面向STEAM教育的Scratch課程設計探究

劉博偉 劉昕 林裕仁

【摘 要】隨著信息化社會的到來，編程教育逐漸受到全社會的關注。將Scratch編程教學融入STEAM教育課堂，有助于STEAM課程的推廣、銜接，亦有助于學生創造力的培養。本文以筆者團隊于中小學創客夏令營中設計開展的融合性Scratch課程為例，以求對中小學階段相關課程的設計及實施提供一定的實踐參考。

【關鍵詞】STEAM;Scratch;課程設計

【中圖分類號】G434? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2019）07、08-081-04

在全面構建科學教育體系的背景下，STEAM教育被視為培養學生實踐能力與創新思維的最優路徑之一。其中，以Scratch創意編程軟件為代表的可視化、模塊化編程工具作為融合性教學的新載體，憑借簡單易學的特點受到了廣泛的關注。近年來，國內出現了很多基于Scratch環境的STEAM教育產品。但由于其多應用于計算機課堂中，導致絕大多數的課程方案都側重編程分析，忽視了在探究學習過程中培養學生跨學科解決實際問題的能力[1]。

中小學STEAM教育的現狀與困境

STEAM教育是在STEM教育的基礎上擴展衍生出的教育理念，強調的是五門學科的知識整合與綜合運用，讓學生在學習中融合性地發展出探究世界的能力。我國近年來在STEAM教育上的研究與投入逐步提高，市場上的新興機構和課程教材發展迅猛。在一些中小學，也逐步設置并開展STEAM教育相關課程。設計并投入實施一個STEAM課程涉及許多資源的調配與使用，在學校條件的允許下，往往開設課程時，學校和教師會盡力為學生提供多樣的硬件設施。這導致了STEAM課程經費負擔重、課程更新率低等問題[2]。而在師資匱乏的中小學，由于設備維護難、使用率較低等問題，導致搭載相關課程的同步課堂無法開展。同時，不同設備供貨廠商間的相同類型產品存在著極大的操作差異，導致相關師資培養難[3]、相關經驗遷移難、相關資源共享難等問題。相關課程改革在推進時往往演變為動手課、操作課[4]。

Scratch教學現狀

通過對于Scratch編程教學現狀的梳理，可大致將其分為Scratch編程課程和Scratch輔助型課程兩種。Scratch編程課程是指以Scratch為教學內容的課程，目的是通過模塊化的形式，幫助學生初步學習編程、應用編程解決一些問題。通過Scratch編程課程的學習，學生可以制作電子相冊、交互動畫等作品。Scratch輔助型課程，是指以Scratch為技術支持的課程，目的是通過學習模塊化編程，輔助理解、學習與使用諸如3D打印機、開源硬件等設備。作為一種輔助教學的軟件融入STEAM課堂，可以實現一些硬件的功能。

Scratch在STEAM教育推廣上的優勢

通過分析Scratch的應用可以發現，Scratch課程的意義不僅在于編程學習本身，更在于其融合性及其引導的“為創作而教學”的教學方法。因而Scratch憑借自身的特點在STEAM教育的推廣上存在諸多優勢。

Scratch是多學科整合的教育平臺。學生在學習和制作作品時需調動多方知識，有助于活化其先備知識結構。Scratch成本低、遠程推廣容易。Scratch作為一款開源軟件，便于學習者輕松下載軟件、查閱相關的資料，通過遠程分享和學習使更多人參與進來，這大大降低了學習門檻。Scratch能夠上下延伸，促進銜接。Scratch上接模塊化拼圖、STEAM教育數字資源，下接開源硬件、物聯網硬件，在學生思維的過渡期，可以起到銜接的作用。

課程設計與案例分析

Scratch是現階段中小學信息技術課程中重要的學習平臺之一。面向STEAM教育對Scratch課程進行設計，有助于彌補其在現有編程課程體系中跨學科教育和綜合能力培養上的不足。

1.課程設計策略

面向STEAM教育的Scratch課程設計主要以“主題”或“項目”展開教學，且注重學生的能力培養。因而，在設計課程時應注意以下幾點。

（1）注重探究，設置相互銜接的多層任務。在設計相關課程時，應培養學生獨自探究與合作探究的能力。探究過程要注重課程之間的銜接性，調動學生的求知欲，促使學習者自主發現并學會解決問題。設置層次分明的遞進式任務，步步深入發展學生的創新思維，同時做好相關拓展課程的延伸。

（2）學科整合與情境交互性。在設計課程時，教學目標的設計應從知識習得轉向提高學生整體績效。注重學科間的深入整合，情景的創設與支持也應從雙向考量，從情境中來到情境中去。

（3）評價途徑與方式多元化。在貫穿全程的課程設計中融入多元化的評價方式，以改善單一評價體系可能導致的評價負效應。課堂中，在知識探究、問題探究、分享評價等環節，實現師評、互評、自評;抑或利用線上平臺實現資源共享的同時，加強學生的自評、互評。對于學生在課程中的知識學習、知識遷移、綜合運用、探究能力及創新意識等建立標準化體系的評價標準。同時，建設相關的校、市、省級比賽，促進評價途徑多元化。通過豐富評價途徑與方式，增強課程與學生生活的關聯性，從而促進學生的學習意愿。

2.課程設計案例——小紅帽的送餐之旅

本課是以技術為核心的面向STEAM與創客教育的Scratch課程。授課對象是小學3至5年級學生。課程知識點涵蓋科學、數學、地理、信息技術等學科知識，通過趣味故事改編的方式引入并最終完成作品，并設計了相應的拓展銜接。

（1）創設情境與目標設定——情境交互的多學科整合學習任務。教師在課程伊始以“小紅帽的送餐之旅”創設情境并進行導入，引導學生交流分享故事。采用角色扮演的方式即興展示，一方面考查并鍛煉學生的語文知識運用與交流能力，另一方面為接下來Scratch中的路線規劃做鋪墊。課程的終極目標是制作一份幫助小紅帽送餐的電子地圖，課程中包含穿越叢林所需的生態系統結構問題、地圖與比例尺問題，以及路線規劃中的數學幾何問題等。

（2）知識研習——科學研習與認知。通過送餐路上遇到的景象，以問題引導學生研究和學習生態系統的結構，并搜集制作地圖所需的卡通素材。而后，通過生活中常見的地圖，展開地圖與比例尺的問題，引導學生研究并最終繪制出一份紙質地圖。此過程中，學生需要進行分享交流，并進行自評、師評、互評。

（3）問題探究——合作探究與知識遷移。在該環節，教師將引導學生進行合作探究。學生需要在地圖與比例尺的基礎上依據給定距離進行電子地圖的測算與繪制，并規劃小紅帽的送餐軌跡。由于送餐過程中涉及人物轉向，此處教師需要明確內角、外角及角度的定義，學生組內建立探究單展開探究，幫助學生完成探究并得出結論。

本課主要學習運用運動類積木。在繪制電子地圖時，教師依據本課所需對模塊的選擇劃定大致的范圍并進行講解，但學生可不局限于此范圍使用。此環節中，涉及路線設計、程序搭建、程序運行測試等環節，有利于培養學生利用知識解決具體問題的能力。

（4）分享評價——師評、自評、互評。課堂上學生可以對電子地圖作品及活動過程進行展示，完成自評、互評。此時，教師依據學生科學理解、設計內容、生成作品進行打分。

（5）優化創新——程序精簡與創新設計。在此環節，學生在原程序上進行簡化，以求獲得最精簡的程序。并通過功能模塊的使用創新設計，使作品與眾不同。學生可將作品上傳至云平臺與大家交流分享，延伸自評與互評途徑，并可對項目進行迭代探究與創新。

（6）拓展實踐——快遞機器人的制作。本系列課程開展于中小學創客夏令營，有開源硬件、機器人套件等硬件設備支持。此環節中，學生可依據已有程序進行改造，通過更改左右輪轉速和傳感器設置等制作快遞機器人。通過課程銜接拓展體驗式任務，助推學生進行更深入的科學探究。

課程實踐

筆者團隊將設計的系列課程應用于中小學創客夏令營。通過活動結束后的調查問卷分析顯示，學生對于該環節的課程設計感到滿意。作為銜接后續課程的前期課程，Scratch教學的引入能夠幫助學生在后續3D打印、開源硬件等課程中，更好地建立假設、進行驗證并得出結論。學生將課程知識與硬件設備相結合，制作了多樣化的游戲和模型。學生愿意在課后運用Scratch對已學知識嘗試進行電子制作并分享，線上平臺交流踴躍。

信息技術的發展為復合式創新人才培養提供了新途徑。STEAM教育引領下的Scratch課程，是以技術為抓手培養學生核心素養的有效手段。本研究中面向STEAM教育的Scratch課程的設計策略具有一定的應用與研究價值。后續研究也將沿著這一思路，深度聚焦課程的實踐以及STEAM教育推廣，優化課程設計方案，以求對其進行完善。