基于STEAM理念的少兒編程課程體系的研發(fā)

方芳 陳曉偉

摘要：當(dāng)今正處于一個信息化大爆炸的時代，而推動信息化發(fā)展的正是編程技術(shù)。少兒編程作為編程領(lǐng)域的入門，可以讓青少年更清楚地了解當(dāng)今會的變化及發(fā)展。目前市面上少兒編程課程體系雜亂無章，教學(xué)方式側(cè)重于單學(xué)科，因此需要結(jié)合STEAM教育的理念，研發(fā)一套完整的少兒編程課程體系，將STEAM多學(xué)科融合的理念融入具體的課程體系中，讓青少年可以更科學(xué)、更系統(tǒng)地學(xué)習(xí)少兒編程課程。

關(guān)鍵詞：STEAM教育；少兒編程；課程體系研發(fā)

中圖分類號：TP391? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）30-0122-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

近幾年，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，編程不再只是大學(xué)生的課程，越來越多的青年人也正在踏入這個領(lǐng)域，而且年齡呈現(xiàn)降低趨勢。而用于實際工程開發(fā)的C語言、C++語言、Java語言等各種高級編程語言，對思維邏輯具有較高的要求，不太適合青年人進行學(xué)習(xí)，所以少兒編程應(yīng)運而生，可以作為學(xué)習(xí)編程的敲門磚[1]。我國的少兒編程目前只是剛起步階段，雖然市場上少兒編程機構(gòu)非常多，但大部分機構(gòu)也處于探索階段，存在非常多的問題，比如某些機構(gòu)的課程可能是一個團隊共同研發(fā)的，但每個人都只研發(fā)自己的課程，課程與課程之間沒有任何的關(guān)聯(lián)；某些機構(gòu)的課程是相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)人員研發(fā)的，雖然課程之間存在關(guān)聯(lián)，知識點也很豐富，但是知識點的涵蓋面比較狹窄，還是偏向于單學(xué)科，上課思維也不太適合青年人；某些機構(gòu)的課程看起來非常吸引人，但是學(xué)完以后對編程思維和邏輯思維沒有任何的提升；最核心的問題是課程體系的開發(fā)雜亂無章，教學(xué)比較零散，無法科學(xué)、系統(tǒng)地進行教學(xué)。針對目前少兒編程課程體系所遇到的種種問題，特別是偏向于單學(xué)科的教學(xué)方式，如何研發(fā)出一套科學(xué)的、系統(tǒng)的、多學(xué)科融合的課程體系，以一種青年人可以接受的形式，是新的教育背景下需要深入研究的內(nèi)容。

1 STEAM教育及其短板

1.1 STEAM教育的特點

STEAM教學(xué)理念，它有別于傳統(tǒng)的單學(xué)科教育方式，是集科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）多領(lǐng)域融合的綜合教育[2]。STEAM教育能夠從多種角度培養(yǎng)學(xué)生能力，將應(yīng)用技巧和藝術(shù)設(shè)計結(jié)合在一起，提高學(xué)生的技術(shù)水平和審美能力，培養(yǎng)他們對產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)的意識。通過編故事、情境設(shè)置等方法，促進學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和動手實踐能力，進而激發(fā)他們發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

1.2 STEAM課程的短板

目前我國的STEAM教育理念還不是很成熟，STEAM課程的設(shè)計缺乏統(tǒng)一的教學(xué)設(shè)計大綱，也沒有建立完整的課程體系。雖然很多機構(gòu)都有自己的課程體系，但是暴露出來的問題也越來越多。不同機構(gòu)之間的課程毫無關(guān)聯(lián)，比如一個機構(gòu)是專門做游戲方面的，另一個機構(gòu)是專門做動畫方面的；同一機構(gòu)內(nèi)課程之間關(guān)聯(lián)性也不大，可能前幾節(jié)在學(xué)習(xí)如何制作動畫，后面又開始學(xué)習(xí)游戲了，學(xué)生學(xué)習(xí)的知識點都是跳躍性的；課程缺乏明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，學(xué)生無法學(xué)到編程方面的知識點；課程偏向于單學(xué)科教學(xué)，與STEAM教育中的科學(xué)融合理念背道而馳等。

2 少兒編程的特點及其優(yōu)勢

2.1 少兒編程的特點

目前市場上最受歡迎的少兒編程是Scratch，Scratch是2007年由美國麻省理工學(xué)院媒體實驗室開發(fā)的圖形化程序設(shè)計工具，目的是幫助8-16歲的兒童及青少年學(xué)習(xí)編程，用來創(chuàng)造交互式故事、游戲、多媒體動畫與美術(shù)[3]。

2.2 少兒編程的優(yōu)勢

Scratch相比其他程序設(shè)計語言的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下3個方面：

1）采用圖形化積木組合式的程序設(shè)計，通過拖放積木的方式組合成程序，不需要編寫具體的程序代碼，也不需要記憶語法。

2）開放源代碼，Scratch網(wǎng)站上的所有作品都是開放源代碼的，進入網(wǎng)站后可以查看上面作品的源碼進行學(xué)習(xí)，還可以對其作品進行修改或者優(yōu)化。

3）使用方便，不需要下載專門的軟件，只需要在有網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下，通過瀏覽器即可隨時隨地編寫程序[4]。

3 新形勢下課程體系的研發(fā)

3.1 課程體系研發(fā)的總體方案

課程的總體設(shè)計方案按照編程學(xué)科的思路進行，在設(shè)計中充分結(jié)合STEAM理念，使STEAM思想貫穿于整個課程。在具體研發(fā)的過程中會根據(jù)每個階段的特點融入不同的學(xué)科，讓孩子們明白學(xué)科之間是相互關(guān)聯(lián)的，不是單一的。通過學(xué)習(xí)編程不但能掌握編程技能，還能掌握科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等各個學(xué)科的相關(guān)知識，使孩子們的各方面都能得到均衡發(fā)展[5]。

整個課程體系的研發(fā)分成4個階段，分別是課程引入階段、課程模塊階段、課程算法階段、課程創(chuàng)作階段。每個階段的課程設(shè)計都不相同，會根據(jù)每個階段的課程特點融入不同的學(xué)科，使多學(xué)科思維始終貫穿其中。每一次課都會有詳細(xì)的教案，包含課程的中心思想、教學(xué)流程、思維導(dǎo)圖、教學(xué)重點及難點、學(xué)科知識點等內(nèi)容。

3.2 課程引入階段

編程對于孩子們來說是比較陌生的，如果讓孩子們直接接觸具體的代碼肯定會打擊孩子們學(xué)習(xí)的積極性，因此如何設(shè)計一些有創(chuàng)意的作品來吸引孩子們的興趣至關(guān)重要。孩子們都偏向于視覺型，因此類似于有趣的動畫、動人的故事、動聽的音樂、好玩的游戲，這些都能吸引孩子們的興趣，促使他們繼續(xù)玩下去、學(xué)下去。在實際教授的過程中，更多的是以老師演示為主，部分作品可以讓孩子們參與進來一起體驗。課程引入階段的課程一般會安排5次課左右。

在這個階段，作品中會融入藝術(shù)學(xué)和美學(xué)，通過編程創(chuàng)作完成的作品，可以利用美學(xué)的知識進行優(yōu)化和改進，最終包裝成一個藝術(shù)作品。優(yōu)秀的作品不光能讓孩子們欣賞到美，更主要的目的是培養(yǎng)孩子們對美的追求，學(xué)會從生活中發(fā)現(xiàn)美，將美好的事物表達出來、記錄出來、畫出來，甚至可以創(chuàng)作出來，讓孩子們愛上美。

在這個階段，創(chuàng)作的作品有：《小豬佩奇》演示的是一段有趣的動畫，小豬佩奇從天而降，依次介紹左右兩邊出現(xiàn)的家人，分別是喬治和爸爸媽媽；《星際大戰(zhàn)》是一款好玩的游戲，孩子們可以操作一架飛機，天上會隨機掉落敵機，并且敵機會發(fā)射子彈，玩家需要躲避敵機和敵機的子彈并用自己的子彈打掉敵機；《小小演奏家》演示的是一個音樂作品，音樂家小熊在舞臺上使用各種打擊樂器來彈奏“小蘋果”這首音樂，舞臺下還有觀眾為其鼓掌；《成語故事—亡羊補牢》演示的是一個成語故事，一只調(diào)皮的小羊某天晚上跳出了羊圈，第二天主人發(fā)現(xiàn)后拿著工具去修補羊圈來減少損失。

3.3 課程模塊階段

課程引入階段的目的是培養(yǎng)孩子們的興趣，課程模塊階段會進入正式的學(xué)習(xí)，以模塊化的方式教會孩子們編程中的基礎(chǔ)語法，就是會使用Scratch軟件中各種功能的積木塊，從而創(chuàng)作出各種類型的作品。Scratch軟件總共包含十大模塊，分別是運動、外觀、聲音、畫筆、數(shù)據(jù)、事件、控制、偵測、運算和更多積木塊，同一模塊內(nèi)實現(xiàn)的功能都是類似的，比如運動模塊，可以通過3種方式也就是3個不同的積木來實現(xiàn)角色的移動，分別是移動多少步、將X坐標(biāo)增加/將Y坐標(biāo)增加、在幾秒內(nèi)滑行到x多少y多少；事件模塊中可以偵測鍵盤上的鍵是否被按下，角色是否被點擊等。通過模塊化的學(xué)習(xí)可以讓孩子們掌握模塊化的編程思維，為后期的項目開發(fā)培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿?。在講解的過程中，如果一個積木一個積木的單純地講解它們的功能，那課程會變得非常枯燥，所以會將各個積木融入作品中，通過作品來掌握各個積木的功能。具體教授時，以老師講解為主、學(xué)生跟隨老師操作，這個階段的課程一般會安排20次課。

在這個階段，根據(jù)孩子們在學(xué)校里學(xué)習(xí)的情況，設(shè)計的作品中會融入科學(xué)、數(shù)學(xué)、語文、英語、音樂和美術(shù)等學(xué)科，讓孩子們在學(xué)習(xí)編程知識時還能掌握其他學(xué)科的知識。語文類作品可以是成語故事、唐詩三百首等；數(shù)學(xué)類作品可以是一道數(shù)學(xué)計算題、也可以是生活中的數(shù)學(xué)問題；科學(xué)類作品可以是一個小的科學(xué)實驗，也可以講解生活中的常識；音樂和美術(shù)類作品可以演奏一首歌曲或者創(chuàng)作一幅繪畫，所有的作品都可以通過美學(xué)和藝術(shù)學(xué)進行包裝。通過學(xué)科類的教學(xué)方式，不光是讓孩子們掌握編程的知識、理解積木的含義，更重要的目的是讓孩子們明白編程已經(jīng)融入我們學(xué)習(xí)和日常生活中的方方面面，編程不再是一個單獨的學(xué)科，可以和其他各個學(xué)科融合，可以學(xué)到各個學(xué)科的知識，使各方面能力得到均衡地提升。

在這個階段，創(chuàng)作的作品有：《音樂夢想秀》，這個作品演示的是一只小熊用各種樂器來彈奏一首“小星星”，孩子們通過制作這個作品，能夠?qū)W到音樂中的各個音符，掌握什么是節(jié)拍、休止符等?！冻烧Z故事——火上澆油》，這個作品演示的是森林里著火了，小熊拿著一瓶油去滅火，結(jié)果導(dǎo)致火勢越來越大，孩子們通過完成這個作品不但能理解這個成語的含義，還能掌握生活中的一些安全小常識。

3.4 課程算法階段

課程模塊階段的目的是讓孩子們學(xué)會使用Scratch軟件中的各個積木塊，并掌握編程的基礎(chǔ)語法知識，但是對于一些生活中的問題，比如學(xué)生成績的排名、尋找最優(yōu)的路線、商品的購買方案問題等，要解決這些實際問題都需要應(yīng)用到算法。由于算法的知識相對比較難，對學(xué)生的思維理解能力要求比較高，學(xué)習(xí)起來會有一定的難度，所以通過模塊化的方式進行學(xué)習(xí)，算法的內(nèi)容包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（棧、隊列、圖論）、查找算法、排序算法、搜索算法等。在課程算法階段，由于知識點比較抽象，重點需要理解，因此創(chuàng)作的作品不能太枯燥，一定要有樂趣，通過作品中一個個的小任務(wù)來挖掘孩子們的求知欲促使他們繼續(xù)深入地學(xué)習(xí)。具體教授時，以學(xué)生自主創(chuàng)作為主，教師起引導(dǎo)的作用，并幫助他們解決一些復(fù)雜的問題。這個階段的課程一般會安排20次課。

在這個階段，作品中會融入數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程和藝術(shù)等學(xué)科，數(shù)學(xué)類的作品有班級學(xué)生的排隊問題、尋找最短的回家路線、統(tǒng)計投票的數(shù)量并找出票數(shù)最高和票數(shù)最低等；科學(xué)類的作品有漢諾塔游戲、如何選擇砝碼稱出重量、誰和誰作用產(chǎn)生了氣泡等，最終這些作品都會利用美學(xué)和藝術(shù)學(xué)進行包裝。在創(chuàng)作這些作品時，老師需要將復(fù)雜的問題進行分解、并讓孩子們逐一解決，在解決小問題的過程中讓他們理解什么是算法，算法可以解決哪些問題以及算法解決的流程。

在這個階段，創(chuàng)作的作品有：《誰動了我的紙牌》，這個作品需要玩家參與，展示的是一副被打亂順序的撲克牌，你需要把撲克牌按順序整理好；《比比誰猜得快》，這個作品也需要玩家參與，計算機會從1-100之間隨機選取一個數(shù)，玩家需要和機器人Robot進行比賽，比誰先猜對這個數(shù)字，先猜對的獲勝，比賽采用5局3勝。

3.5 課程創(chuàng)作階段

課程算法階段可以幫助孩子們提高編寫程序的能力，以及在遇到問題時從多個角度思考，并選取最優(yōu)的解決方案。課程創(chuàng)作階段是最后一個階段，這個階段會采用項目化的形式進行教學(xué)。首先布置一個大的項目，并說明需要實現(xiàn)的功能，以孩子們自由創(chuàng)作，在創(chuàng)作的過程中，可以自己獨立完成，也可以組隊完成。根據(jù)老師的提示，他們需要自己思考如何將這個大的項目分解成一個個的小項目，分解方式可能有好幾種，他們需要選擇最合適的，然后逐一完成這些小項目，最終完成這個大的項目。孩子們在完成這些小項目的同時也掌握了具體實施項目的步驟和方法，如果是組隊來完成項目，還需要很好地溝通和交流。老師的要求完成后孩子們還可以增加自己的創(chuàng)新部分，并鼓勵每個孩子都有自己的創(chuàng)新。最終還會有作品演示環(huán)節(jié)，讓孩子們自己一邊演示自己的作品一邊進行講解，說明自己在創(chuàng)作過程中遇到的難點以及解決的方法，重點說明自己的創(chuàng)新部分。所選的項目需要具有典型性，與大人從事的具體項目需要有所區(qū)別，興趣還是首位的，孩子們在創(chuàng)作時通過完成這些子任務(wù)來獲得成就感，以此充分挖掘孩子們的學(xué)習(xí)興致。在具體的教授過程中，以學(xué)生自主創(chuàng)作為主、教師進行輔助，這個階段的課程一般會安排20次課。

這個階段的項目，會將STEAM理念中的所有學(xué)科融入項目中，每個學(xué)科的項目都可以用來解決各自學(xué)科中一些實際的應(yīng)用，每個項目都會融入多個學(xué)科，通過項目將STEAM理念注入孩子們的腦中，讓他們更深刻地理解所有學(xué)科都是相互關(guān)聯(lián)的，編程可以為所有學(xué)科服務(wù)，方便快速地解決問題，通過編程創(chuàng)造出美好的世界。通過做項目，培養(yǎng)他們獨立思考、分析問題、解決問題的能力，還可以培養(yǎng)他們團隊協(xié)作、溝通能力，使孩子們各方面得到全面發(fā)展。

在這個階段，創(chuàng)作的作品有：《記憶力大考驗》，是一個比較經(jīng)典的圖形對對碰游戲，建立6×4的糖果牌，花色隨機排列，一開始先翻出全部的牌，5秒之后翻回背面，讓用戶憑記憶翻出兩張牌，如果翻出的兩張牌是不同花色的，就自動翻回背面，如果翻出的兩張牌花色相同，就自動消失，在規(guī)定時間內(nèi)消滅所有的牌就成功，否則失敗。

4 結(jié)論

通過研發(fā)STEAM教育理念的少兒編程課程系統(tǒng)，讓孩子可以更科學(xué)、更系統(tǒng)地學(xué)習(xí)少兒編程，通過學(xué)習(xí)編程，可以讓孩子掌握編程的能力，鼓勵孩子們自主實踐，在實踐的過程中發(fā)現(xiàn)他們的優(yōu)勢、發(fā)掘他們的各方面能力，通過這種多學(xué)科融合的形式，讓孩子們各方面的能力得到均衡發(fā)展，有利于教育領(lǐng)域所提倡的素質(zhì)教育，可以為我國培養(yǎng)更多的高精尖人才。

參考文獻：

[1] 李理想，楊鴻雁，王智民，等.淺談少兒編程教育[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（30）：172-173.

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[3] 徐建華，蘆念婷，李曉明，等.基于Scratch的少兒編程教學(xué)研究[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（3）：98-100.

[4] 劉鳳飛.輕松玩轉(zhuǎn)Scratch編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2017.

[5] 張祖芹.少兒編程教育的教育學(xué)思考與實踐路徑[J].林區(qū)教學(xué)，2021（11）：115-118.

【通聯(lián)編輯：王力】