STEAM教育理念下的小学编程校本教材开发研究

张汉城

摘要：STEAM教育强调学科的多维性，主张打破学科领域边界对学生进行综合性教育。基于STEAM教育理念开发小学编程校本教材，有助于学生建构程序的整体开发过程，发展综合能力。文章从STEAM应用特征和STEAM思维培养两个角度，论述基于STEAM教育理念开发小学编程校本教材的具體实践。

关键词：STEAM教育编程校本教材

STEAM教育强调学科的多维性，将科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）融合起来，主张通过项目式学习，打破学科领域边界，对学生进行综合性教育。以STEAM教育理念来开展编程教学，有助于学生建构程序的整体开发过程，从而更好地理解程序的建模、编写、调试、优化等环节，发展综合能力，达到学以致用。

研究发现，目前小学阶段的编程教材绝大多数仅满足于信息技术学科纲要的需要，忽视了对学生在确定项目、程序建模、调试、优化等方面的具体指导，使学生的编程思维具有局限性，弱化了对学生综合能力的培养，不利于学生的长远发展。为解决这个问题，笔者在STEAM教育理念的指引下，以Scratch为编程教学载体，对相关知识点及呈现方式进行建构，开发出《猫猫带你学Scratch编程》校本教材。文章从STEAM应用特征和STEAM思维培养两个角度，论述基于STEAM教育理念开发小学编程校本教材的具体实践。

一、认清STEAM应用特征，明确校本教材编写方向

黄家骅教授认为，STEAM把体现博识与理性的“科学”放在首项，把体现实践与研发的“技术”放在次项，把体现项目与应用的“工程”放在第三项，把体现灵巧与美感的“艺术”放在第四位，把体现逻辑与规范的“数学”放在第五位。在编程校本教材的开发中，是否仍需沿用这样的顺序？笔者认为，必须认清STEAM在小学信息技术编程教学中的特征，方能确立校本教材的编写方向。

（一）技术为基础。程序设计需要学生通过大量的实践练习，方能掌握相应的技能。为此，STEAM理念指导下的小学信息技术编程教学，要凸显技术为基础的应用性特征，即以技术为基础，用工程和数学的手段表现科学和艺术。学生在学习程序设计的过程中，经历技术掌握—工程实施—数学逻辑—科学思维—艺术美化等过程，既满足个人在编程方面的认知需求，又促进其对多门学科知识与技能的综合应用。

（二）Scratch为载体。纵观小学信息技术编程教材，主要是以Logo或Scratch为载体进行教材架构。其中，Logo程序的黑白界面、烦琐的语法容易让学生产生厌学情绪，可以说，Logo程序的艺术元素是非显性的。因此，笔者选择Scratch程序作为小学编程校本教材的载体，用Scratch程序彩色的界面、可爱的卡通角色、类似“搭积木”的编程方式，让学生对编程变得更加期待，为编程教学打造良好的开端。

（三）维度为方向。在技术为基础、Scratch为载体的前提下，还需明确Scratch编程教学的STEAM维度，方能让校本教材的编写有理有据。经过研究，我将与STEAM密切结合的Scratch编程维度设置如表1：

表1Scratch编程教学的STEAM维度

Scratch编程教学目标

运用Scratch的编程规则进行程序设计

发现的问题要有解决的价值，分析问题的过程要考虑“时间、成本、质量”等问题，编写的Scratch最终程序能有效运行并解决问题

Scratch程序参数设置合理、程序算法逻辑正确等

运用Scratch编写的程序能解决从现实生活中发现的问题

界面美观、程序合理、程序简洁、程序创新

STEAM教育理念下的小学编程校本教材开发研究

2021年6月上第16期（总第80期）

二、关注STEAM思维培养，设置校本教材编写模块

STEAM教育所培养的综合能力是“跨学科的多元思维”指导下的知识综合运用能力。要达到这一目标，就要发展好学生的“跨学科的多元思维”。结合Scratch编程教学的STEAM维度，这些思维可以分为技术思维、工程思维、科学思维、数学思维、艺术思维五大类型，这五类思维并不是单独得到训练的，而是在有关教学环节中一个或者多个思维被同时关注。为让没有相关经验的教师更快上手基于STEAM教育理念的编程教学，进而让学生的STEAM思维在编程中得到充分培养，笔者采取教案式的编写方式，在十二课时的总框架（如表2所示）中，每课均合理设置“生活情境创设”“程序建模引导”“程序调试优化”等模块，保障了学生STEAM教育五大思维培养的空间。〖FL）〗

（一）项目化的生活情境创设，发展学生的工程思维。中小学综合实践活动课程指导纲要指出，课程开发要面向学生的个体生活和社会生活。编程从属于综合实践活动，为学生创设合适的生活情境，让学生在具体的情境中去确定研究项目，从探索的视角展开学习，有利于发展学生的工程思维。鉴于此，在每课起始阶段，笔者创设“小小导演”模块，通过文字描述的方式来提供生活情境。学生需要在阅读、理解“小小导演”内容的基础上，思考本课要完成什么项目、该项目有何约束条件。如在“猫猫上楼梯”这课中，“小小导演”这样表述：猫猫想睡觉了，它的房间在二楼，可它现在在一楼门口，上去的楼梯是有转角的，你能用最简洁的程序指令帮帮它吗？在助人为乐价值观的驱使下，学生可结合自己上楼梯的实践体验，得出该课的主项目为“帮助猫猫从一楼门口上到二楼”，并细化成“帮助猫猫从一楼门口走到楼梯口”“帮助猫猫从楼梯口走到楼梯转角”“帮助猫猫从楼梯转角走到二楼”三个小项目。之后，学生可再次阅读“小小导演”内容，圈出约束条件为“最简洁的程序指令”。在项目化生活情境中，学生有关“把工程〖HJ2.2mm〗做成”“工程的限制性”等工程思维得到发展，编程校本教材的工程维度得到很好的体现。

（二）支架式的程序建模引导，训练学生的技术思维和科学思维。〖JP2〗在目前的编程教学领域，西方国家长期领先，因此我国绝大多数编程教材与西方国家一样，侧重采取向学生灌输程序设计语言语法知识的编写方式，忽视学生的学习基础，导致学生觉得编程很难。针对我校学生编程学习零起点的现实，为让学生学得容易，更好实现编程教学目标，笔者在每课均安排支架式模块，引导学生在明确学习项目的基础上将相关学习要素定位在具体的指令块上，进而顺利建构出程序模型。具体做法为：在“小小导演”之后设置“我会建模”模块，以学习单的形式帮助学生理清思维。学习单以表格形式呈现，启发学生分析学习项目中涉及哪些对象、每个对象包含哪些动作、每个动作对应哪些指令块。学生在思考中会逐步剔除不符合生活实际的程序表现方式，让程序模型更具科学性。其中，对象可为Scratch中的角色，也可为Scratch中的背景。以“猫猫上楼梯”为例，“我会建模”中学习单的填写如表3所示，学生先后剔除“直接从门口上到二楼”“以瞬移的方式上楼梯”这两种不合理的做法。通过“我会建模”学习单支架式地助力，学生把看起来很复杂的问题变成一个个通过相应指令块可以实现的操作，技术思维和科学思维训练到位。

（三）反思下的程序调试优化，培养学生的数学思维和艺术思维。当学生完成程序部分脚本或整個脚本搭建后，检查脚本是否能够按照预期运行便被提上日程，程序调试与程序优化成了此时的重点工作。如果能在教材中合理设置引导学生反思的模块，就能促进学生对程序进行调试与优化处理。基于此，笔者在校本教材编写中设置了两种反思模式。第一种模式，在程序部分脚本搭建完成的时候，设置“想一想”模块，伴随活动启发学生思考，拓展学生认知。如在“猫猫上楼梯”中，当第一个子项目脚本搭建完成时，设置“想一想”模块，提问学生“‘在……内滑行到……指令块的第一个参数，与什么有关？”，从而让学生明白，第一个参数还需要考虑距离因素，不能随便设置。第二种模式，在整个程序脚本搭建完成的时候，设置“创意大比拼”模块，在课末启发学生对现有程序进行反思。同样是“猫猫上楼梯”这课，在学习活动即将结束时，笔者设置了“创意大比拼”模块，让学生思考“猫猫大小与房间比例是否协调”“程序还可以怎么改进”等问题。“想一想”模块主要引导学生思考指令块参数设置是否合理、程序算法逻辑是否正确等问题，让他们数学思维得到培养;“创意大比拼”模块着重让学生思考程序界面是否能更美观、程序是否能更合理、程序是否能更简洁、现行脚本是否能创新等问题，让他们的艺术思维得到锻炼。

随着研究的深入，这套基于Scratch载体、体现STEAM教育理念的小学编程校本教材还可以进一步完善。特别是如何立足STEAM多元评价来创设对学生相关能力的合理评价标准并纳入校本教材，应该成为下一阶段的研究目标，从而更好地促进学生综合能力的培养。

参考文献：〖HT9.SS〗

〖1〗林叶薇，黄家骅.“STEAM教育”的价值取向〖J〗.福建教育，2018（24）：36〖CD*2〗38.

〖2〗李彤彤.创客式教学：面向核心素养培养的STEAM课程教学新范式〖J〗.中国电化教育，2018（9）：4046.