Scratch创意编程与儿童音乐教学的融合设计

2022-06-11卢壮绵李翠白

电脑知识与技术 2022年13期

卢壮绵李翠白

摘要：编程教育作为理解人工智能背后原理的基础，在国内掀起了一股教育热潮，注重培养学生计算思维的编程教育与培养学生创新意识和创新能力的STEAM教育两者融合是一次教育教学的创新实践。Scratch因其功能强大、应用广泛且适合学科知识整合教学的特点，被广泛用于跨学科的教学，研究通过梳理STEAM的核心理念与Scratch编程教育理念以及特点，进行Scratch编程与儿童音乐教学的融合设计，并以“演奏小星星”音乐编程课为例，从教学目标、课例内容、设计思路三个方面进行阐述。

关键词：STEAM教育;Scratch;创意编程;儿童音乐教学;课例开发

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）13-0159-03

1 引言

2014年，美国时任总统的奥巴马提出了“编程一小时”的活动建设，提倡每一个儿童都应该学习编程，至此青少年编程教育受到了世界各国的关注。2016年芬兰首次将编程纳入小学教学大纲，从小学一年级开始学习编程;英国教育部门把编程列入每所学校的必修课程;俄罗斯把编程教育纳入小学、初中、高中教育阶段的必修课。越来越多的国家开始重视和关注编程教育。在国内，2014年浙江省高考改革将编程加入高考，突出了编程的重要位置。2017年，国务院发布了新一代人工智能发展规划，规划明确提出：“在中小学开设人工智能相关课程，逐步推进编程教育”。学习编程并不是让学生敲代码，而是通过编程课程达到思维训练的目的，通过编程思维提升逻辑推理思维，从而帮助培养学生的专注力和计算思维，进而解决实际问题的能力。

编程教育作为理解人工智能原理的基础，成了各个国家教育改革关注与重视的研究热点，家庭、学校开始重视学生编程能力的培养，编程教育也成了校外培训的新风口。指向培养创新性综合人才的STEAM教育成为近年来的教育热潮，在STEAM教育理念的指导下，融合跨学科知识的编程教育将带来新的探索与尝试，不仅可以帮助学生突破学科的界限，运用多学科的视角解决问题，还可以激发学生的探究兴趣，在锻炼和实践中养成创新精神。

2 STEAM教育與Scratch创意编程概述

2.1 STEAM教育

STEAM教育是指向跨学科学习的，基于项目和问题的教育模式，其目的在于培养具有创新意识与创新能力的人才。通过整理和归纳可以将STEAM的核心理念分为以下三个特点：

2.1.1 跨学科整合

STEAM教育的本质是“跨学科”，融合科学、技术、工程、艺术、数学等不同学科领域的知识来解决实际的问题，从多个维度和角度看待问题，其中最重要的就是借助工程实践推动跨学科教学融合[1]。STEAM不是五门课程的简单叠加，而是学科之间的有机整合。

2.1.2 基于项目与问题

在教学实施的过程中，基于项目与问题的学习有利于开展实施跨学科知识的整合，而且学习环境不再局限于课堂，可以是博物馆、科技馆和社区，在真实的生活情境中，探索学习知识的乐趣，提升解决实际问题的能力。李小涛认为STEAM 教育是以具体的项目或者问题为教学的中心，以此为基础实现有效的跨学科整合[2]。

2.1.3 培养创新型人才

STEAM与创客教育的培养理念有异曲同工之妙，都指向了创新人才的培养，提倡让学生在具体的学习情境下，进行作品的创造或是思维的训练，其意义在于使学生在解决问题的过程中积极探索，激发想象力和创造力，STEM教育的中级目标是获得解决问题能力、独立探究能力、合作学习能力等综合能力，高级目标是培养学生的计算思维、设计思维等高级思维[3]。

2.2 Scratch创意编程

2.2.1 Scratch创意编程教育理念

创意编程是指在创造性的活动中学习程序设计，由教师引导、学生为主体，学生在解决问题的过程中，积极主动地学习编程。传统的编程教学主要讲授编程代码，并且开设课程的主体主要是大学学校、职业院校，教学的目标是教会学生掌握抽象的程序设计语言，在解决特定问题程序的过程，学会程序设计的分析、设计、编码、排错等，其最终的目的是指向就业。而创意编程体现了可视化、形象化的程序设计，将程序简化并通过游戏、故事等来吸引学生的注意力，以游戏闯关式由简到难，包含了模块化思维。

随着可视化编程工具的兴起，将编程从复杂的程序代码中转化为可视化的积木块，不仅符合小学生的认知特点，也满足了编程教学的需求，能够更好地实施创意编程教学。由Scratch其核心理念是“想象—编程—分享”，注重学生的创作与分享[4]。通过创作游戏、故事、动画等作品呈现的形式，在探究的环境中进行创意设计和表达自己的想法，能够激发学生的想象力，促进创造力和逻辑思维能力的形成。

2.2.2 Scratch创意编程特点

1）操作简单方便。Scratch不需要手动编写基于文本的代码，而是通过鼠标拖拽积木块到相应的编辑栏就可以创建代码，组建程序，完成一段动画、一个小游戏的制作，而且可以实时运行查看程序的效果，让学生在编程中体会成就感。

2）功能强大，应用广泛。Scratch中的脚本区域按照不同功能将程序分为多个不同的模块，包括了动作、外观、声音、画笔、数据、事件、控制、侦测、运算、更多积木模块。其中造型模块可以对角色进行外观设计;声音模块可以根据创意自由添加背景音乐、给角色配音，使作品更加形象生动，功能模块涉及音乐、美术、数学等多学科，为跨学科学习提供了条件的同时也满足了学生的创作需求。

3 STEAM课程与Scratch创意编程课研究现状

3.1 STEAM课程研究现状

国内关于STEAM课程的理论研究与实践研究发展迅速，已经有了一定的实践成果，比如，冯丽露和赵慧勤等人通过分析博物馆开展STEAM课程的优势，从选择适合的学习主体、分析课程前端、构建教学活动、多元化设计教学评价四方面设计与实施了大同博物馆“青铜弩机”STEAM课程[5]。袁磊通过分析知识、项目、能力提升三者的关系，在学科项目化重构的基础上设计并实施了小学STEAM课程，并以主题为《坚固的家》项目案例进行小学STEAM课程开发实践[6]。北京师范大学台州附属高级中学的梁灵辉老师在梳理地方特色、传统文化、科技创新、项目平移四个课程内容来源的基础上进行STEAM课程全学科整合的研究，并构建了四类课程开发模型[7]。李彤彤认为创客式的教学模式将有利于提升学生的核心素养[8]。

3.2 Scratch创意编程课程现状

Scratch编程课程正在国内如火如荼地开展中，研究者对Scratch课程的研究主要集中在Scratch课程的教学模式、课程教学设计以及对学生计算思维能力的影响。在课程教学模式方面，沈春燕提出Scratch课程的学习是学生参与式的学习，教学实践过程中应该充分发挥学生的主体性[9]。江燕等人构建了基于情境创设、独立探索、建模体验、设计优化、分享评价五大教学环节的Scratch游戏化教学模式[10]。在课程教学设计方面，黄琼梅以《装饰画艺术创作》游戏为例进行了Scratch教学活动设计，并融入结对编程模式[11]。李清月以《追逐》游戏制作为例探讨Scratch教学活动设计[12]。在Scratch对学生计算思维能力培养的方面，熊秋娥认为图形化的编程工具能够促进低龄学生的计算思維能力 [13]。马强以Scratch课程“闯关大冒险”为例，设计了指向计算思维培养的Scratch课程教学设计[14]。

4 Scratch创意编程教学设计开发原则

本研究是以STEAM理念为指导，Scratch软件作为辅助进行小学创意编程课例教学设计，以此来促进学生学科知识融合、创新实践的能力，因此，应符合以下开发设计原则。

4.1 趣味性

趣味性是Scratch创意编程教学设计的首要原则，图文并茂、可视化的教学更符合小学生的认知学习特点，因此Scratch课程应该有趣、形象，能吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣。创作作品趣味性也是Scratch课程教学的优势之一，能够激发学生的好奇心和主动探索学习的兴趣，进一步促进各种能力的培养。一个优秀的Scratch作品应该是有趣的，在声音、画面、故事剧情、技术上处理得当，能吸引人的眼球。

4.2 学科整合性

Scratch的功能模块涉及音乐、美术、数学、历史等多学科，在进行教学设计时应综合考虑多学科知识融合的设计，力求在基于项目和问题的教学上，融合多学科的知识。例如利用声音模块功能，在进行教学设计时可以和音乐学科知识融合，讲授乐理知识、乐器的使用、听音识曲等，在编程的过程中激发学生的音乐细胞，提高音乐表达和表现能力，促进音乐欣赏和审美能力。

4.3 任务驱动

STEAM教育是基于项目和问题的教学，为了帮助学生进行更好地自主学习和探究学习，应该设计一个符合学习主题的、仿生活情境并具有挑战性的教学设计实践任务[15]。运用实践任务来激发学生的学习动力，通过“小步骤、多任务”的方式将问题分解为一个个任务去解决问题，引导学生从易到难、从简单到复杂的学习过程，进而提升学生的计算思维。

4.4 情境交互

基于生活情境的学习，有利于启发学生的知识迁移能力。STEAM教育强调在项目式学习中提升学生解决实际问题的能力，课例教学的活动设计应开发设计仿生活的情境，搭建辅助教学的脚手架，让学生在情境中参与互动、深入学习，而且仿生活的情境能激发学生自主探究的动机，在解决问题的过程中和同伴交流互动，加强协作学习。

5 Scratch创意编程课例教学设计

根据Scratch创意编程课例的设计开发原则，设计了“演奏小星星”课例，从教学目标、课例内容、教学设计思路三个方面展开论述。

5.1 教学目标

Scratch创意编程课的教学目标主要体现在培养学生的编程素养和创新能力。

1）掌握Scratch软件操作。学习掌握声音模块的“演奏乐器设为（）”“弹奏音符（）”积木和事件模块里的“当按下（）键”等积木块，掌握设置键盘按键发出指定的声音的方法。

2）学生通过解决实践任务，体验学习内容由易到难的过程，加深对学习知识的理解。

3）能够利用Scratch程序语言将键盘转化成钢琴键弹奏乐曲。

4）“演奏小星星”在Scratch教学融合多学科知识，主要是音乐学科的知识，将编程教学与音乐教学相融合，在提高学生编程素养的同时促进音乐素养的养成，能够运用跨学科的思维解决问题。

5.2 课例内容

根据Scratch创意编程课趣味性与学科整合的开发原则，开发了“演奏小星星”Scratch作品，是一个将电脑键盘化身为钢琴演奏出美妙乐曲的小游戏，点击小绿旗，敲击键盘的数字键，就能使电脑发出简谱数字对应的音符声音，帮助学生能用电脑像弹钢琴那样演奏钢琴乐曲。在教学内容的设计上，主要涉及了音乐、数学、美术等多学科知识，在这节课中主要是将编程学习与音乐教学内容相结合，例如将编程教学与音乐的乐理知识相结合，乐谱是一种信息量很大的算法，乐器之间的切换与编程语言之间的切换非常类似，Scratch内置的节奏和音符可以启迪低年龄段的学习者，美妙的乐曲带给学生愉悦的感官刺激，学习者在欢乐的氛围中用Scratch声音模块中“弹奏音符”，控制音高和节拍的时长，进行乐曲的脚本编写，最后通过对乐谱的认识、节拍概念的理解，帮助学生演奏出美妙的钢琴曲。

5.3 教学设计思路

首先，介绍《小星星变奏曲》的背景，阐述乐曲包含的乐理知识，《小星星变奏曲》因其旋律轻快、主题浪漫而梦幻的特点，成了全世界所有国家的孩子文化启蒙教育的第一首儿歌，该曲的旋律后来被国内的音乐家改编成广泛传唱的《小星星》。在进行音乐编程的教学中，选取这首耳熟能详的钢琴曲一是能够激发孩子们学习的兴趣，二是正因为大家都熟知，降低了学习的难度，符合孩子的学习认知特点。

其次，作品以弹奏钢琴曲的游戏形式呈现，钢琴是学生比较喜欢的乐器之一，游戏也是学生喜欢的活动形式，将乐器与游戏结合使得作品充满趣味性，也有利于引起学生的注意力，激发学生的学习动力，同时也能够启发学生的思考，如何让键盘像钢琴键那样点击键位就能发出音符的声音？怎么去判断音乐节奏的快慢？这就需要学生掌握节拍的概念，学会欣赏不同的音乐节奏给人们带来的情绪体验和感受。在学习了钢琴曲的弹奏，能否将键盘转化成其他乐器呢？在教学的最后环节，可以将这个问题交给学生思考与讨论。

接着，采用任务驱动教学法，将“演奏小星星”的内容拆解成两个任务，分别是“电脑自动演奏小星星”和“点击键盘任意键演奏《小星星》”，在第一个任务中，可以让程序自动演奏预先编写的乐曲。在第二个任务里引入了事件模块里的“当按下（）键”功能积木的学习，体现了学习内容由易到难、循序渐进。并且设置“听音识曲”的第三个任务，在学生掌握了演奏乐曲的程序积木块组建后，为了增加学习的难度，可以组织学生选择自己喜欢的乐曲编写创作乐曲的程序脚本，然后演奏分享给其他同学，并让其他人听一听判断自己演奏的是什么乐曲。

最后，通过游戏化的学习，让学生理解掌握音乐的基础知识，例如认识简谱、了解节拍，养成良好的音乐素养。此外，创作作品的游戏活动应该是学生可以参与互动、交流分享的，突出游戏设计的交互性，这样学生可以在玩游戏中学习知识、在探索中构建思维、在交流合作中学会协作学习。

6 总结

Scratch是一门新的程序设计语言，它和其他的编程语言相比更加简单，更适合6～12岁孩子的逻辑思维。学生通过创作和分享自己的交互故事、游戏、音乐和艺术，在这个过程中培养创造性思维、逻辑思维和合作学习的能力。此外，Scratch编程是STEAM的一种综合教育方式，融合了科学、技术、工程、艺术和数学的综合知识，侧重思维训练而不是简单地学习一门编程语言。编程教学与音乐教学的融合设计是一次教学的实践与创新，在进行融合设计时，应该要符合四个原则，即创意编程教学设计要具有趣味性，能激发学生的学习兴趣;教学的过程要体现学科知识整合;采用任务驱动的教学方法驱动学生的学习动力，并在分解任务的过程让学生感受任务分解、问题分解的计算思维;最后就是要有情境交互，学生通过和同伴一起做项目，锻炼沟通协调能力，在与他人分享创作的交互故事、动画、游戏等作品时提升表达能力。

参考文献：

[1] 郑旭东，饶景阳，陈荣.STEAM教育的本体论承诺：理想的追问与反思[J].电化教育研究，2021，42（6）：14-19.

[2] 李小涛，高海燕，邹佳人，等.“互联网+”背景下的STEAM教育到创客教育之变迁——从基于项目的学习到创新能力的培养[J].远程教育杂志，2016（1）：28-36.

[3] 袁磊，郑开玲，张志.STEAM教育：问题与思考[J].开放教育研究，2020，26（3）：51-57，90.

[4] 奚宁.基于Scratch的中小学编程课程实践探究[D].河北师范大学，2018.

[5] 冯丽露，赵慧勤，张丽萍.馆校合作下的STEAM课程设计——以大同博物馆“青铜弩机”为例[J].中国博物馆，2020（4）：32-35.

[6] 袁磊，王健博乐.基于学科课程重构的小学STEAM课程设计[J].现代远距离教育，2019（2）：25-32.

[7] 梁灵辉.STEAM课程开发模型与应用[J].教学与管理，2020（7）：32-34.）

[8] 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）：40-47.

[9] 沈春燕.基于BOPPPS和PBL的Scratch编程教学模式[J].电脑知识与技术，2020，16（10）：128-130.

[10] 江燕，杨文正，许秋璇.Scratch游戏化教学模式构建与应用[J].现代信息科技，2020，4（15）：183-185+189.

[11] 黃琼梅.基于结对编程的Scratch教学活动设计——以《装饰画艺术创作》为例[J].电脑知识与技术，2020，16（27）：79-81，84.