他們的藝術(shù)思維得到鍛煉。

隨著研究的深入，這套基于Scratch載體、體現(xiàn)STEAM教育理念的小學(xué)編程校本教材還可以進(jìn)一步完善。特別是如何立足STEAM多元評價來創(chuàng)設(shè)對學(xué)生相關(guān)能力的合理評價標(biāo)準(zhǔn)并納入校本教材，應(yīng)該成為下一階段的研究目標(biāo)，從而更好地促進(jìn)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：〖HT9.SS〗

〖1〗林葉薇，黃家驊.“STEAM教育”的價值取向〖J〗.福建教育，2018（24）：36〖CD*2〗38.

〖2〗李彤彤.創(chuàng)客式教學(xué)：面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的STEAM課程教學(xué)新范式〖J〗.中國電化教育，2018（9）：4046.