STEAM視角下小學Python課程設計

黃俊澤 吳麗華 高承靈

【摘要】隨著大數據和人工智能風靡全球，Python作為其主流語言之一，也受到社會各界人士的追捧和使用。本文基于STEAM教育理念，探討了Python圖形化編程的課程設計，旨在給信息技術教師和其他任課教師的Python課程設計提供參考。

【關鍵詞】STEAM教育;Python課程;圖形化編程

【基金項目】本文系2016年度海南省教育科學“十三五”規劃課題項目“海南鄉村學校教育裝備技術支持服務體系與機制研究”（項目編號：QJY13516007）的研究成果;2017年度海南省高等學校科學研究項目“大數據分析技術及其在海南教育信息化公共服務平臺構建的應用研究”（項目編號：Hnky2017ZD-10）的研究成果;2019年國家自然基金項目“基于云模型的在線學習者隱性學習行為挖掘與情感傾向計算方法研究”（項目編號：61867001）的研究成果。

隨著大數據和人工智能時代的到來，我國更加重視大數據和人工智能教育，注重培養更多人工智能方面的人才。2017年7月，國務院在《新一代人工智能發展規劃》中提出，要放眼全球，把人工智能發展放在國家戰略層面系統布局、主動謀劃，舉全國之力，到2030年占據人工智能科技制高點。Python作為實現人工智能最受歡迎的語言，在大學應用型本科中已處于非常重要的地位。

一、問題的提出

目前，我國很少有中小學開設Python課程。為了讓小學生更早地接觸編程，培養他們的計算機思維，中小學應該開展Python圖形化編程的課程，當前，山東省、浙江省已經將Python列入了中小學信息技術課程。中小學開設的編程課程主要有Scratch編程，卻少有Python編程，且偏向成人的教學方式。對于小學生當前的認知水平而言，這是難以學習和理解的。Python圖形化編程能夠把編程分解成一個個簡單的項目來學習，可以減少學生的認知負擔，吸引學生的學習興趣，提高學生編程和計算的思維能力。那么，小學Python課程應該如何設計呢？

二、基于STEAM教育理念的Python課程設計

1.STEAM教育理念下Python課程的可行性分析

（1）教學理論的可能性

STEAM教育是為了培養學生運用多學科知識解決實際問題的能力。而信息技術課程標準也強調了構建具有時代特征的學習內容，理論學習和實踐應用都應得到重視，將學習知識、鍛煉操作能力與開發智力融入運用信息技術解決問題的過程中。 因此，信息技術也是為了培養學生解決實際問題的能力，而Python編程語言作為信息技術課程的組成部分，其目的也是解決生活中的問題。因此，STEAM教育為Python課程提供了良好的理論基礎。

（2）教學實施和空間的可能性

STEAM教育理念在中小學教學中得到了較為廣泛的運用。比如，溫州中學依托Arduino、Scratch軟件開發并實施了“互動技術的課程”;常州市實施了“小學趣味編程”的課程。STEAM教育模式為Python課程的教學方式和方法提供了借鑒，而且其具備了STEAM教學空間和教學設備，如創客空間、物聯網硬件等。因此，STEAM理念為Python課程提供了實施教學的可能。

2.STEAM教育理念下Python課程教學方式

（1）基于項目學習

基于項目學習，簡稱PBL，其思想起源于杜威等人提出的做中學、體驗式學習理念，是基于建構主義的學習方式，以解決實際問題為目的，對項目任務進行精心設計、探究、實施的過程。項目學習方式可以充分發揮學生的主體性，能使學生借助自身的能動性將創意物化，并且與他人進行分享。

（2）設計思維

設計思維是一種以解決方案為導向的思維形式。它是從目標或者要達成的成果著手，探究問題的解決方案，是一種獨特的“在行動中進行創意思考”的方式。學生需要先設計方案，然后根據設計方案進行小發明或小創造。

（3）頓悟學習

頓悟學習是一種學習模式，即通過重新組織知覺環境，并突然領悟其中關系而發生的學習。換言之，學習的過程其實就是頓悟的過程。

3.STEAM教育理念下的Python圖形化編程的課程設計

（1）教學目標設計

基于STEAM教育理念下的課程目標，注重培養學生的編程能力和思維能力，以及運用跨學科知識解決問題的能力。《義務教育信息技術課程標準（2011年版）》要求學生熟悉一種積木式程序設計工具的圖形化編程環境。 本文嘗試將Python圖形化編程的教學目標分為知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀。

知識與技能。學生能運用Mixly圖形化編程軟件進行簡單的操作，了解Python的基礎語法，能夠利用Mixly進行作品創作，如畫圖，并能夠運用其解決生活中的問題。

過程與方法。通過教師對先導知識的講解，學生采用自主探究、協助學習的方式，能夠對Python語言有基本了解。

情感態度與價值觀。學生通過操作和學習Mixly圖形化編程，能夠對Python圖形化編程產生興趣，進而對人工智能有所了解。

（2）教學內容設計

小學階段的圖形化編程課程的教學重點是通過Python語言的學習，培養學生的計算機思維能力。小學階段的Python圖形化編程課程內容，主要分為Python認識了解階段、Python學習階段、Python項目應用階段，每個階段都有不同的要求，具體如下。

Python認識了解階段。學生需要了解Python語言、Python語言的應用、Python與人工智能。

Python學習階段。學生開始接觸Mixly圖形化編程軟件，借助海龜模塊學習Python圖形化編程命令，如循環、條件等的使用。

Python項目應用階段。這個階段屬于創作階段，主要培養學生解決問題的能力。教師可以借助Mixly、 Mixgo引導學生制作一些趣味性的作品，如制作表情包、音樂盒、樓道感應燈、門鈴等。

這三個階段的學習是由簡單到復雜的過程，在這個過程中，教師逐步調動學生學習的積極性，培養學生探索和實踐的精神。內容的編排是根據布魯納螺旋式的編排方式，在不同的年齡段，教材的內容也不同，其抽象程度根據其年齡段的改變而不斷加深，從而實現螺旋式上升。這樣，學生對課程內容的掌握才會隨著年齡的增長而不斷加深。

（3）教學過程和實施設計

教學過程主要分為三部分，即課堂導入、創作與改進作品、創意修改與分享。課堂導入環節主要培養學生的發散思維，教師提出問題，學生思考后回答;創作與改進作品的環節，其實就是（創作作品）試誤—（作品）修改—頓悟的過程;作品創意修改與分享環節花費的時間比較多，包括學生的再次設計，以及對自己作品的分享。在這三個過程中，學生可以發生多次頓悟，每次頓悟就是一次進步。

（4）教學評價設計

教師的教學評價主要采用過程性評價和總結性評價相結合的方式。過程性評價更加注重學生學習階段性的成果，評價的過程應該由教師、同學、家長的評價構成。教師可通過建立電子檔案，記錄每位學生的成長過程，并及時反饋給學生和家長。總結性評價一般是在課程結課時采用的評價方式，通常讓學生完成一個綜合項目或者作品，然后由教師根據學生的完成情況進行評價。

Mixly軟件為學生學習Python編程提供了很大幫助。Python圖形編程有助于培養學生的計算機思維，而且是一種有效的課程方式。在STEAM教學理念下，Python課程的教與學會變得更有趣、更有價值，能為學生未來深入學習編程語言打下堅實的基礎。

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