STEAM教育理念下的小學編程校本教材開發研究

張漢城

摘要：STEAM教育強調學科的多維性，主張打破學科領域邊界對學生進行綜合性教育。基于STEAM教育理念開發小學編程校本教材，有助于學生建構程序的整體開發過程，發展綜合能力。文章從STEAM應用特征和STEAM思維培養兩個角度，論述基于STEAM教育理念開發小學編程校本教材的具體實踐。

關鍵詞：STEAM教育編程校本教材

STEAM教育強調學科的多維性，將科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數學（Mathematics）融合起來，主張通過項目式學習，打破學科領域邊界，對學生進行綜合性教育。以STEAM教育理念來開展編程教學，有助于學生建構程序的整體開發過程，從而更好地理解程序的建模、編寫、調試、優化等環節，發展綜合能力，達到學以致用。

研究發現，目前小學階段的編程教材絕大多數僅滿足于信息技術學科綱要的需要，忽視了對學生在確定項目、程序建模、調試、優化等方面的具體指導，使學生的編程思維具有局限性，弱化了對學生綜合能力的培養，不利于學生的長遠發展。為解決這個問題，筆者在STEAM教育理念的指引下，以Scratch為編程教學載體，對相關知識點及呈現方式進行建構，開發出《貓貓帶你學Scratch編程》校本教材。文章從STEAM應用特征和STEAM思維培養兩個角度，論述基于STEAM教育理念開發小學編程校本教材的具體實踐。

一、認清STEAM應用特征，明確校本教材編寫方向

黃家驊教授認為，STEAM把體現博識與理性的“科學”放在首項，把體現實踐與研發的“技術”放在次項，把體現項目與應用的“工程”放在第三項，把體現靈巧與美感的“藝術”放在第四位，把體現邏輯與規范的“數學”放在第五位。在編程校本教材的開發中，是否仍需沿用這樣的順序？筆者認為，必須認清STEAM在小學信息技術編程教學中的特征，方能確立校本教材的編寫方向。

（一）技術為基礎。程序設計需要學生通過大量的實踐練習，方能掌握相應的技能。為此，STEAM理念指導下的小學信息技術編程教學，要凸顯技術為基礎的應用性特征，即以技術為基礎，用工程和數學的手段表現科學和藝術。學生在學習程序設計的過程中，經歷技術掌握—工程實施—數學邏輯—科學思維—藝術美化等過程，既滿足個人在編程方面的認知需求，又促進其對多門學科知識與技能的綜合應用。

（二）Scratch為載體。縱觀小學信息技術編程教材，主要是以Logo或Scratch為載體進行教材架構。其中，Logo程序的黑白界面、煩瑣的語法容易讓學生產生厭學情緒，可以說，Logo程序的藝術元素是非顯性的。因此，筆者選擇Scratch程序作為小學編程校本教材的載體，用Scratch程序彩色的界面、可愛的卡通角色、類似“搭積木”的編程方式，讓學生對編程變得更加期待，為編程教學打造良好的開端。

（三）維度為方向。在技術為基礎、Scratch為載體的前提下，還需明確Scratch編程教學的STEAM維度，方能讓校本教材的編寫有理有據。經過研究，我將與STEAM密切結合的Scratch編程維度設置如表1：

表1Scratch編程教學的STEAM維度

Scratch編程教學目標

運用Scratch的編程規則進行程序設計

發現的問題要有解決的價值，分析問題的過程要考慮“時間、成本、質量”等問題，編寫的Scratch最終程序能有效運行并解決問題

Scratch程序參數設置合理、程序算法邏輯正確等

運用Scratch編寫的程序能解決從現實生活中發現的問題

界面美觀、程序合理、程序簡潔、程序創新

STEAM教育理念下的小學編程校本教材開發研究

2021年6月上第16期（總第80期）

二、關注STEAM思維培養，設置校本教材編寫模塊

STEAM教育所培養的綜合能力是“跨學科的多元思維”指導下的知識綜合運用能力。要達到這一目標，就要發展好學生的“跨學科的多元思維”。結合Scratch編程教學的STEAM維度，這些思維可以分為技術思維、工程思維、科學思維、數學思維、藝術思維五大類型，這五類思維并不是單獨得到訓練的，而是在有關教學環節中一個或者多個思維被同時關注。為讓沒有相關經驗的教師更快上手基于STEAM教育理念的編程教學，進而讓學生的STEAM思維在編程中得到充分培養，筆者采取教案式的編寫方式，在十二課時的總框架（如表2所示）中，每課均合理設置“生活情境創設”“程序建模引導”“程序調試優化”等模塊，保障了學生STEAM教育五大思維培養的空間。〖FL）〗

（一）項目化的生活情境創設，發展學生的工程思維。中小學綜合實踐活動課程指導綱要指出，課程開發要面向學生的個體生活和社會生活。編程從屬于綜合實踐活動，為學生創設合適的生活情境，讓學生在具體的情境中去確定研究項目，從探索的視角展開學習，有利于發展學生的工程思維。鑒于此，在每課起始階段，筆者創設“小小導演”模塊，通過文字描述的方式來提供生活情境。學生需要在閱讀、理解“小小導演”內容的基礎上，思考本課要完成什么項目、該項目有何約束條件。如在“貓貓上樓梯”這課中，“小小導演”這樣表述：貓貓想睡覺了，它的房間在二樓，可它現在在一樓門口，上去的樓梯是有轉角的，你能用最簡潔的程序指令幫幫它嗎？在助人為樂價值觀的驅使下，學生可結合自己上樓梯的實踐體驗，得出該課的主項目為“幫助貓貓從一樓門口上到二樓”，并細化成“幫助貓貓從一樓門口走到樓梯口”“幫助貓貓從樓梯口走到樓梯轉角”“幫助貓貓從樓梯轉角走到二樓”三個小項目。之后，學生可再次閱讀“小小導演”內容，圈出約束條件為“最簡潔的程序指令”。在項目化生活情境中，學生有關“把工程〖HJ2.2mm〗做成”“工程的限制性”等工程思維得到發展，編程校本教材的工程維度得到很好的體現。

（二）支架式的程序建模引導，訓練學生的技術思維和科學思維。〖JP2〗在目前的編程教學領域，西方國家長期領先，因此我國絕大多數編程教材與西方國家一樣，側重采取向學生灌輸程序設計語言語法知識的編寫方式，忽視學生的學習基礎，導致學生覺得編程很難。針對我校學生編程學習零起點的現實，為讓學生學得容易，更好實現編程教學目標，筆者在每課均安排支架式模塊，引導學生在明確學習項目的基礎上將相關學習要素定位在具體的指令塊上，進而順利建構出程序模型。具體做法為：在“小小導演”之后設置“我會建模”模塊，以學習單的形式幫助學生理清思維。學習單以表格形式呈現，啟發學生分析學習項目中涉及哪些對象、每個對象包含哪些動作、每個動作對應哪些指令塊。學生在思考中會逐步剔除不符合生活實際的程序表現方式，讓程序模型更具科學性。其中，對象可為Scratch中的角色，也可為Scratch中的背景。以“貓貓上樓梯”為例，“我會建模”中學習單的填寫如表3所示，學生先后剔除“直接從門口上到二樓”“以瞬移的方式上樓梯”這兩種不合理的做法。通過“我會建模”學習單支架式地助力，學生把看起來很復雜的問題變成一個個通過相應指令塊可以實現的操作，技術思維和科學思維訓練到位。

（三）反思下的程序調試優化，培養學生的數學思維和藝術思維。當學生完成程序部分腳本或整個腳本搭建后，檢查腳本是否能夠按照預期運行便被提上日程，程序調試與程序優化成了此時的重點工作。如果能在教材中合理設置引導學生反思的模塊，就能促進學生對程序進行調試與優化處理。基于此，筆者在校本教材編寫中設置了兩種反思模式。第一種模式，在程序部分腳本搭建完成的時候，設置“想一想”模塊，伴隨活動啟發學生思考，拓展學生認知。如在“貓貓上樓梯”中，當第一個子項目腳本搭建完成時，設置“想一想”模塊，提問學生“‘在……內滑行到……指令塊的第一個參數，與什么有關？”，從而讓學生明白，第一個參數還需要考慮距離因素，不能隨便設置。第二種模式，在整個程序腳本搭建完成的時候，設置“創意大比拼”模塊，在課末啟發學生對現有程序進行反思。同樣是“貓貓上樓梯”這課，在學習活動即將結束時，筆者設置了“創意大比拼”模塊，讓學生思考“貓貓大小與房間比例是否協調”“程序還可以怎么改進”等問題。“想一想”模塊主要引導學生思考指令塊參數設置是否合理、程序算法邏輯是否正確等問題，讓他們數學思維得到培養;“創意大比拼”模塊著重讓學生思考程序界面是否能更美觀、程序是否能更合理、程序是否能更簡潔、現行腳本是否能創新等問題，讓他們的藝術思維得到鍛煉。

隨著研究的深入，這套基于Scratch載體、體現STEAM教育理念的小學編程校本教材還可以進一步完善。特別是如何立足STEAM多元評價來創設對學生相關能力的合理評價標準并納入校本教材，應該成為下一階段的研究目標，從而更好地促進學生綜合能力的培養。

參考文獻：〖HT9.SS〗

〖1〗林葉薇，黃家驊.“STEAM教育”的價值取向〖J〗.福建教育，2018（24）：36〖CD*2〗38.

〖2〗李彤彤.創客式教學：面向核心素養培養的STEAM課程教學新范式〖J〗.中國電化教育，2018（9）：4046.