利用積木式編程工具開展中小學創客教育

李健輝

[摘 要]信息技術教師在中小學開展創客教育，可以從積木式編程工具入手，通過帶領學生體驗程序開發與設計的過程、構建思維導圖、設計并生產“產品”等，培養學生綜合運用知識以及團隊合作的能力，引領學生走進創客的大門。

[關鍵詞]創客教育；STEM；積木式編程工具；團隊合作；產品

當前，全球創客運動正在蓬勃發展。我國部分中小學校已在創客教育的路上邁出了探索的步伐。中小學信息技術教師應該充分利用積木式編程工具，如Scratch小貓積木編程軟件（簡稱“小貓積木”）、App Inventor手機編程軟件，提高學生程序設計的能力和水平。教師不僅可以把積木式編程工具用于程序設計教學，還可以借助這一工具，引領學生走進創客的大門。

一、創客與創客教育

有的學者認為，“創客”一詞源自英文Maker（制作者）和 Hacker（創造性地運用技術資源的人）的綜合釋義，是給能夠動手創造軟件或硬件產品的人的一種標簽[1]。有的學者認為，創客就是熱衷于創意、設計、制造的個人或群體[2]。有的學者認為，創客是指把具備相當的技術挑戰的創意轉變為現實的人，他需要具備一定的知識含量和創新、實踐、共享、交流的意識[3]。

從以上觀點可以看出，創客所具有的共同特征是：具備創新意識和能力，具備一定的技術能力，能創造軟件或硬件產品。創客創造的產品具備以下特點：一是產品的外觀有藝術性，體現人性化設計的特點；二是產品可能具有智能化的特點，體現“物聯網”萬物互聯的特點；三是產品可能有一定的技術含量，如有機械、動力裝置等；四是產品的生產過程由個人或團隊完成，即使是個人完成的作品，也借鑒或使用了開源論壇上的工具和資源；五是產品能滿足個人或社會的某些需要，體現綠色、節能、環保的特點。

對于創客教育，研究者的觀點還未形成共識。有的學者認為，創客教育（Maker Education）從內容層面看，指的是學習內容或者創作項目需要多學科的運用，而不是單一學科內容的學習，因而創客教育也是實施STEM教育的一種重要方式[4]。后來由于在多學科又加入了藝術（Art），STEM演變為STEAM。STEAM教育強調多學科融合，而工程問題的解決是關鍵。有學者認為，在解決工程問題的過程中，可以借鑒生活當中能見到的設計，也可以讓各個小組展開充分的討論，最終確定合理的工程技術路徑，并且激發學生的一系列奇思妙想，培養學生的創新思維和創造力[5]。因此，筆者認為將“STEAM”中代表各學科的字母重新排列，變成“TEAMS（團隊）”，不僅可以強調學科融合，更能強調培養團隊合作的重要性。而重視分享、交流、合作也是創客教育的特色和亮點。因此有的學者認為，創客教育培養人才的目標是：勇于探索的創新精神；敢于接受失敗和挫折的不屈不撓的黑客精神；不近功利、協作交流的團隊大智慧[6]。

二、積木式編程工具開啟創客之門

Scratch是麻省理工學院（MIT）為八歲以上兒童設計開發的一套程序設計軟件。兒童可以用它創造性地設計出屬于自己的程序。這些程序包含動畫、游戲和交互式故事等。Scratch 語言的設計理念是“想象、編程、分享”，教學目的不是為了培養少年程序員，而是讓兒童可以通過Scratch表達自己，幫助他們發展學習技能，培養創造性思維，以及學會解決生活中的問題。它讓兒童能夠自己控制電腦，它不只是編程工具，更是一個強大的學習社區，它給教師提供了一種教的工具，它還是一款免費的軟件[7]。Scratch軟件把繁瑣的命令，變成了簡單易懂的“積木塊”形式，由于軟件中的默認角色是一只小貓，因此又被叫作“小貓積木”。小貓積木非常適合小學中高年級學生用于學習程序設計。

App Inventor（簡稱AI）是一款由谷歌公司開發的手機編程工具，于2012年移交麻省理工學院，并被MIT App Inventor公布使用，用戶能夠通過該軟件快速開發安卓系統的移動應用。AI是快速開發移動應用的設計工具，它通過積木式的堆疊法來完成安卓程式[8]，它還可以控制Arduino、ArduBlock等開源硬件。AI也采用了積木式編程界面， 適合中學生用于學習程序設計。

三、利用積木式編程工具實施創客教育

教師要引導學生理解并掌握積木式編輯工具的應用，設計合理的項目或任務，使學生通過合作與共享，完成有意義的“產品”，帶領學生逐漸進入更高的創客境界。

1.遵循形象直觀的原則

以往的編程需要記憶很多命令和語法，比較抽象。積木式編程軟件提供了所見即所得的操作界面，形象直觀，降低了編程難度，使學生更容易理解并學會程序語言。如教師可以引導學生使用AI開發手機程序界面，配合開源硬件，制作出能夠自動報告濕度的花盆。又如六年級學生用小貓積木開發了“預防近視精靈”。該程序可檢測超聲波測距傳感器的數值，當人眼與桌面距離低于規定閾限，設備就會發出提醒。

2.用“積木塊”構建思維導圖

思維導圖是一種培養創新思維方式的工具，即利用一個關鍵詞從不同特性導出其他相關的關鍵詞，導出方式按照發散性思維的特征，從主干到各分支發散。對于每一分支可以使用不同的顏色標識，線條的大小由粗到細，提示著由主干到枝葉的推導關系，思維導圖在表現形式上是樹狀發散結構的[9]。積木式編程語言提供了一種思維的工具，學生借助這個工具進行推理、表達，使思維更加清晰，并提高解決問題的能力。國外有些學者還嘗試了把積木式編程語言用于教授其他學科的內容。

積木式編程工具能夠把思維的過程形象地展現出來，學生借助這個工具，可以培養發散性思維，更好地達成學習目標。這是一種創新型的思維導圖，由積木塊和自然語言構成，重在表達思路和想法。在小貓積木中，可以用“思考”和“說”使積木塊呈現思維導圖的項目；在AI中，可以用“標簽”里面的“文本顯示”實現相似的功能。這種新的思維導圖，不僅具有傳統思維導圖的特點，其生成的程序還能夠在電腦、手機上運行。這種寓教于樂的方式，能夠有效地激發學生的學習興趣，并且更易于分享結果，提高了教學的效率和趣味性。

3.培養團隊合作的意識和能力

學生在將來的學習、工作當中，必然要與不同的人合作，在義務教育階段，應該重視團隊合作能力的培養。在確定項目目標、內容時，小學生會相對較多地依賴于教師。而在應用積木式編程工具完成項目的過程中，教師要鼓勵每個學生以團隊為單位，共同確定方案。當學生希望實現某個功能時，應該啟發學生尋找適合的積木塊，鼓勵學生大膽嘗試，提倡學生借助微課、校本教材等學習資源合作解決難題。

4.體驗智能化程序的開發過程

智能化技術正在逐步融入到人們的日常生活中，以機器人為代表的智能化生產技術正在席卷全球，而智能化也是眾多創客產品的共同特點。在創客教育中，應該滲透智能化程序開發的方法和技巧，為學生將來的發展奠定基礎。

學生對于編寫“有智能”的程序感到好奇。積木式編程工具有利于揭開“智能”的神秘面紗，使學生更容易編寫出有趣的程序。順序結構、循環結構、分支結構對小學生來說比較抽象，可以結合積木塊，以動畫形式分步演示。技術上的難題需要逐步突破，循序漸進、由淺入深地引導學生掌握編程的方法和技巧，結合有趣的例子，形象、直觀地揭示智能程序背后的奧秘。

5.生產“產品”——生成可執行程序

有些地區出版的信息技術教材比較重視講解、傳授積木式編程的方法和技巧，教材中的范例也有趣而且生動，但是往往忽略了生成“產品”的步驟和環節。創客教育和平常的信息技術教學有何區別呢？以往的信息技術教學重視“作品要體現所學的技術和知識”，而創客教育更多地強調產品對現實生活產生影響，更加關注“產品”能否滿足個人或者社會的某些需求，更加關注學以致用，強調能夠解決實際的問題。

在小學小貓積木的教學中，可以引導學生制作“保護視力計時器”“打字游戲”“畢業紀念冊”等產品。在中學的AI教學中，可以引導學生制作“藍牙聊天室”“單詞記憶助手”“校園語音導游”等產品。這些產品既有趣味性，也有一定的實用性。小學生制作的小貓積木程序通過生成可執行文件（后綴名為exe的文件），中學生制作的AI程序通過生成安卓程序安裝文件（后綴名為apk的文件），共享給他人并獲得反饋。

四、未來的發展方向

未來，小學生可以利用小貓積木程序控制智能硬件，例如Scratch for Arduino；中學生可以利用AI編寫程序，通過手機的藍牙設備控制智能硬件。積木式編程工具具有旺盛的生命力，將來與虛擬現實技術（Virtual Reality）、增強現實技術（Augmented Reality）相結合，可能會產生立體的積木式編程界面，使用者可以用手觸摸各種積木塊進行程序設計，或者佩戴專用的眼鏡，就可以在空中編寫程序。編程將成為一項基本技能，每個人都可以利用更方便的編程工具，編寫自己的程序。

綜上所述，積木式編程工具是中小學生打開創客之門的金鑰匙，是中小學開展創客教育的好助手。中小學信息技術教師應以“做中學”為教學策略，引導學生開展跨學科學習，學會創新，學會合作，制作出有創意、有意義的作品。

參考文獻

[1]顧學雍，汪丹華.創客運動與全球化的科技教育[J].現代教育技術，2015（5）：12-17.

[2][3][4]鐘柏昌.學校創客空間如何從理想走進現實——基于W中學創客空間的個案研究[J].電化教育研究，2015（6）：73-86.

[5]陳磊.Scratch融入STEM教育[J].上海教育，2014（8）：38-39.

[6]李小濤，高海燕，鄒佳人等.“互聯網+”背景下的STEAM教育到創客教育之變遷——從基于項目的學習到創新能力的培養[J].遠程教育雜志，2016（1）：28-36.

[7]Warren Buckleitner.Why Scratch is significant[M].Childrens Technology Review，2007.

[8]魏志宏，郭守超，鄧常梅等.App Inventor：一種開源的信息技術課堂學習工具[J].現代中小學教育，2015（4）：80-84.

[9]楊麗.創客教育與課堂創新[J].中小學電教，2015（6）：60-61.

（責任編輯 郭向和）