小學(xué)m icro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)中STEAM教育理念的滲透

■福建省晉江市養(yǎng)正中心小學(xué) 李良機

如今，單一技能的應(yīng)用已經(jīng)不能支撐人才的發(fā)展，社會要更多綜合型人才。STEAM屬于具有較強實踐性的一種超學(xué)科的基本教育理念，同單學(xué)科的教育以及傳統(tǒng)對書本關(guān)注的理念有一定的差異。在新課程改革的實施中，micro:bit憑借簡單易學(xué)的特征備受廣大師生青睞，并且逐漸進入小學(xué)信息技術(shù)課堂。為了能實現(xiàn)人才培養(yǎng)基礎(chǔ)的夯實，小學(xué)信息技術(shù)教師就要考慮到教育理念的基本滲透，然后將其作為基本，以此來實現(xiàn)有效的micro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)，從而革新傳統(tǒng)教學(xué)方式，既讓學(xué)生基于親身體驗扎實掌握信息技術(shù)課程的基礎(chǔ)知識，又教會學(xué)生在實踐中舉一反三，實現(xiàn)綜合發(fā)展。

一、小學(xué)m icro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)與STEAM教育理念簡述

micro:bit最早起源英國，是英國廣播電視公司與微軟、ARM等諸多知名企業(yè)共同開發(fā)的微電腦開發(fā)板。從本質(zhì)上來說它屬于開源硬件平臺，開發(fā)它的目標是為了充分調(diào)動學(xué)生參與到創(chuàng)造性硬件制作與軟件編程活動中。micro:bit專為青少年編程教育而設(shè)計，尤其適合在少兒編程教學(xué)中應(yīng)用。

STEAM是通過STEM發(fā)展所得，基于STEM增添了藝術(shù)，形成STEAM。因此，STEAM教育就直接將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)教育融合在一起，通過相互之間的融合，最終就能實現(xiàn)：在實際問題解決的關(guān)鍵階段，發(fā)揮工程的核心作用，并且將數(shù)學(xué)與科學(xué)作為其基礎(chǔ)，藝術(shù)是非常重要的驅(qū)動力，貫穿到STEAM教育的全過程，同時能實現(xiàn)技術(shù)學(xué)科中的創(chuàng)意與設(shè)計方案。

任何事情要想取得成功，都不能只依賴某一種能力，必須具有多種能力，例如，在生產(chǎn)高科技電子產(chǎn)品的過程中，既需要科學(xué)和技術(shù)，通過高科技手段實現(xiàn)產(chǎn)品功能的創(chuàng)新，又需要設(shè)計好看的、令人賞心悅目的外觀，即藝術(shù)等領(lǐng)域的綜合才能。由此可見，培養(yǎng)小學(xué)生綜合能力是教師的關(guān)鍵任務(wù)，從而在小學(xué)micro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)中實現(xiàn)STEAM教育理念滲透，就具有重要的現(xiàn)實意義。為了在micro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)中滲透STEAM教育理念，應(yīng)明確其具體的教學(xué)模式，主要有項目式學(xué)習(xí)、設(shè)計式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)、混合式學(xué)習(xí)等模式，其中項目式學(xué)習(xí)是STEAM教育中最常用的模式之一，這里探討的就是以STEAM教育理念為基礎(chǔ)的項目式學(xué)習(xí)模式。在小學(xué)micro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)中滲透STEAM教育理念，可以引導(dǎo)小學(xué)生圍繞作品主題展開想象、聯(lián)想，實施創(chuàng)意性開發(fā)，同時構(gòu)思作品的整個工程設(shè)計和分析，思考如何通過編程語塊組建程序，最終順利解決問題，有效培養(yǎng)綜合能力。

二、小學(xué)m icro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)中滲透STEAM教育理念的準備

（一）明確教學(xué)理論依據(jù)

目前，國際之間的競爭在支出的加劇，而為了能實現(xiàn)綜合國力的全面提升，都在開始關(guān)注對綜合創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。STEAM教育理念作為加強創(chuàng)新綜合型人才培養(yǎng)的教育新潮流，在培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和解決問題能力、創(chuàng)造精神等方面發(fā)揮了重要作用。STEAM教育理念要滲透、要落地孵化，最終要通過課程案例的形式來呈現(xiàn)。而micro:bit就是將8~12歲兒童作為主要對象的編程軟件，是一種簡單易用的圖形編程軟件，特別適合小學(xué)生使用，在培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力和想象力、創(chuàng)新力等方面的作用也是毋庸置疑的。所以，STEAM教育理念本身就能與mi?cro:bit創(chuàng)意編程擁有一致性的特點。因此，這對小學(xué)階段的micro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)是非常合理的，同時還可以讓教育能變得更加具體，同時也能讓實施變得更加的具有可行性，最終提供理論化的依據(jù)來服務(wù)micro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)。在micro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)中，教師借助python等編程軟件進行創(chuàng)意編程教學(xué)設(shè)計，目的就在于引導(dǎo)學(xué)生進行知識的融合與創(chuàng)新，通過以新課程標準為導(dǎo)向融合美術(shù)、音樂、語文、數(shù)學(xué)和歷史等學(xué)科知識，加強實踐鍛煉，提高綜合能力。

（二）做好教學(xué)目標分析

在micro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)中滲透STEAM教育理念，教學(xué)目標主要是培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，使其基于操作和實踐掌握基本編程技能，提升核心素養(yǎng)。

第一，初步掌握使用micro:bit來編程的方法。引導(dǎo)小學(xué)生對相關(guān)知識加以熟悉，并且能對應(yīng)的掌握其使用的基本方法和規(guī)則；熟悉micro:bit的基本組成模塊，熟悉指令、控制、事件、邏輯運算以及偵測等模塊的功能；通過軟件的實用，就可以實現(xiàn)創(chuàng)意編程作品簡單的創(chuàng)作。第二，掌握編程設(shè)計基礎(chǔ)知識，基本形成計算思維和計算能力。基于STEAM教育理念，在對應(yīng)的教學(xué)活動實施進程中，就要求將對應(yīng)的項目任務(wù)加以落實，這樣就可以掌握到基礎(chǔ)性的編程設(shè)計知識，例如，序列、循環(huán)、變量和分支判斷等程序知識，可以理解算法問題等；在實踐操作中持續(xù)應(yīng)用程序知識，建立計算思維和計算能力體系。第三，構(gòu)建創(chuàng)新思維，增強創(chuàng)新意識。通過開展micro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)，引導(dǎo)小學(xué)生在觀察編程作品時發(fā)散思維，進行作品的再想象、再創(chuàng)造，在培養(yǎng)創(chuàng)新思維的同時提高創(chuàng)新意識。第四，基于跨學(xué)科模式實現(xiàn)對知識的綜合運用。注重多學(xué)科的相互融合，是目前最為顯著的特點之一，其牽涉到教育理念的各個方面。因此，小學(xué)生在學(xué)習(xí)micro:bit創(chuàng)意編程的過程中可以學(xué)習(xí)各學(xué)科知識，基于多學(xué)科模式構(gòu)建統(tǒng)一知識體系，鍛煉應(yīng)用跨學(xué)科知識的能力，提高問題解決能力。

（三）了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況

基于小學(xué)高年級學(xué)生作為基本的研究對象，實現(xiàn)教學(xué)中STEAM教育理念的合理融入。因為小學(xué)高年級的學(xué)生，其本身是出于從具體運算朝著形式運算過程的黃金階段，所以，就可以考慮到抽象概念的建立健全，這樣就會讓其本身擁有一定的分類能力、運算能力以及排列能力。而且高年級小學(xué)生可能已經(jīng)接觸過部分編程軟件，具備一定的程序設(shè)計和算法起點。micro:bit又屬于微電腦開發(fā)板，搭配拓展模塊能進行進階式創(chuàng)意編程學(xué)習(xí)，學(xué)生可以用它創(chuàng)作小游戲和音樂、動畫等，實現(xiàn)在學(xué)中玩、在玩中學(xué)。

三、小學(xué)m icro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)中滲透STEAM教育理念的原則

（一）趣味性

micro:bit創(chuàng)意編程最顯著的特點在于趣味，若是教學(xué)沒有趣味性，那么利用micro:bit微電腦開發(fā)板創(chuàng)作的作品自然會顯得無趣，無疑埋沒了micro:bit最大的優(yōu)勢。優(yōu)秀的micro:bit編程作品在編程技術(shù)和畫面、聲音、劇情安全上必定有過人之處，教師只有在教學(xué)過程中創(chuàng)作充滿趣味的micro:bit編程作品，讓小學(xué)生本身帶有強烈的探究欲望。這樣才能促使他們?yōu)榱藵M足個人好奇心、成就感而主動探索、練習(xí)，在教學(xué)環(huán)節(jié)達到培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的目的。例如，教師可以創(chuàng)作小動畫或是小游戲，或是在視覺藝術(shù)和聽覺藝術(shù)上狠下功夫。

（二）情境交互性

STEAM教育理念對知識遷移與應(yīng)用非常的關(guān)注，同時也能明確多學(xué)科知識的利用，以此來實現(xiàn)實際問題的有效處理。滲透了STEAM的micro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)活動就應(yīng)遵循仿生活情境性和交互性的原則，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)在生活中遷移運用所學(xué)知識的情境。如果micro:bit作品能貼合到小學(xué)生的生活經(jīng)驗以及知識背景，這樣就可以在現(xiàn)實生活與知識學(xué)習(xí)之間建立起橋梁。在情境交互性活動中，學(xué)生不僅可以體會學(xué)習(xí)micro:bit創(chuàng)意編程的樂趣，還能更好地在生活中運用知識。例如，在仿生活性micro:bit創(chuàng)意編程情境中，學(xué)生和micro:bit作品充分互動，提高參與micro:bit游戲作品或是動畫作品的參與程度。

（三）學(xué)科整合性

STEAM教育理念側(cè)重各個學(xué)科之間的融合，所以有必要根據(jù)學(xué)科整合性原則開展micro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)實踐活動。micro:bit微電腦開發(fā)板涉及的各個模塊可以滿足與學(xué)科的整合需求。在解決問題的過程中，各學(xué)科知識并非獨立發(fā)揮作用，往往要深度融合多學(xué)科知識，將STEAM教育的這一理念滲透到micro:bit作品中，突出特征就在于跨學(xué)科知識整合。在micro:bit創(chuàng)意編程中通過項目是學(xué)習(xí)模式的合理運用，就可以滿足多個學(xué)科之間的相互整合的要求，通過設(shè)計場景化或是游戲化的micro:bit作品，成功解決現(xiàn)實問題。同時，提高micro:bit創(chuàng)意編程學(xué)習(xí)的趣味性，讓學(xué)生切身體會“學(xué)玩合一”，形成深度學(xué)習(xí)能力。例如，在micro:bit微電腦開發(fā)板中相關(guān)模塊的合理運用之后，就可以實現(xiàn)對音樂知識的有效整合；利用畫筆模塊，整合美術(shù)學(xué)科知識；利用數(shù)字和邏輯運算模塊，整合數(shù)學(xué)學(xué)科知識等。

四、小學(xué)m icro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)中滲透STEAM教育理念的實踐探索

（一）“智能溫度計”創(chuàng)意編程案例

1.活動設(shè)計

智能溫度計屬于具備較強擴展性的創(chuàng)意編程項目，根據(jù)實際難度大小和學(xué)科融合程度能合理劃分為基礎(chǔ)編程與進階編程兩個部分。由于該項目集成了溫度傳感器，因此基礎(chǔ)編程所需硬件僅僅是micro:bit微電腦開發(fā)板和一條安卓數(shù)據(jù)線，指導(dǎo)學(xué)生開始編程設(shè)計后做好仿真測試，隨后與micro:bit微電腦開發(fā)板進行連接來對環(huán)境溫度進行準確檢測。而進階編程更加適用于高年級小學(xué)生，它在基礎(chǔ)編程的要求下設(shè)置了基礎(chǔ)擴展板、蜂鳴器等，能實現(xiàn)高溫報警功能。

2.活動實施

（1）情境設(shè)計?；顒娱_始之前先向?qū)W生提出如下問題：大家覺得冬天與夏天有什么不同的感受？讓學(xué)生得出溫度的變化，再次提問：我們往往依靠感覺來判定物體的冷熱程度，這樣準確嗎？從而引導(dǎo)學(xué)生意識到溫度計在生活中的重要性，最后拋出micro:bit集成溫度傳感器，讓學(xué)生代入問題思考是否可以利用mi?cro:bit來設(shè)計一個智能溫度計，學(xué)生都充滿了興趣。

（2）任務(wù)規(guī)劃。借助智能溫度計導(dǎo)學(xué)案可以讓學(xué)生對此次的創(chuàng)意編程項目有基本的了解，通過小組交流探討的模式來得到問題的關(guān)鍵點，擬定對應(yīng)的解決方案，對智能溫度計設(shè)計要涉及的相關(guān)材料予以列舉。另外，教師針對創(chuàng)意編程項目的關(guān)鍵知識點展開細致講解。依靠全面深入的溝通交流，學(xué)生僅用了幾分鐘時間便得出智能溫度計的基本設(shè)計流程是將感應(yīng)到的溫度數(shù)據(jù)通過LED進行顯示，其中涉及的積木模塊屬于基本模塊中的顯示數(shù)字和輸入模塊中的溫度。

（3）編程設(shè)計與調(diào)試。根據(jù)創(chuàng)意編程項目需求對程序代碼進行編寫并進行仿真測試，連接micro:bit微電腦開發(fā)板并發(fā)送程序，把順利載入程序的micro:bit微電腦開發(fā)板放置于實際環(huán)境中實施調(diào)試，能適當(dāng)增加熱風(fēng)來控制環(huán)境溫度變化，最后要求學(xué)生對程序代碼進行優(yōu)化編寫。micro:bit集成了傳感器和軟件的易用性，小學(xué)生實際操作過程中并未存在插錯線的現(xiàn)象，可以真正全身心參與到創(chuàng)意編程活動中，促進教學(xué)效率提升。

（4）任務(wù)拓展。要求學(xué)生拓展思考高溫報警功能如何實現(xiàn)，例如，可以在LED中加入hot的短語顯示。

（5）評價總結(jié)。對學(xué)生創(chuàng)意編程任務(wù)的實際完成情況予以檢查，對學(xué)生作品實施客觀評價，最后由教師對此次活動予以總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣讓溫度計變得更智能，讓其利用課余時間思考和學(xué)習(xí)。

對此次智能溫度計的創(chuàng)意編程活動，能看到借助于micro:bit微電腦開發(fā)板在促進小學(xué)生STEAM素養(yǎng)方面表現(xiàn)出的突出優(yōu)勢，依靠創(chuàng)意編程活動不僅僅可以讓學(xué)生深化對其他課程知識的理解，還能感受到利用編程的方式可以讓硬件變得更智能，有效激發(fā)了他們學(xué)習(xí)編程的積極性。針對怎樣充分發(fā)揮出micro:bit在創(chuàng)意編程教學(xué)中滲透STEAM教育理念的更多優(yōu)勢，是教師在未來實際教學(xué)中應(yīng)持續(xù)研究和思考的問題。

（二）課文《草船借箭》創(chuàng)意編程案例

1.分析編程內(nèi)容

在語文與歷史之中都會涉及《草船借箭》這一個故事，在開展micro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)時就可利用其故事情節(jié)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)那榫常龑?dǎo)他們學(xué)習(xí)。這一micro:bit創(chuàng)意編程案例和《小花匠》相比難度更大，學(xué)生要掌握micro:bit微電腦開發(fā)板的各個模塊和程序指令等，同時運用所學(xué)知識自主進行項目程序設(shè)計。要想讓學(xué)生把《草船借箭》的故事情節(jié)和動畫演變、人物變化等設(shè)計得有趣、生動，教師的指導(dǎo)不可或缺，所以滲透STEAM教育理念，指導(dǎo)學(xué)生不斷增強自身的體驗，這樣就能享受到成功的喜悅。

2.加強項目實踐

在案例項目實踐實施環(huán)節(jié)，筆者把全班學(xué)生分成若干小組，每組四名成員，通過合作方式進行項目式學(xué)習(xí)。如此，學(xué)生面對真實學(xué)習(xí)任務(wù)，綜合運用各學(xué)科知識，基于小組合作學(xué)習(xí)環(huán)境開展一系列自主探究活動，然后做好作品或探究成果的表達、展示、交流。在項目式學(xué)習(xí)中，各小組成員踴躍參與、各抒己見，憑借團體的力量融合不同創(chuàng)意，創(chuàng)作良好的micro:bit編程作品。

首先，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境。筆者在導(dǎo)入環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生回憶課文《草船借箭》的內(nèi)容，講授這一著名的三國典故，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動參與積極性。同時，鼓勵學(xué)生自主查閱資料和文獻，讓他們在了解故事以后開展背景和角色、編程的設(shè)計。

其次，設(shè)計恰當(dāng)?shù)娜蝿?wù)?！恫荽杓穖icro:bit創(chuàng)意編程設(shè)計案例的任務(wù)主要分成四個，每一個小組的四名成員分別負責(zé)其中一個。我設(shè)計的四個項目任務(wù)情節(jié)相互銜接，要求每一名成員進行交流、研討，一起完成程序設(shè)計。

（1）設(shè)計舞臺背景和角色。學(xué)生可以利用課外素材導(dǎo)入舞臺的背景，并按照筆者創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)情境，加入與情節(jié)契合的背景；按照故事情節(jié)進行角色設(shè)計，包括草船、箭、士兵等。分析角色：岸邊的士兵超大霧彌漫的水中不斷射箭，一開始草船呈無箭狀態(tài)，射到水中的箭可以被草船收集，射到舞臺以外的箭直接消失。按照故事情節(jié)，學(xué)生可以明確每個角色的出現(xiàn)順序、效果，如依次為岸邊的士兵、和士兵處于相同水平線的箭、出現(xiàn)在河里的無箭草船、進行箭的克隆、向水中發(fā)射箭、草船收集箭。而且射箭產(chǎn)生的聲音是角色設(shè)計的組成部分之一，學(xué)生利用micro:bit的聲音模塊加入射箭聲音的設(shè)計，并使用重復(fù)執(zhí)行語句，保持射箭聲音的持續(xù)性。

（2）設(shè)計萬箭齊發(fā)的動態(tài)過程。該項目任務(wù)要求學(xué)生巧妙使用micro:bit控制指令的克隆語句，不斷復(fù)制箭。此時學(xué)生借助數(shù)學(xué)學(xué)科的坐標圖原理明確舞臺左右兩端坐標的大小，并在橫坐標水平線之上不斷進行箭的復(fù)制；從士兵的位置到靠著河邊的舞臺邊沿是縱坐標，供箭運動。筆者提醒學(xué)生要注意控制箭的本體，在復(fù)制時點擊編輯程序，是否能實現(xiàn)萬箭齊發(fā)的效果則是由運用克隆體來決定的。要在克隆體啟動下進行程序設(shè)計，設(shè)置箭向下的方向運動，重復(fù)執(zhí)行移動程序就能呈現(xiàn)出萬箭齊發(fā)的震撼效果。

（3）設(shè)計草船收集箭的靜態(tài)過程。該項目任務(wù)是完成借箭的一個關(guān)鍵流程，能改進第二個任務(wù)的程序。為了預(yù)防克隆的箭直接從草船穿過，學(xué)生在克隆體啟動下重復(fù)執(zhí)行語句，設(shè)置當(dāng)箭觸碰草船就將克隆體刪除的程序，使克隆體碰到草船以后消失。另外，為了預(yù)防射出去的箭在舞臺邊沿堆積，還指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計克隆體在箭觸碰舞臺邊沿時也消失的程序。這一項任務(wù)要用到micro:bit控制指令的如果、那么語句以及偵測指令的碰到語句，利用這兩個指令設(shè)計箭的克隆體以后，就能呈現(xiàn)出草船收集箭的靜態(tài)效果。在程序設(shè)計環(huán)節(jié)，筆者還提醒學(xué)生要關(guān)注草船的兩種狀態(tài)：射箭程序剛剛啟動時草船尚未收集到箭、草船收滿箭。這兩種狀態(tài)可以利用外觀指令的顯示、隱藏加以控制，實現(xiàn)狀態(tài)的切換。

（4）設(shè)計草船收集箭的動態(tài)過程。考慮到諸葛亮、周瑜立下了三天借到十萬支箭的軍令狀，靜態(tài)草船卻難以借到數(shù)量足夠的箭，所以筆者指導(dǎo)學(xué)生基于草船角色進行草船移動程序的設(shè)計，這是比較簡單的。如果將鍵盤上的→（右）鍵按下，草船就向右移動；如果將鍵盤上的←（左）鍵按下，草船就向左移動。這樣就實現(xiàn)了對草船移動的手動控制，有助于草船收集數(shù)量足夠的箭。在重新點擊開始時，移動之后的草船還將直接回到初始位置，這個時候也可以利用數(shù)學(xué)學(xué)科的坐標圖原理進行初始化處理。

最后，進行作品交流與評價。STEAM教育理念是鼓勵分享的，最終就可以對應(yīng)的實現(xiàn)交流習(xí)慣與分享習(xí)慣的建立與完善。當(dāng)學(xué)生完成《草船借箭》micro:bit作品的設(shè)計后，展示、交流和評價就是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，要對學(xué)生的創(chuàng)意編程設(shè)計做出直觀的評價，學(xué)生之間也可以通過相互交流、分享完善作品制作。教師應(yīng)在項目式學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)進行多元評價，包括學(xué)生自我評價、組內(nèi)成員相互評價、小組之間相互評價和教師點評等。評價并非為了指出micro:bit作品的優(yōu)劣，而是以此為契機鼓勵學(xué)生，調(diào)動他們學(xué)習(xí)micro:bit創(chuàng)意編程的主觀能動性。不管是小組形式還是學(xué)生個人完成的micro:bit作品，教師都要鼓勵學(xué)生分享、交流，進行同伴之間的評價，然后教師組織點評，提高學(xué)生的實踐綜合能力，讓他們敢于動手、敢于表達，自主總結(jié)所學(xué)知識，完善知識結(jié)構(gòu)，在總結(jié)和反思中不斷進步。

五、結(jié)語

在實際教學(xué)中，教師通過加深對micro:bit和STEAM的理解，做好在micro:bit創(chuàng)意編程教學(xué)中滲透STEAM教育理念的準備工作，并根據(jù)相應(yīng)原則進行案例實踐探索，一方面，讓小學(xué)生初步感知到了程序設(shè)計語言和編程的魅力，了解了基本的編程原理，另一方面，加強了學(xué)生的項目式操作學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生的編程能力和信息素養(yǎng)，有效地提高了小學(xué)生的綜合能力，為學(xué)生的全面發(fā)展提供有力保障。