基于創客教育的中小學編程教學實踐探討*
——以貴州省D 市S 學校為例

張歡 袁軍

黔南民族師范學院計算機與信息學院 貴州都勻 558000

0 引言

創客教育就是把創客文化和教育相融合的教學模式，它是培養學生勇于探索科學、運用智能技術創新的素質教育[1]。在2015 年國際教育信息化大會上，習近平總書記指出，要應用信息技術的發展，推動教育變革和創新，構建網絡化、數字化、個性化、終身化的教育體系，建設人人皆學、處處能學、時時可學的學習型社會，培養大批創新人才，是人類共同面臨的重大課題[2]。創客課題包括切身性、復雜性、充足的資源、互動和合作、高強度、合理的時間安排、分享教育、新穎性等八個要素。2015年，創客教育被引入我國，是我國創客元年，隨后創客也在高等教育、職業教育、中小學教育等領域出現。

近年來，創客教育和STEAM 教育（科學、技術、工程、藝術、數學多領域融合的綜合教育）作為中國中小學教育領域新課改的試驗田，在突出其項目學習、體驗式和個性化學習等優勢、培養學生的計算思維和創新思維能力、激發學生的創造力和想象力方面，進行了卓有成效的探索與實踐[3]。積極營造適切性創客教育環境、開發系統性創客教育課程、探索高效率創客教學模式、打造高水平創客教師隊伍，同時積極聯合家庭和社會，尋求教育系統外部的支持，是協同構建我國中小學創客教育良好生態的必由路徑[4]。創客教育在培養學生利用信息技術解決問題，提升學生創新意識方面具有無限的價值潛能，因此，許多國家大力推廣中小學創客教育，這將對個體發展、課程改革、教育系統變革以及國家人才戰略產生重大影響[5]。

中小學創客教育內容有3D 打印設計、切割技術、可視化編程等學習模塊。在編程學習模塊中，學生運用編程技術制造智能玩具、智能生活用品，最終通過軟硬件整合實現模擬交互系統，強化人機互動。在創客教育蓬勃發展的今天，積極開展中小學編程教學具有積極的現實意義。

1 國內外基于創客教育的中小學編程教學發展概況

編程教學是指通過開設編程課程，讓學生在學習編程語言的過程中學會獨立思考問題、擁有解決問題的能力[6]。編程教學不是直接讓學生像大人一樣能完整地敲出所有代碼，而是讓學生學習合適的編程內容并且把這些內容適當地改編，運用游戲化、可視化的方式，培養學生的計算思維和創新思維能力。中小學生計算機編程語言的教學，目標在于培養學生的觀察、想象、創造、邏輯思維、問題解決、空間思維、判斷性思維、調試操作能力[7]。中小學編程教學課并非獨立學科，在基礎教育階段，編程會融入其他學科中。隨著物聯網、智能技術的快速發展，如運用程序控制LED 燈亮或滅、設計智能交通紅綠燈等新型科技實踐創新項目紛紛進入中小學校園，編程教學已成為中小學開展創客教育的必要基礎。

1.1 國外基于創客教育的中小學編程教學概述

近年來，各國把中小學編程教學作為儲備科技人才、增強國際競爭力的重要工作舉措，歐洲學校網（European School Net）于2015 年發布的報告顯示歐盟近二十個國家已將或即將在中小學納入編程教學，包括法國、波蘭、芬蘭等。作為基礎教育備受矚目的國家，2014 年，芬蘭發布了新的課程標準《國家基礎教育核心課程2014》（National Core Curriculum for Basic Education 2014，以下簡稱芬蘭新課標），首次將編程納入中小學課程標準中，并將其設為芬蘭基礎教育的必修課，于2016 年開始實施。2016 年芬蘭正式將編程教學寫入其中，還提出較高要求，從一年級開始開展編程教學，并把編程教學完全融入數學等其他學科中，具有一定模式獨特性。美國教育界非常重視中小學學術編程教學，形成了政府、學校、社會組織、科技公司廣泛參與、多元互動的格局。美國中小學將編程教學納入學校STEM 課程已成為主流，甚至很多幼兒園都開始進行編程教學。目前，國外已經積累了豐富的結對編程教學經驗，并且已有研究發現結對編程在提高學生編程能力、計算思維、編程學習熱情、元認知等方面有積極效果[8]。

1.2 國內基于創客教育的中小學編程教學概況

近幾年我國也在推動、普及中小學編程教學活動。2017 年國務院提出要大力開展人工智能科普活動，在中小學階段開設與人工智能相關的課程，要逐步普及中小學階段的編程教學，這是我國首次把“編程教學”納入政府的重要決策中[9]。我國青少年編程教學起步較晚，所以編程教學的過程與研究總體還處于初步發展階段，以行業、企業的推廣為主。目前中小學階段的編程教學相關教師極為短缺，也沒有規范的課程標準和教材，尚未建立成熟的教學模式，一切還在探索階段[10]。2021 年9 月27 日，我國教育部對十三屆全國人大四次會議第6219 號關于在基礎教育階段普及編程教學的建議的答復中提到“信息素養”是國民基礎教育中必須具備的素養之一，編程也是中小學信息技術教育的重要內容。

近年來，國內許多省份積極探索中小學編程教學，培養學生運用信息技術創新的綜合能力。2017年相關政策出臺后，各省份紛紛在中小學開設編程課程。自2018 年以來，浙江、江蘇等部分地區已經把編程設為高考必考內容，南京、天津等地區把編程作為中考特招的考試范圍。總體來看發達地區編程教學普及率較高，編程知識已融入中小學信息技術教材，Python 作為使用率最高的編程語言也逐漸被加入中小學教材中，在學科網中可查到，浙教版（2020）八年級上冊、新世紀版（2018）八年級上冊、青島版（2019）第三冊、龍教版（2018）九年級上冊都含有Python 相關知識，這些教材主要涵蓋初識Python、變量、算法、畫圖、結構等基礎知識，加上一些彩色圖文并茂編排，設計新穎。對于中學階段的學生而言，這類教材較適用，積極地推進了中小學編程教學的發展。

2 貴州省D 市S 學校基于創客教育的編程教學實踐

相較發達地區，貴州省等欠發達地區中小學編程教學起步晚，發展較為緩慢，但也在積極探索推進中。自創客教育出現后，貴州省某些中小學在創客教育中開展了編程教學方面的積極探索，如貴州省D 市各中小學已基本建有創客教室，但由于條件限制，創客教室的設備較落后，相關專業師資較為缺乏，中小學編程教學發展較為緩慢。在“雙減”政策實施后，各校在開展編程教學方面，得到一定程度的發展，許多校外輔導機構紛紛轉型投身編程教學中，但綜合來看仍處于初級探索階段。

筆者曾在貴州D 市S 校承擔編程教學工作，對該校的情況較為熟悉。2021 年，S 校首次開設Python 課，一學期下來教學效果不是很理想，堅持學到最后的學生較少。S 校作為該市重點中學很重視編程教學，目前有三位相關專業教師，因為創客是綜合活動課，所以學生是自愿選擇參加該課程，該校創客課分為A、B 兩個班，A 班在新創客開展教學，主要授課內容為圖形化編程、開源硬件設計、激光切割、3D 打印等。在創客實驗環境下，編程教學能實現某些軟硬件產品的功能，可以說是中小學創客教育中的靈魂。中小學生很少有機會參與實際的水利工程、土木工程等實操項目，但編程設計卻可以讓學生在編程學習中對整個程序進行總體規劃，考慮程序項目合理性、功能拓展性、代碼規范性等內容。創客可視化編程工具可以讓學生通過積木搭建便可完成編程學習，從而激發學生的學習興趣，培養學生的創造性思維和計算思維。

2.1 創客教育中熱選的中小學編程語言Scratch和Python

Scratch 是美國麻省理工學院發布的不斷更新的面向少兒編程的一款圖形化編程工具，在市面上很受歡迎。Scratch 建立程序的過程中，可以將錄音、圖片等這些有趣的形式融入課堂，激發學生的學習興趣，學生可以在官方網站上注冊開通一個賬號，發布存儲自己的程序。學生發布的程序，后期可以在個人賬號內找到，站內可以通過網絡共享作品，國內也有類似的官方網站，這有助于國內Scratch學生們交流學習。Scratch 作為一款編程工具，憑著其難度低、趣味性強的特點被引入我國的編程模塊教學中，在低年級學生的科技活動中應用較為普遍。

另一門熱門語言是Python，Python 是荷蘭的吉多·范羅蘇姆設計的一門能有效面向對象編程的編程語言。Python 是一門解釋性語言，Python 的解釋性結合動態類型與語法可以使其編寫腳本，從而快速開發應用程序，且應用程序適用于不同平臺。海龜編輯器是一款面向青少年Python的軟件工具，它的擴展功能非常強大，Python 該有的函數和算法這款軟件工具都有，并且變得更好理解，它能夠使編程變得更簡單、有趣，是激發學生學習編程興趣的一個非常普遍的工具，同時也有利于新入門學生對編程的理解。綜上所述，上述兩種語言在中小學編程教學中受歡迎程度都較高，具有較大的市場占有率，如表1 所示，對上述兩種語言的特點進行歸納，以便不同學校在開展編程教學時，根據自身的需求進行選擇。

表1 Scratch 與Python 的比較

2.2 中小學編程語言Scratch 和Python 的對比分析

Scratch 與Python 作為兩種主流的中小學編程教學語言，二者各有所長，因此，在中小學開展編程教學時，選擇哪種教學語言值得商榷。筆者認為，Python 作為一門解釋性編程語言應用范圍較廣，功能強大，但是小學生邏輯思維能力在培養發展中，選擇學習軟件應符合他們的年齡和認知特點。因此，小學/初中階段的學生可以通過Scratch 學習編程，加深他們對IT 技術的理解，激發學生對編程的學習興趣；高中階段的學生，認知能力、學習能力、理解能力都有了很大的提升，他們可以理解Python 中的語法及規則，因此在高中階段可以選擇Python 作為編程教學語言。在教學中通過項目式的教學方式，Scratch 模塊的教學可通過簡單、明晰的小段的程序代碼讓學生體驗畫五星、貪吃蛇等小游戲；Python 模塊的教學通過小段的程序代碼可以實現人臉識別、圖像分類等人工智能小實驗，對引導學生對信息技術產生興趣，培養學生計算思維與創新意識具有積極意義。

3 基于創客教育的編程教學實踐體會與建議

中小學編程教育在我國起步較晚，可以說是“新興的教育模式”。要提升編程課程的有效性，真正提升學生的創新能力和問題解決能力，離不開科學的教學策略來激發學生的學習興趣。結合學生的學習情況綜合分析,形成循序漸進的教學原則。不能照搬教材或讓學生毫無興趣地敲代碼，這不僅影響學生學習的動力，還不利于促進學生的計算思維發展。導入新課并開展編程教學，是教師首要面對的問題。教師要在實踐過程中不斷探索并找出學生的學習興趣激發點，完成教學目標。從編程課程教學特點來分析，通常會用到項目式教學法、游戲體驗教學法、情境教學法等。隨著新課標改革，相關政策貫徹落實，開展中小學編程教學的學校會越來越多，筆者根據自身的授課經驗及思考，提出如下幾點建議。

3.1 創新教學方法

選擇科學的教學方法是編程教學成功的開始，編程教學適合采用項目式教學法，該教學法強調學生學習的主體性，學生從嘗試著手，開始練習，以調動學生學習的主動性、積極性。項目教學法有利于培養學生的創新思維和實踐能力，教師要注重多元化交流與評價，在設計和動手操作完成作品后，評價不僅限于個體或團體完成作品，也包含讓學生自信地與全班同學分享作品，甚至可以發布到線上個人賬號中去。作為編程教師要面向全體學生，同時也要注意學生的個性發展。

3.2 跨學科思維培養

運用圖形化編程軟件設計并制造一個理想的項目，會涉及多個學科知識內容。教師在進行教學設計時要能夠梳理出可能涉及的主要學科知識和能力，以便對學生進行針對性的教學輔導，同時也提供了明確的學習目標和評價依據。以Scratch 創意“貪吃蛇”活動為例，在梳理目標后，筆者可以清楚地引導學生從初級目標達到高級目標，實現不同學科的融合。

3.3 加強不同階段編程學習的銜接

貴州省D 市S 學校七年級（5）班一名男同學每節課都很快地完成筆者布置的實例操作，筆者詢問情況后發現，該生小學期間就開始學Scratch，所以不需要教師提示，每節課他自己就能很快完成課堂上布置的實例操作任務。這足以說明，在小學階段學習編程能為中學階段學習編程奠定一定的學習基礎。因此，可以考慮把Scratch 作為小學信息技術課程必修課程，運用海龜編輯器學習Python并融入中學信息科技課中，把編程課融入必修的信息技術課程當中。

3.4 強化對編程學習的正確認識

中小學生思想還不夠成熟，家長的認知也是影響學生的重要因素。當前編程學習在大部分學校仍屬于活動興趣課，許多家長認為并非升學考試內容，就沒必要浪費時間。在筆者所授課的班級中參加活動課的學生幾乎都是七年級的學生，到八年級后學生為了中考基本不會繼續參加編程活動課，所以想要更好地發展中小學編程教學，可以多渠道加大編程教學重要性的宣傳力度。

3.5 加強編程教學師資力量

在師資力量建設方面，相關師范院校應該加強師資的培養，為學校輸送相關課程師資；相關教育管理部門也要正確認識相關課程的開設對于提升學生實踐能力和創新能力的重要性；學校在教育資源方面，要加大資金投入。

4 結束語

創客教育就是把創客文化和教育相融合的教學模式，創客教育在貫徹以學生為中心的教育理念、提升學生實踐動手能力、促進教育信息化發展方面具有積極意義。本文從闡述創客教育的概念出發，分析了國內外編程教育的概況、編程教學中兩種主流程序設計語言的特點及選擇建議，并以貴州D 市S 學校為例，重點分析了影響編程教學的因素，最后提出開展編程教學的相關建議，以期為中小學校開展科技活動實踐、為創客背景下的計算機編程教學提供有益的借鑒。