基于創(chuàng)客教育的中小學(xué)編程教學(xué)實踐探討*
——以貴州省D 市S 學(xué)校為例

張歡 袁軍

黔南民族師范學(xué)院計算機與信息學(xué)院 貴州都勻 558000

0 引言

創(chuàng)客教育就是把創(chuàng)客文化和教育相融合的教學(xué)模式，它是培養(yǎng)學(xué)生勇于探索科學(xué)、運用智能技術(shù)創(chuàng)新的素質(zhì)教育[1]。在2015 年國際教育信息化大會上，習(xí)近平總書記指出，要應(yīng)用信息技術(shù)的發(fā)展，推動教育變革和創(chuàng)新，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個性化、終身化的教育體系，建設(shè)人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時時可學(xué)的學(xué)習(xí)型社會，培養(yǎng)大批創(chuàng)新人才，是人類共同面臨的重大課題[2]。創(chuàng)客課題包括切身性、復(fù)雜性、充足的資源、互動和合作、高強度、合理的時間安排、分享教育、新穎性等八個要素。2015年，創(chuàng)客教育被引入我國，是我國創(chuàng)客元年，隨后創(chuàng)客也在高等教育、職業(yè)教育、中小學(xué)教育等領(lǐng)域出現(xiàn)。

近年來，創(chuàng)客教育和STEAM 教育（科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多領(lǐng)域融合的綜合教育）作為中國中小學(xué)教育領(lǐng)域新課改的試驗田，在突出其項目學(xué)習(xí)、體驗式和個性化學(xué)習(xí)等優(yōu)勢、培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和創(chuàng)新思維能力、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力方面，進行了卓有成效的探索與實踐[3]。積極營造適切性創(chuàng)客教育環(huán)境、開發(fā)系統(tǒng)性創(chuàng)客教育課程、探索高效率創(chuàng)客教學(xué)模式、打造高水平創(chuàng)客教師隊伍，同時積極聯(lián)合家庭和社會，尋求教育系統(tǒng)外部的支持，是協(xié)同構(gòu)建我國中小學(xué)創(chuàng)客教育良好生態(tài)的必由路徑[4]。創(chuàng)客教育在培養(yǎng)學(xué)生利用信息技術(shù)解決問題，提升學(xué)生創(chuàng)新意識方面具有無限的價值潛能，因此，許多國家大力推廣中小學(xué)創(chuàng)客教育，這將對個體發(fā)展、課程改革、教育系統(tǒng)變革以及國家人才戰(zhàn)略產(chǎn)生重大影響[5]。

中小學(xué)創(chuàng)客教育內(nèi)容有3D 打印設(shè)計、切割技術(shù)、可視化編程等學(xué)習(xí)模塊。在編程學(xué)習(xí)模塊中，學(xué)生運用編程技術(shù)制造智能玩具、智能生活用品，最終通過軟硬件整合實現(xiàn)模擬交互系統(tǒng)，強化人機互動。在創(chuàng)客教育蓬勃發(fā)展的今天，積極開展中小學(xué)編程教學(xué)具有積極的現(xiàn)實意義。

1 國內(nèi)外基于創(chuàng)客教育的中小學(xué)編程教學(xué)發(fā)展概況

編程教學(xué)是指通過開設(shè)編程課程，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)編程語言的過程中學(xué)會獨立思考問題、擁有解決問題的能力[6]。編程教學(xué)不是直接讓學(xué)生像大人一樣能完整地敲出所有代碼，而是讓學(xué)生學(xué)習(xí)合適的編程內(nèi)容并且把這些內(nèi)容適當(dāng)?shù)馗木帲\用游戲化、可視化的方式，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和創(chuàng)新思維能力。中小學(xué)生計算機編程語言的教學(xué)，目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生的觀察、想象、創(chuàng)造、邏輯思維、問題解決、空間思維、判斷性思維、調(diào)試操作能力[7]。中小學(xué)編程教學(xué)課并非獨立學(xué)科，在基礎(chǔ)教育階段，編程會融入其他學(xué)科中。隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能技術(shù)的快速發(fā)展，如運用程序控制LED 燈亮或滅、設(shè)計智能交通紅綠燈等新型科技實踐創(chuàng)新項目紛紛進入中小學(xué)校園，編程教學(xué)已成為中小學(xué)開展創(chuàng)客教育的必要基礎(chǔ)。

1.1 國外基于創(chuàng)客教育的中小學(xué)編程教學(xué)概述

近年來，各國把中小學(xué)編程教學(xué)作為儲備科技人才、增強國際競爭力的重要工作舉措，歐洲學(xué)校網(wǎng)（European School Net）于2015 年發(fā)布的報告顯示歐盟近二十個國家已將或即將在中小學(xué)納入編程教學(xué)，包括法國、波蘭、芬蘭等。作為基礎(chǔ)教育備受矚目的國家，2014 年，芬蘭發(fā)布了新的課程標(biāo)準(zhǔn)《國家基礎(chǔ)教育核心課程2014》（National Core Curriculum for Basic Education 2014，以下簡稱芬蘭新課標(biāo)），首次將編程納入中小學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中，并將其設(shè)為芬蘭基礎(chǔ)教育的必修課，于2016 年開始實施。2016 年芬蘭正式將編程教學(xué)寫入其中，還提出較高要求，從一年級開始開展編程教學(xué)，并把編程教學(xué)完全融入數(shù)學(xué)等其他學(xué)科中，具有一定模式獨特性。美國教育界非常重視中小學(xué)學(xué)術(shù)編程教學(xué)，形成了政府、學(xué)校、社會組織、科技公司廣泛參與、多元互動的格局。美國中小學(xué)將編程教學(xué)納入學(xué)校STEM 課程已成為主流，甚至很多幼兒園都開始進行編程教學(xué)。目前，國外已經(jīng)積累了豐富的結(jié)對編程教學(xué)經(jīng)驗，并且已有研究發(fā)現(xiàn)結(jié)對編程在提高學(xué)生編程能力、計算思維、編程學(xué)習(xí)熱情、元認(rèn)知等方面有積極效果[8]。

1.2 國內(nèi)基于創(chuàng)客教育的中小學(xué)編程教學(xué)概況

近幾年我國也在推動、普及中小學(xué)編程教學(xué)活動。2017 年國務(wù)院提出要大力開展人工智能科普活動，在中小學(xué)階段開設(shè)與人工智能相關(guān)的課程，要逐步普及中小學(xué)階段的編程教學(xué)，這是我國首次把“編程教學(xué)”納入政府的重要決策中[9]。我國青少年編程教學(xué)起步較晚，所以編程教學(xué)的過程與研究總體還處于初步發(fā)展階段，以行業(yè)、企業(yè)的推廣為主。目前中小學(xué)階段的編程教學(xué)相關(guān)教師極為短缺，也沒有規(guī)范的課程標(biāo)準(zhǔn)和教材，尚未建立成熟的教學(xué)模式，一切還在探索階段[10]。2021 年9 月27 日，我國教育部對十三屆全國人大四次會議第6219 號關(guān)于在基礎(chǔ)教育階段普及編程教學(xué)的建議的答復(fù)中提到“信息素養(yǎng)”是國民基礎(chǔ)教育中必須具備的素養(yǎng)之一，編程也是中小學(xué)信息技術(shù)教育的重要內(nèi)容。

近年來，國內(nèi)許多省份積極探索中小學(xué)編程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生運用信息技術(shù)創(chuàng)新的綜合能力。2017年相關(guān)政策出臺后，各省份紛紛在中小學(xué)開設(shè)編程課程。自2018 年以來，浙江、江蘇等部分地區(qū)已經(jīng)把編程設(shè)為高考必考內(nèi)容，南京、天津等地區(qū)把編程作為中考特招的考試范圍?？傮w來看發(fā)達地區(qū)編程教學(xué)普及率較高，編程知識已融入中小學(xué)信息技術(shù)教材，Python 作為使用率最高的編程語言也逐漸被加入中小學(xué)教材中，在學(xué)科網(wǎng)中可查到，浙教版（2020）八年級上冊、新世紀(jì)版（2018）八年級上冊、青島版（2019）第三冊、龍教版（2018）九年級上冊都含有Python 相關(guān)知識，這些教材主要涵蓋初識Python、變量、算法、畫圖、結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)知識，加上一些彩色圖文并茂編排，設(shè)計新穎。對于中學(xué)階段的學(xué)生而言，這類教材較適用，積極地推進了中小學(xué)編程教學(xué)的發(fā)展。

2 貴州省D 市S 學(xué)校基于創(chuàng)客教育的編程教學(xué)實踐

相較發(fā)達地區(qū)，貴州省等欠發(fā)達地區(qū)中小學(xué)編程教學(xué)起步晚，發(fā)展較為緩慢，但也在積極探索推進中。自創(chuàng)客教育出現(xiàn)后，貴州省某些中小學(xué)在創(chuàng)客教育中開展了編程教學(xué)方面的積極探索，如貴州省D 市各中小學(xué)已基本建有創(chuàng)客教室，但由于條件限制，創(chuàng)客教室的設(shè)備較落后，相關(guān)專業(yè)師資較為缺乏，中小學(xué)編程教學(xué)發(fā)展較為緩慢。在“雙減”政策實施后，各校在開展編程教學(xué)方面，得到一定程度的發(fā)展，許多校外輔導(dǎo)機構(gòu)紛紛轉(zhuǎn)型投身編程教學(xué)中，但綜合來看仍處于初級探索階段。

筆者曾在貴州D 市S 校承擔(dān)編程教學(xué)工作，對該校的情況較為熟悉。2021 年，S 校首次開設(shè)Python 課，一學(xué)期下來教學(xué)效果不是很理想，堅持學(xué)到最后的學(xué)生較少。S 校作為該市重點中學(xué)很重視編程教學(xué)，目前有三位相關(guān)專業(yè)教師，因為創(chuàng)客是綜合活動課，所以學(xué)生是自愿選擇參加該課程，該校創(chuàng)客課分為A、B 兩個班，A 班在新創(chuàng)客開展教學(xué)，主要授課內(nèi)容為圖形化編程、開源硬件設(shè)計、激光切割、3D 打印等。在創(chuàng)客實驗環(huán)境下，編程教學(xué)能實現(xiàn)某些軟硬件產(chǎn)品的功能，可以說是中小學(xué)創(chuàng)客教育中的靈魂。中小學(xué)生很少有機會參與實際的水利工程、土木工程等實操項目，但編程設(shè)計卻可以讓學(xué)生在編程學(xué)習(xí)中對整個程序進行總體規(guī)劃，考慮程序項目合理性、功能拓展性、代碼規(guī)范性等內(nèi)容。創(chuàng)客可視化編程工具可以讓學(xué)生通過積木搭建便可完成編程學(xué)習(xí)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和計算思維。

2.1 創(chuàng)客教育中熱選的中小學(xué)編程語言Scratch和Python

Scratch 是美國麻省理工學(xué)院發(fā)布的不斷更新的面向少兒編程的一款圖形化編程工具，在市面上很受歡迎。Scratch 建立程序的過程中，可以將錄音、圖片等這些有趣的形式融入課堂，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生可以在官方網(wǎng)站上注冊開通一個賬號，發(fā)布存儲自己的程序。學(xué)生發(fā)布的程序，后期可以在個人賬號內(nèi)找到，站內(nèi)可以通過網(wǎng)絡(luò)共享作品，國內(nèi)也有類似的官方網(wǎng)站，這有助于國內(nèi)Scratch學(xué)生們交流學(xué)習(xí)。Scratch 作為一款編程工具，憑著其難度低、趣味性強的特點被引入我國的編程模塊教學(xué)中，在低年級學(xué)生的科技活動中應(yīng)用較為普遍。

另一門熱門語言是Python，Python 是荷蘭的吉多·范羅蘇姆設(shè)計的一門能有效面向?qū)ο缶幊痰木幊陶Z言。Python 是一門解釋性語言，Python 的解釋性結(jié)合動態(tài)類型與語法可以使其編寫腳本，從而快速開發(fā)應(yīng)用程序，且應(yīng)用程序適用于不同平臺。海龜編輯器是一款面向青少年P(guān)ython的軟件工具，它的擴展功能非常強大，Python 該有的函數(shù)和算法這款軟件工具都有，并且變得更好理解，它能夠使編程變得更簡單、有趣，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)編程興趣的一個非常普遍的工具，同時也有利于新入門學(xué)生對編程的理解。綜上所述，上述兩種語言在中小學(xué)編程教學(xué)中受歡迎程度都較高，具有較大的市場占有率，如表1 所示，對上述兩種語言的特點進行歸納，以便不同學(xué)校在開展編程教學(xué)時，根據(jù)自身的需求進行選擇。

表1 Scratch 與Python 的比較

2.2 中小學(xué)編程語言Scratch 和Python 的對比分析

Scratch 與Python 作為兩種主流的中小學(xué)編程教學(xué)語言，二者各有所長，因此，在中小學(xué)開展編程教學(xué)時，選擇哪種教學(xué)語言值得商榷。筆者認(rèn)為，Python 作為一門解釋性編程語言應(yīng)用范圍較廣，功能強大，但是小學(xué)生邏輯思維能力在培養(yǎng)發(fā)展中，選擇學(xué)習(xí)軟件應(yīng)符合他們的年齡和認(rèn)知特點。因此，小學(xué)/初中階段的學(xué)生可以通過Scratch 學(xué)習(xí)編程，加深他們對IT 技術(shù)的理解，激發(fā)學(xué)生對編程的學(xué)習(xí)興趣；高中階段的學(xué)生，認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)能力、理解能力都有了很大的提升，他們可以理解Python 中的語法及規(guī)則，因此在高中階段可以選擇Python 作為編程教學(xué)語言。在教學(xué)中通過項目式的教學(xué)方式，Scratch 模塊的教學(xué)可通過簡單、明晰的小段的程序代碼讓學(xué)生體驗畫五星、貪吃蛇等小游戲；Python 模塊的教學(xué)通過小段的程序代碼可以實現(xiàn)人臉識別、圖像分類等人工智能小實驗，對引導(dǎo)學(xué)生對信息技術(shù)產(chǎn)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生計算思維與創(chuàng)新意識具有積極意義。

3 基于創(chuàng)客教育的編程教學(xué)實踐體會與建議

中小學(xué)編程教育在我國起步較晚，可以說是“新興的教育模式”。要提升編程課程的有效性，真正提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和問題解決能力，離不開科學(xué)的教學(xué)策略來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)情況綜合分析,形成循序漸進的教學(xué)原則。不能照搬教材或讓學(xué)生毫無興趣地敲代碼，這不僅影響學(xué)生學(xué)習(xí)的動力，還不利于促進學(xué)生的計算思維發(fā)展。導(dǎo)入新課并開展編程教學(xué)，是教師首要面對的問題。教師要在實踐過程中不斷探索并找出學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣激發(fā)點，完成教學(xué)目標(biāo)。從編程課程教學(xué)特點來分析，通常會用到項目式教學(xué)法、游戲體驗教學(xué)法、情境教學(xué)法等。隨著新課標(biāo)改革，相關(guān)政策貫徹落實，開展中小學(xué)編程教學(xué)的學(xué)校會越來越多，筆者根據(jù)自身的授課經(jīng)驗及思考，提出如下幾點建議。

3.1 創(chuàng)新教學(xué)方法

選擇科學(xué)的教學(xué)方法是編程教學(xué)成功的開始，編程教學(xué)適合采用項目式教學(xué)法，該教學(xué)法強調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，學(xué)生從嘗試著手，開始練習(xí)，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性。項目教學(xué)法有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力，教師要注重多元化交流與評價，在設(shè)計和動手操作完成作品后，評價不僅限于個體或團體完成作品，也包含讓學(xué)生自信地與全班同學(xué)分享作品，甚至可以發(fā)布到線上個人賬號中去。作為編程教師要面向全體學(xué)生，同時也要注意學(xué)生的個性發(fā)展。

3.2 跨學(xué)科思維培養(yǎng)

運用圖形化編程軟件設(shè)計并制造一個理想的項目，會涉及多個學(xué)科知識內(nèi)容。教師在進行教學(xué)設(shè)計時要能夠梳理出可能涉及的主要學(xué)科知識和能力，以便對學(xué)生進行針對性的教學(xué)輔導(dǎo)，同時也提供了明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和評價依據(jù)。以Scratch 創(chuàng)意“貪吃蛇”活動為例，在梳理目標(biāo)后，筆者可以清楚地引導(dǎo)學(xué)生從初級目標(biāo)達到高級目標(biāo)，實現(xiàn)不同學(xué)科的融合。

3.3 加強不同階段編程學(xué)習(xí)的銜接

貴州省D 市S 學(xué)校七年級（5）班一名男同學(xué)每節(jié)課都很快地完成筆者布置的實例操作，筆者詢問情況后發(fā)現(xiàn)，該生小學(xué)期間就開始學(xué)Scratch，所以不需要教師提示，每節(jié)課他自己就能很快完成課堂上布置的實例操作任務(wù)。這足以說明，在小學(xué)階段學(xué)習(xí)編程能為中學(xué)階段學(xué)習(xí)編程奠定一定的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。因此，可以考慮把Scratch 作為小學(xué)信息技術(shù)課程必修課程，運用海龜編輯器學(xué)習(xí)Python并融入中學(xué)信息科技課中，把編程課融入必修的信息技術(shù)課程當(dāng)中。

3.4 強化對編程學(xué)習(xí)的正確認(rèn)識

中小學(xué)生思想還不夠成熟，家長的認(rèn)知也是影響學(xué)生的重要因素。當(dāng)前編程學(xué)習(xí)在大部分學(xué)校仍屬于活動興趣課，許多家長認(rèn)為并非升學(xué)考試內(nèi)容，就沒必要浪費時間。在筆者所授課的班級中參加活動課的學(xué)生幾乎都是七年級的學(xué)生，到八年級后學(xué)生為了中考基本不會繼續(xù)參加編程活動課，所以想要更好地發(fā)展中小學(xué)編程教學(xué)，可以多渠道加大編程教學(xué)重要性的宣傳力度。

3.5 加強編程教學(xué)師資力量

在師資力量建設(shè)方面，相關(guān)師范院校應(yīng)該加強師資的培養(yǎng)，為學(xué)校輸送相關(guān)課程師資；相關(guān)教育管理部門也要正確認(rèn)識相關(guān)課程的開設(shè)對于提升學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要性；學(xué)校在教育資源方面，要加大資金投入。

4 結(jié)束語

創(chuàng)客教育就是把創(chuàng)客文化和教育相融合的教學(xué)模式，創(chuàng)客教育在貫徹以學(xué)生為中心的教育理念、提升學(xué)生實踐動手能力、促進教育信息化發(fā)展方面具有積極意義。本文從闡述創(chuàng)客教育的概念出發(fā)，分析了國內(nèi)外編程教育的概況、編程教學(xué)中兩種主流程序設(shè)計語言的特點及選擇建議，并以貴州D 市S 學(xué)校為例，重點分析了影響編程教學(xué)的因素，最后提出開展編程教學(xué)的相關(guān)建議，以期為中小學(xué)校開展科技活動實踐、為創(chuàng)客背景下的計算機編程教學(xué)提供有益的借鑒。