小學micro:bit創意編程教學中STEAM教育理念的滲透

李良機

如今，單一技能的應用已經不能支撐人才的發展，社會要更多綜合型人才。STEAM屬于具有較強實踐性的一種超學科的基本教育理念，同單學科的教育以及傳統對書本關注的理念有一定的差異。在新課程改革的實施中，micro：bit憑借簡單易學的特征備受廣大師生青睞，并且逐漸進入小學信息技術課堂。為了能實現人才培養基礎的夯實，小學信息技術教師就要考慮到教育理念的基本滲透，然后將其作為基本，以此來實現有效的micro：bit創意編程教學，從而革新傳統教學方式，既讓學生基于親身體驗扎實掌握信息技術課程的基礎知識，又教會學生在實踐中舉一反三，實現綜合發展。

一、小學micro：bit創意編程教學與STEAM教育理念簡述

micro：bit最早起源英國，是英國廣播電視公司與微軟、ARM等諸多知名企業共同開發的微電腦開發板。從本質上來說它屬于開源硬件平臺，開發它的目標是為了充分調動學生參與到創造性硬件制作與軟件編程活動中。micro：bit專為青少年編程教育而設計，尤其適合在少兒編程教學中應用。

STEAM是通過STEM發展所得，基于STEM增添了藝術，形成STEAM。因此，STEAM教育就直接將科學、技術、工程、藝術以及數學教育融合在一起，通過相互之間的融合，最終就能實現：在實際問題解決的關鍵階段，發揮工程的核心作用，并且將數學與科學作為其基礎，藝術是非常重要的驅動力，貫穿到STEAM教育的全過程，同時能實現技術學科中的創意與設計方案。

任何事情要想取得成功，都不能只依賴某一種能力，必須具有多種能力，例如，在生產高科技電子產品的過程中，既需要科學和技術，通過高科技手段實現產品功能的創新，又需要設計好看的、令人賞心悅目的外觀，即藝術等領域的綜合才能。由此可見，培養小學生綜合能力是教師的關鍵任務，從而在小學micro：bit創意編程教學中實現STEAM教育理念滲透，就具有重要的現實意義。為了在micro：bit創意編程教學中滲透STEAM教育理念，應明確其具體的教學模式，主要有項目式學習、設計式學習、探究式學習、混合式學習等模式，其中項目式學習是STEAM教育中最常用的模式之一，這里探討的就是以STEAM教育理念為基礎的項目式學習模式。在小學micro：bit創意編程教學中滲透STEAM教育理念，可以引導小學生圍繞作品主題展開想象、聯想，實施創意性開發，同時構思作品的整個工程設計和分析，思考如何通過編程語塊組建程序，最終順利解決問題，有效培養綜合能力。

二、小學micro：bit創意編程教學中滲透STEAM教育理念的準備

（一）明確教學理論依據

目前，國際之間的競爭在支出的加劇，而為了能實現綜合國力的全面提升，都在開始關注對綜合創新人才的培養。STEAM教育理念作為加強創新綜合型人才培養的教育新潮流，在培養學生實踐能力和解決問題能力、創造精神等方面發揮了重要作用。STEAM教育理念要滲透、要落地孵化，最終要通過課程案例的形式來呈現。而micro：bit就是將8～12歲兒童作為主要對象的編程軟件，是一種簡單易用的圖形編程軟件，特別適合小學生使用，在培養學生解決問題能力和想象力、創新力等方面的作用也是毋庸置疑的。所以，STEAM教育理念本身就能與micro：bit創意編程擁有一致性的特點。因此，這對小學階段的micro：bit創意編程教學是非常合理的，同時還可以讓教育能變得更加具體，同時也能讓實施變得更加的具有可行性，最終提供理論化的依據來服務micro：bit創意編程教學。在micro：bit創意編程教學中，教師借助python等編程軟件進行創意編程教學設計，目的就在于引導學生進行知識的融合與創新，通過以新課程標準為導向融合美術、音樂、語文、數學和歷史等學科知識，加強實踐鍛煉，提高綜合能力。

（二）做好教學目標分析

在micro：bit創意編程教學中滲透STEAM教育理念，教學目標主要是培養學生的綜合能力，使其基于操作和實踐掌握基本編程技能，提升核心素養。

第一，初步掌握使用micro：bit來編程的方法。引導小學生對相關知識加以熟悉，并且能對應的掌握其使用的基本方法和規則;熟悉micro：bit的基本組成模塊，熟悉指令、控制、事件、邏輯運算以及偵測等模塊的功能;通過軟件的實用，就可以實現創意編程作品簡單的創作。第二，掌握編程設計基礎知識，基本形成計算思維和計算能力。基于STEAM教育理念，在對應的教學活動實施進程中，就要求將對應的項目任務加以落實，這樣就可以掌握到基礎性的編程設計知識，例如，序列、循環、變量和分支判斷等程序知識，可以理解算法問題等;在實踐操作中持續應用程序知識，建立計算思維和計算能力體系。第三，構建創新思維，增強創新意識。通過開展micro：bit創意編程教學，引導小學生在觀察編程作品時發散思維，進行作品的再想象、再創造，在培養創新思維的同時提高創新意識。第四，基于跨學科模式實現對知識的綜合運用。注重多學科的相互融合，是目前最為顯著的特點之一，其牽涉到教育理念的各個方面。因此，小學生在學習micro：bit創意編程的過程中可以學習各學科知識，基于多學科模式構建統一知識體系，鍛煉應用跨學科知識的能力，提高問題解決能力。

（三）了解學生學習情況

基于小學高年級學生作為基本的研究對象，實現教學中STEAM教育理念的合理融入。因為小學高年級的學生，其本身是出于從具體運算朝著形式運算過程的黃金階段，所以，就可以考慮到抽象概念的建立健全，這樣就會讓其本身擁有一定的分類能力、運算能力以及排列能力。而且高年級小學生可能已經接觸過部分編程軟件，具備一定的程序設計和算法起點。micro：bit又屬于微電腦開發板，搭配拓展模塊能進行進階式創意編程學習，學生可以用它創作小游戲和音樂、動畫等，實現在學中玩、在玩中學。

三、小學micro：bit創意編程教學中滲透STEAM教育理念的原則

（一）趣味性

micro：bit創意編程最顯著的特點在于趣味，若是教學沒有趣味性，那么利用micro：bit微電腦開發板創作的作品自然會顯得無趣，無疑埋沒了micro：bit最大的優勢。優秀的micro：bit編程作品在編程技術和畫面、聲音、劇情安全上必定有過人之處，教師只有在教學過程中創作充滿趣味的micro：bit編程作品，讓小學生本身帶有強烈的探究欲望。這樣才能促使他們為了滿足個人好奇心、成就感而主動探索、練習，在教學環節達到培養學生綜合能力的目的。例如，教師可以創作小動畫或是小游戲，或是在視覺藝術和聽覺藝術上狠下功夫。

（二）情境交互性

STEAM教育理念對知識遷移與應用非常的關注，同時也能明確多學科知識的利用，以此來實現實際問題的有效處理。滲透了STEAM的micro：bit創意編程教學活動就應遵循仿生活情境性和交互性的原則，為學生創設在生活中遷移運用所學知識的情境。如果micro：bit作品能貼合到小學生的生活經驗以及知識背景，這樣就可以在現實生活與知識學習之間建立起橋梁。在情境交互性活動中，學生不僅可以體會學習micro：bit創意編程的樂趣，還能更好地在生活中運用知識。例如，在仿生活性micro：bit創意編程情境中，學生和micro：bit作品充分互動，提高參與micro：bit游戲作品或是動畫作品的參與程度。

（三）學科整合性

STEAM教育理念側重各個學科之間的融合，所以有必要根據學科整合性原則開展micro：bit創意編程教學實踐活動。micro：bit微電腦開發板涉及的各個模塊可以滿足與學科的整合需求。在解決問題的過程中，各學科知識并非獨立發揮作用，往往要深度融合多學科知識，將STEAM教育的這一理念滲透到micro：bit作品中，突出特征就在于跨學科知識整合。在micro：bit創意編程中通過項目是學習模式的合理運用，就可以滿足多個學科之間的相互整合的要求，通過設計場景化或是游戲化的micro：bit作品，成功解決現實問題。同時，提高micro：bit創意編程學習的趣味性，讓學生切身體會“學玩合一”，形成深度學習能力。例如，在micro：bit微電腦開發板中相關模塊的合理運用之后，就可以實現對音樂知識的有效整合;利用畫筆模塊，整合美術學科知識;利用數字和邏輯運算模塊，整合數學學科知識等。

四、小學micro：bit創意編程教學中滲透STEAM教育理念的實踐探索

（一）“智能溫度計”創意編程案例

1.活動設計

智能溫度計屬于具備較強擴展性的創意編程項目，根據實際難度大小和學科融合程度能合理劃分為基礎編程與進階編程兩個部分。由于該項目集成了溫度傳感器，因此基礎編程所需硬件僅僅是micro：bit微電腦開發板和一條安卓數據線，指導學生開始編程設計后做好仿真測試，隨后與micro：bit微電腦開發板進行連接來對環境溫度進行準確檢測。而進階編程更加適用于高年級小學生，它在基礎編程的要求下設置了基礎擴展板、蜂鳴器等，能實現高溫報警功能。

2.活動實施

（1）情境設計。活動開始之前先向學生提出如下問題：大家覺得冬天與夏天有什么不同的感受？讓學生得出溫度的變化，再次提問：我們往往依靠感覺來判定物體的冷熱程度，這樣準確嗎？從而引導學生意識到溫度計在生活中的重要性，最后拋出micro：bit集成溫度傳感器，讓學生代入問題思考是否可以利用micro：bit來設計一個智能溫度計，學生都充滿了興趣。

（2）任務規劃。借助智能溫度計導學案可以讓學生對此次的創意編程項目有基本的了解，通過小組交流探討的模式來得到問題的關鍵點，擬定對應的解決方案，對智能溫度計設計要涉及的相關材料予以列舉。另外，教師針對創意編程項目的關鍵知識點展開細致講解。依靠全面深入的溝通交流，學生僅用了幾分鐘時間便得出智能溫度計的基本設計流程是將感應到的溫度數據通過LED進行顯示，其中涉及的積木模塊屬于基本模塊中的顯示數字和輸入模塊中的溫度。

（3）編程設計與調試。根據創意編程項目需求對程序代碼進行編寫并進行仿真測試，連接micro：bit微電腦開發板并發送程序，把順利載入程序的micro：bit微電腦開發板放置于實際環境中實施調試，能適當增加熱風來控制環境溫度變化，最后要求學生對程序代碼進行優化編寫。micro：bit集成了傳感器和軟件的易用性，小學生實際操作過程中并未存在插錯線的現象，可以真正全身心參與到創意編程活動中，促進教學效率提升。

（4）任務拓展。要求學生拓展思考高溫報警功能如何實現，例如，可以在LED中加入hot的短語顯示。

（5）評價總結。對學生創意編程任務的實際完成情況予以檢查，對學生作品實施客觀評價，最后由教師對此次活動予以總結，引導學生思考怎樣讓溫度計變得更智能，讓其利用課余時間思考和學習。

對此次智能溫度計的創意編程活動，能看到借助于micro：bit微電腦開發板在促進小學生STEAM素養方面表現出的突出優勢，依靠創意編程活動不僅僅可以讓學生深化對其他課程知識的理解，還能感受到利用編程的方式可以讓硬件變得更智能，有效激發了他們學習編程的積極性。針對怎樣充分發揮出micro：bit在創意編程教學中滲透STEAM教育理念的更多優勢，是教師在未來實際教學中應持續研究和思考的問題。

（二）課文《草船借箭》創意編程案例

1.分析編程內容

在語文與歷史之中都會涉及《草船借箭》這一個故事，在開展micro：bit創意編程教學時就可利用其故事情節為學生創設恰當的情境，引導他們學習。這一micro：bit創意編程案例和《小花匠》相比難度更大，學生要掌握micro：bit微電腦開發板的各個模塊和程序指令等，同時運用所學知識自主進行項目程序設計。要想讓學生把《草船借箭》的故事情節和動畫演變、人物變化等設計得有趣、生動，教師的指導不可或缺，所以滲透STEAM教育理念，指導學生不斷增強自身的體驗，這樣就能享受到成功的喜悅。

2.加強項目實踐

在案例項目實踐實施環節，筆者把全班學生分成若干小組，每組四名成員，通過合作方式進行項目式學習。如此，學生面對真實學習任務，綜合運用各學科知識，基于小組合作學習環境開展一系列自主探究活動，然后做好作品或探究成果的表達、展示、交流。在項目式學習中，各小組成員踴躍參與、各抒己見，憑借團體的力量融合不同創意，創作良好的micro：bit編程作品。

首先，創設學習情境。筆者在導入環節引導學生回憶課文《草船借箭》的內容，講授這一著名的三國典故，激發學習興趣，調動參與積極性。同時，鼓勵學生自主查閱資料和文獻，讓他們在了解故事以后開展背景和角色、編程的設計。

其次，設計恰當的任務。《草船借箭》micro：bit創意編程設計案例的任務主要分成四個，每一個小組的四名成員分別負責其中一個。我設計的四個項目任務情節相互銜接，要求每一名成員進行交流、研討，一起完成程序設計。

（1）設計舞臺背景和角色。學生可以利用課外素材導入舞臺的背景，并按照筆者創設的學習情境，加入與情節契合的背景;按照故事情節進行角色設計，包括草船、箭、士兵等。分析角色：岸邊的士兵超大霧彌漫的水中不斷射箭，一開始草船呈無箭狀態，射到水中的箭可以被草船收集，射到舞臺以外的箭直接消失。按照故事情節，學生可以明確每個角色的出現順序、效果，如依次為岸邊的士兵、和士兵處于相同水平線的箭、出現在河里的無箭草船、進行箭的克隆、向水中發射箭、草船收集箭。而且射箭產生的聲音是角色設計的組成部分之一，學生利用micro：bit的聲音模塊加入射箭聲音的設計，并使用重復執行語句，保持射箭聲音的持續性。

（2）設計萬箭齊發的動態過程。該項目任務要求學生巧妙使用micro：bit控制指令的克隆語句，不斷復制箭。此時學生借助數學學科的坐標圖原理明確舞臺左右兩端坐標的大小，并在橫坐標水平線之上不斷進行箭的復制;從士兵的位置到靠著河邊的舞臺邊沿是縱坐標，供箭運動。筆者提醒學生要注意控制箭的本體，在復制時點擊編輯程序，是否能實現萬箭齊發的效果則是由運用克隆體來決定的。要在克隆體啟動下進行程序設計，設置箭向下的方向運動，重復執行移動程序就能呈現出萬箭齊發的震撼效果。

（3）設計草船收集箭的靜態過程。該項目任務是完成借箭的一個關鍵流程，能改進第二個任務的程序。為了預防克隆的箭直接從草船穿過，學生在克隆體啟動下重復執行語句，設置當箭觸碰草船就將克隆體刪除的程序，使克隆體碰到草船以后消失。另外，為了預防射出去的箭在舞臺邊沿堆積，還指導學生設計克隆體在箭觸碰舞臺邊沿時也消失的程序。這一項任務要用到micro：bit控制指令的如果、那么語句以及偵測指令的碰到語句，利用這兩個指令設計箭的克隆體以后，就能呈現出草船收集箭的靜態效果。在程序設計環節，筆者還提醒學生要關注草船的兩種狀態：射箭程序剛剛啟動時草船尚未收集到箭、草船收滿箭。這兩種狀態可以利用外觀指令的顯示、隱藏加以控制，實現狀態的切換。

（4）設計草船收集箭的動態過程。考慮到諸葛亮、周瑜立下了三天借到十萬支箭的軍令狀，靜態草船卻難以借到數量足夠的箭，所以筆者指導學生基于草船角色進行草船移動程序的設計，這是比較簡單的。如果將鍵盤上的→（右）鍵按下，草船就向右移動;如果將鍵盤上的←（左）鍵按下，草船就向左移動。這樣就實現了對草船移動的手動控制，有助于草船收集數量足夠的箭。在重新點擊開始時，移動之后的草船還將直接回到初始位置，這個時候也可以利用數學學科的坐標圖原理進行初始化處理。

最后，進行作品交流與評價。STEAM教育理念是鼓勵分享的，最終就可以對應的實現交流習慣與分享習慣的建立與完善。當學生完成《草船借箭》micro：bit作品的設計后，展示、交流和評價就是非常關鍵的環節，要對學生的創意編程設計做出直觀的評價，學生之間也可以通過相互交流、分享完善作品制作。教師應在項目式學習環節進行多元評價，包括學生自我評價、組內成員相互評價、小組之間相互評價和教師點評等。評價并非為了指出micro：bit作品的優劣，而是以此為契機鼓勵學生，調動他們學習micro：bit創意編程的主觀能動性。不管是小組形式還是學生個人完成的micro：bit作品，教師都要鼓勵學生分享、交流，進行同伴之間的評價，然后教師組織點評，提高學生的實踐綜合能力，讓他們敢于動手、敢于表達，自主總結所學知識，完善知識結構，在總結和反思中不斷進步。

五、結語

在實際教學中，教師通過加深對micro：bit和STEAM的理解，做好在micro：bit創意編程教學中滲透STEAM教育理念的準備工作，并根據相應原則進行案例實踐探索，一方面，讓小學生初步感知到了程序設計語言和編程的魅力，了解了基本的編程原理，另一方面，加強了學生的項目式操作學習，提高了學生的編程能力和信息素養，有效地提高了小學生的綜合能力，為學生的全面發展提供有力保障。

注：本文為福建省教育科學“十四五”規劃2021年度教改專項課題“基于STEAM教育理念的小學創意編程教學實踐研究”（編號：Fjjgzx21-128 ）的階段性成果。

（吳淑媛）