STEAM教育理念下的編程課程教學(xué)策略

瞿強(qiáng)

近年來，STEAM教育越來越受到教育領(lǐng)域的關(guān)注，編程教育作為STEAM教育和創(chuàng)客教育中的重要一環(huán)，其內(nèi)容也被編入中小學(xué)信息技術(shù)課程中。但編程過程相對抽象，如何吸引學(xué)生并使他們輕松學(xué)習(xí)編程知識，是擺在廣大教師面前的一道難題。下面，筆者就來梳理并探討STEAM教育理念下編程課程的教學(xué)策略。

一、STEAM教育與編程教育的關(guān)系

STEAM的五個英文字母分別代表五門學(xué)科，即科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）及數(shù)學(xué)（Mathematics）。STEAM教育將多個學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行融合并形成一門以項目教學(xué)為主的綜合性課程，倡導(dǎo)在問題解決驅(qū)動目標(biāo)下的跨學(xué)科學(xué)習(xí)，旨在培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力以及團(tuán)隊協(xié)作能力等。而編程教育主要是培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和計算思維，在我國中小學(xué)信息技術(shù)編程課上，較常用的可視化模塊編程軟件工具有Scratch、App Inventor、Alice、Mixly等。

1.編程與科學(xué)

計算機(jī)科學(xué)是一門包含各種各樣與計算和信息處理相關(guān)主題的系統(tǒng)學(xué)科，從抽象的算法分析、形式化語法到具體的主題如編程語言、程序設(shè)計、軟件和硬件等。

2.編程與技術(shù)

軟件編程屬于IT領(lǐng)域，IT（信息技術(shù)）是管理和處理信息所采用的各種技術(shù)的總稱，它主要是應(yīng)用計算機(jī)科學(xué)和通信技術(shù)來設(shè)計、開發(fā)、安裝和實施信息系統(tǒng)及應(yīng)用軟件，通常又被稱為“信息和通信技術(shù)”。

3.編程與工程

中小學(xué)生不可能去實際接觸如同土木工程、水利工程這樣的大型項目，但編程設(shè)計可以在實施具體程序項目時，利用相關(guān)工程學(xué)原理。編程所培養(yǎng)的應(yīng)該是有工程意識的人才，在編程學(xué)習(xí)中學(xué)生可以對整個程序進(jìn)行總體規(guī)劃，考慮程序項目的合理性、代碼規(guī)范性、功能拓展等內(nèi)容。

4.編程與藝術(shù)

編寫優(yōu)美的程序需要靈感和高超的技巧，就像建筑師設(shè)計地標(biāo)性建筑一樣，充滿樂趣和挑戰(zhàn)。整齊且結(jié)構(gòu)合理的程序就像經(jīng)典建筑一樣耐人尋味，所以計算機(jī)編程同樣需要藝術(shù)，程序員就是創(chuàng)造編程藝術(shù)的代碼藝術(shù)家。

5.編程與數(shù)學(xué)

編程包含了豐富的數(shù)學(xué)知識，比如計算坐標(biāo)移動的具體位置。編程最重要的核心就是算法（算法代表著用系統(tǒng)的方法描述解決問題的策略機(jī)制），而算法的編寫需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

本研究借助的是可視化編程工具Scratch，學(xué)生通過簡單的圖形化積木式的拖放組件便可以完成編程學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和計算思維。

二、STEAM教育在編程課堂中的六大教學(xué)策略

1.激發(fā)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與動力

學(xué)生探索的動力來自對所學(xué)內(nèi)容的興趣，編程教育不應(yīng)將學(xué)生學(xué)習(xí)編程的樂趣剝奪，教師需要不斷研究、分析編程課程的特點和教學(xué)方法，結(jié)合學(xué)生實際情況進(jìn)行學(xué)情分析，找出學(xué)生的興趣激發(fā)點。以“救援英雄”一課為例，筆者采用了情境教學(xué)法和游戲體驗教學(xué)法。開始新課前，給學(xué)生播放電影《海防最前線》中海防救援人員用直升機(jī)解救風(fēng)暴中落水者的片段，而后又讓學(xué)生體驗“救援英雄”小游戲，該小游戲就是仿照電影情節(jié)制作出來的Scratch游戲，這激發(fā)了學(xué)生想要自己制作游戲的欲望。

案例1：“救援英雄”課堂激趣環(huán)節(jié)

師：“同學(xué)們，讓我們一起來分享一段視頻。”（播放視頻，和學(xué)生一起討論氣候現(xiàn)象和科學(xué)知識）

師：“相信每位同學(xué)的內(nèi)心深處都有一個英雄夢，今天就讓我們在課堂上，用我們所學(xué)的知識，實現(xiàn)我們的英雄夢！”（展示課題）

教師首先用PPT展示如下虛擬場景：

一架MA120小型飛機(jī)發(fā)生故障，緊急迫降在海面上，機(jī)上六名乘客全部落水，作為一名海上搜救隊的搜救員，你要開著直升機(jī)去救落水人員。這片空域常有海鳥出現(xiàn)，為避免與之相撞，你需要小心駕駛，在保證自身安全的前提下，安全救出全部落水人員。

接著教師邀請一位學(xué)生體驗“救援英雄”游戲，并嘗試分析游戲流程，思考為什么要這樣設(shè)計游戲。

2.教學(xué)創(chuàng)新，將抽象復(fù)雜的問題模塊化

本課的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生經(jīng)歷“分析劇本—提煉關(guān)鍵詞—繪制流程圖—編寫程序”的過程，掌握將自然語言轉(zhuǎn)換為計算機(jī)語言的方法，并能用學(xué)到的編程語句完成小游戲的設(shè)計制作。

在“救援英雄”編程課的設(shè)計中，筆者靈活運用以下多種教學(xué)方法幫助學(xué)生構(gòu)建知識。第一，情境創(chuàng)設(shè)法。通過驚險的視頻，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入救援英雄的世界，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。第二，激勵教學(xué)法。通過不斷啟發(fā)、引導(dǎo)，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，自己尋找解決問題的方法。第三，任務(wù)驅(qū)動法。通過布置任務(wù)，調(diào)動學(xué)生勇于冒險、敢于探索的積極性。第四，小組探究法。通過小組討論、互助、探究、展示，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

案例2：“救援英雄”課堂教學(xué)環(huán)節(jié)

游戲體驗結(jié)束后，教師提問：“這個游戲是怎么制作出來的呢？”

學(xué)生發(fā)表各自看法，教師引導(dǎo)學(xué)生理解什么是“工程”項目，拋出游戲開發(fā)這個環(huán)節(jié)，進(jìn)而讓學(xué)生理解“游戲開發(fā)流程圖”。

分析劇情與編寫代碼：

“救援開始，救援直升機(jī)的螺旋槳飛旋著呼嘯疾飛，落水乘客戴著救生圈在水中等待救援。現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，你用光標(biāo)控制鍵操控飛行方向，在搜索區(qū)搜尋并營救落水者……”從劇情中提煉出兩個關(guān)鍵詞：一是“直升機(jī)呼嘯疾飛”，畫出流程圖，然后用“改變造型”語句以及“重復(fù)執(zhí)行”語句加以實現(xiàn);二是“操控飛機(jī)做上下左右的飛行”，將使用上節(jié)課所學(xué)的“光標(biāo)控制移動”語句來實現(xiàn)。

設(shè)計“遇險者”，是本課的教學(xué)重點和難點。通過劇本引導(dǎo)學(xué)生找到關(guān)鍵詞“脫離險境”，引導(dǎo)學(xué)生思考如何將之轉(zhuǎn)換為Scratch語句——“遇險者如果碰到救援者，就會被隱藏，否則就繼續(xù)顯示。”此時提問：“這與我們之前學(xué)過的外觀模塊中的什么語句相似？”學(xué)生不難回答出是“將顏色改變”語句，可以邀請兩位學(xué)生合作，在教師機(jī)上嘗試完成這段程序。

隨后請學(xué)生思考“如何才能判定救援成功”。展示流程圖，幫助學(xué)生理解計數(shù)器的工作原理，提醒學(xué)生“在數(shù)學(xué)中把不斷變化的、可取不同值的量稱為變量，在Scratch中可以使用變量來實現(xiàn)計數(shù)器的功能”。之后邀請學(xué)生上臺，在流程圖和教師的引導(dǎo)下，完成計數(shù)器的編寫，從而讓學(xué)生成為難點問題的“突破者”。

3.勤思妙想，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力

在課程內(nèi)容上，整個“救援英雄”不僅有技術(shù)學(xué)科中的編程技術(shù)，也運用到了數(shù)學(xué)學(xué)科中的坐標(biāo)計算、藝術(shù)學(xué)科中的美學(xué)設(shè)計、工程學(xué)科中的合理布局等知識。在設(shè)計和完成的過程中，學(xué)生應(yīng)用多學(xué)科的知識綜合解決問題，并在設(shè)計過程中融入個人創(chuàng)意，創(chuàng)造富有個性的游戲。

4.動手實踐，提高分析問題和解決問題能力

課堂教學(xué)中，布置課堂任務(wù)是完成學(xué)習(xí)任務(wù)的起點。下面列出的是“救援英雄”的三個課堂任務(wù)，每一個任務(wù)難度不同，知識目標(biāo)不同。

案例3：“救援英雄”課堂任務(wù)布置環(huán)節(jié)

課堂任務(wù)：兩人一組，討論并構(gòu)思一段故事情節(jié)（如海上救援、極地救援、消防員滅火、大魚吃小魚等），將故事情節(jié)記錄在創(chuàng)意設(shè)計書上，并運用Scratch將這段情節(jié)編寫成一個小游戲。

任務(wù)1：設(shè)計“救援者”

設(shè)計一個能由光標(biāo)鍵控制運動的角色（如救援直升機(jī)、戰(zhàn)地救護(hù)車等）。

要求：

（1）角色在運動過程中有造型的變化。

（2）角色由光標(biāo)鍵控制，在舞臺范圍內(nèi)上下左右均可移動。

任務(wù)2：設(shè)計“遇險者”

設(shè)計多個“遇險者”角色（如受傷的群眾、落水者等）。

要求：

（1）“遇險者”在運動過程中有造型的變化。

（2）“遇險者”在接觸到“救援者”時會隱藏。

（3）所有“遇險者”獲救后，程序結(jié)束。

拓展任務(wù)：設(shè)計“干擾者”和游戲結(jié)束條件

“干擾者”的出現(xiàn)時刻威脅著“救援者”的安全，請設(shè)計一個危險的“干擾者”角色（如飛鳥、熱氣球、大火等）。

要求：

（1）“干擾者”在舞臺范圍內(nèi)隨機(jī)移動。

（2）利用“變量”技術(shù)，判斷“遇險者”是否已被全部救出，然后游戲結(jié)束。

STEAM課程的開放式學(xué)習(xí)特征會導(dǎo)致學(xué)習(xí)者進(jìn)度參差不齊，需要教師采取個別化的指導(dǎo)策略。如布置第二個任務(wù)時，教師可為學(xué)生提供相關(guān)學(xué)案，幫助學(xué)生通過學(xué)案鞏固知識點;進(jìn)行拓展任務(wù)時，教師可提供給學(xué)生Scratch程序模塊的使用圖解，教會他們通過程序模塊的注解理解該程序作用，從模仿到原創(chuàng)，讓學(xué)生在制作游戲項目中逐漸學(xué)會如何通過自學(xué)去完善和優(yōu)化項目。

5.分享交流，有助形成評價維度的多元化

作品制作完成后，每個小組依次到演講臺，作為分享者給其他小組同學(xué)展示自己的作品，并分享各組的分工方式、創(chuàng)意來源、流程步驟、作品結(jié)構(gòu)及亮點，同時也可以把自己組在完成過程中遇到的困惑講出來，并與其他小組同學(xué)進(jìn)行互動。這種路演模式不僅培養(yǎng)了學(xué)生協(xié)調(diào)能力和語言表達(dá)能力，還為組與組之間搭建了一個學(xué)習(xí)的平臺，通過路演及時發(fā)現(xiàn)作品問題，以便在后期進(jìn)行修改和優(yōu)化。

編程課堂采用自評與互評相結(jié)合的發(fā)展性評價方式，學(xué)生除了展示作品外，還需介紹項目背景、團(tuán)隊組成、設(shè)計思路、創(chuàng)作過程、創(chuàng)新點說明等，同時還要從故事情節(jié)、技術(shù)實現(xiàn)、科學(xué)原理、工程規(guī)劃、代碼邏輯、藝術(shù)表現(xiàn)、小組合作、創(chuàng)意實現(xiàn)、現(xiàn)場答辯等方面多維度相互評價與反思。師生評價、自我評價與生生評價注重對學(xué)生創(chuàng)新方法、創(chuàng)新過程、創(chuàng)新成果進(jìn)行全方位多維度的評價。

6.學(xué)科融合，培養(yǎng)跨學(xué)科思維和綜合性實踐能力

STEAM教育要求進(jìn)行跨學(xué)科的融合，在教學(xué)活動中要引導(dǎo)學(xué)生在分析問題時認(rèn)識到可能涉及的學(xué)科知識，找出這些知識點并解決理論知識上的盲區(qū)，利用跨學(xué)科的學(xué)習(xí)方式來提高自學(xué)能力。同時，如果教師在備課時能梳理出教學(xué)中可能涉及的主要學(xué)科知識和能力，將有助于進(jìn)行有針對性的教學(xué)輔導(dǎo)。以“救援英雄”活動為例（如下表），在梳理目標(biāo)后，教師可以非常清楚地引導(dǎo)學(xué)生一步步從初級目標(biāo)到達(dá)高級目標(biāo)，達(dá)到學(xué)科銜接的目的。

綜上，筆者針對“救援英雄”制訂的有針對性的教學(xué)策略，使STEAM課程發(fā)揮了它的價值，促進(jìn)了學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的綜合能力，真正融合科學(xué)、工程、技術(shù)、藝術(shù)、數(shù)學(xué)的學(xué)科精髓，有利于學(xué)生跨學(xué)科思維能力的培養(yǎng)，助力學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合實踐能力的發(fā)展。