C-STEAM教育理念下初中编程项目式学习教学研究与实践

刘芷程 王玉龙 杨飞燕 王艺霖

摘要：本文探究C-STEAM教育理念下实施项目式学习的契合性，将传统文化融入初中编程内容中，以项目式学习的操作流程为主，结合C-STEAM的6C模式，构建了C-STEAM理念下的初中编程项目式学习活动流程，并运用Arduino开源硬件与Mixly图形化编程工具，设计了以“佛山彩灯”为文化主题的项目式学习案例，以期为初中编程与传统文化相关课程的教学提供借鉴。

关键词：C-STEAM教育理念；项目式学习；初中编程；传统文化

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）14-0053-04

引言

《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》将人工智能加入到中学阶段的学科课程内容中，以期培养学生运用人工智能的思维方式解决问题。《中小学加强和改进中华优秀传统文化教育工作方案》《中华优秀传统文化进中小学课程教材指南》等政策文件指出了加强中华优秀传统文化教育研究，开设有关中华优秀传统文化课程，推进优秀文化进校园。由此可知，将传统文化与学科相结合是实现学科教学与文化育人的路径之一。同时，我国高度重视科技发展，且十分重视学科教育与传统文化的融合，相关政策也表明了传统文化亟须推进校园，构建合适的教学课程迫在眉睫。因此，本文将优秀传统文化融入初中编程课程中，让学生在习得编程知识的同时，提升文化自信与文化认同感，促进创新能力、问题解决能力与逻辑思维的养成。

C-STEAM教育理念下实施项目式学习的契合性

为了将本土的优秀文化与STEAM跨学科教育理念融合，詹泽慧教授等学者[1]提出了面向文化传承的学科融合教育，简称C-STEAM，C-STEAM以文化传承为目标导向，基于真实文化情境，运用跨学科知识的融合，通过项目、学习活动，培养学生的文化素养与文化认同感，树立文化自信，并进一步培养学生综合素养与能力。项目式学习基于真实情境，以项目任务为导向，通过互助合作学习，循序渐进地解决一系列问题，从而建构知识体系，培养综合素养。

研究C-STEAM教育理念、项目式学习的概念可以发现两者的共同教学特征，具体如下。

1.强调真实情境，注重跨学科学习

项目式学习与C-STEAM教育理念都强调基于真实情境并综合运用跨学科知识开展项目活动。项目式学习侧重学科知識，知识覆盖面广，学生通过活动能构建知识体系。C-STEAM教育理念则以传统知识为重点，融合不同学科知识，学生通过解决实际问题，深刻理解文化知识，从而达到文化传承效果。因此，基于C-STEAM教育理念设计项目式学习，可以更好地将学科知识有机融合，提高学生的跨学科思维与能力。

2.重视合作探究，培养学生创新能力

项目式学习与C-STEAM教育理念重视以小组形式展开学习，学生在探究活动中，明确小组共同任务，强化团队合作意识。在项目活动中，除了注重结果，更注重的是学习过程，一方面通过作品反映学生的知识掌握情况，另一方面通过作品的创作培养学生的创新能力，提高学生的学习迁移能力。因此，在C-STEAM教育理念下实践项目式学习，学生能运用跨学科知识对传统文化知识进行深入探讨，在合作探究中，对传统文化进行文化创新，加深对传统文化的认识。

综上所述，C-STEAM教育理念与项目式学习都运用跨学科知识对真实问题进行解决，进而达成育人的教学效果，这与两者着重培养学生的创新意识与问题解决能力的教育理念十分契合。[2]因而，在C-STEAM教育理念下进行初中编程项目式学习，学生不仅能学习学科知识，还能树立文化素养与意识，提高跨学科教学效率。

C-STEAM教育理念下初中编程项目式学习活动流程构建

笔者基于C-STEAM教育理念，借鉴刘景福、钟志贤学者[3]提出的“基于项目的学习的操作流程”为主要学习活动流程（包括选定项目、制订计划、活动探究、作品制作、成果交流和活动评价六个基本步骤），结合C-STEAM的6C模型，构建了C-STEAM教育理念下初中编程项目式学习活动流程（如图1），其中共有六个教学环节：创设文化情境，明确任务；制订项目计划，理解文化内涵；合作探究，解决问题；作品创作，感受文化；成果展示与交流；总结与评价。在六个教学环节中，第二与第五环节是迭代过程，学生对作品进行分享与交流，是重新感受与深化文化知识的过程。第三与四环节是迭代循环的过程，且是教学环节中的关键环节，在文化创作的过程中，如遇到问题，可回到问题探究环节，当问题得到验证与解决时，再次回到作品创作环节，以此不断优化与完善文化作品。

C-STEAM教育理念下初中编程项目式学习教学案例

笔者以“佛山彩灯”为文化主题开展项目式学习。佛山彩灯俗称灯色，是广东省佛山市民间传统美术，是中国传统彩灯艺术的主要流派之一，也是岭南民间艺术的代表作。佛山彩灯于2008年6月被纳入第二批国家级非物质文化遗产名录。目前，受市场经济与科技发展因素影响，佛山彩灯传承状况危机重重，亟须青少年树立文化保护与传承意识，承担起传承、弘扬中华传统文化的责任。

1.教学工具的选择

Arduino是目前较为流行的开源硬件，其具有操作简单、实践性强等特点，受到众多学者的热爱。Mixly图形化编程系统（Mixly_Arduino）是由北京师范大学傅骞教授团队基于javafx与blockly研发的[3]一款图形化编程工具。相对于其他Arduino图形化编程工具，Mixly的编程操作界面简洁，操作简便，学生容易掌握。Mixly图形化编程与Arduino硬件相结合，有助于学生更好地将想法表达与物化，并激发其学习编程的兴趣。

2.教学目标分析

编程知识与技能：理解顺序结构语句。掌握“数字输出”“延时”“初始化”与“停止程序”代码块。尝试绘制算法流程图与编程程序代码块。理解彩灯闪烁工作原理，不断调试与优化程序代码，实现佛山彩灯闪烁效果。（计算思维）

思维与能力：学习彩灯的制作步骤，了解彩灯的文化基础知识，联系实际生活进行文化创新。小组合作共同探讨与解决问题，主动质疑与发表看法，思维碰撞，设计与制作方案。运用信息技术搜索素材，分析信息的有效性，进而解决遇到的难题，加深对佛山彩灯文化與编程知识的理解。（信息意识、数字化学习与创新）

综合运用数学、艺术、科学等学科知识设计彩灯作品外观与内部构造，提高跨学科思维能力。通过作品的不断优化与完善，实现创意想法，增强创新能力，提高动手实践能力。（计算思维）

文化传承意识：了解佛山彩灯的文化特征与制作工序，激发学习传统文化的热情，培养保护传统文化的精神。通过佛山非遗文化与现代技术创新创作，感受佛山彩灯文化魅力，提高文化自信与认同感。通过作品的创作与分享，深入理解佛山彩灯文化价值与工匠精神，树立对传统文化的创新传承意识。

3.教学内容的重组

笔者以佛山市教育部门编写的信息技术教材为内容依据，以编程知识为技术载体，以佛山彩灯的制作工艺为主线，有机融合跨学科知识，设计了“佛山彩灯”项目式学习内容。笔者根据学生的认知特点对知识进行整合，由易到难，层层递进深入探讨佛山彩灯文化，且将文化知识融入Arduino编程知识中，以此创作佛山彩灯作品。通过动手实践，学生不仅掌握了编程知识与技能，还能运用编程知识创作文化作品，从而培养创新能力、问题解决能力、跨学科能力与动手实践能力，增强文化传承意识与责任感。[4]“佛山彩灯”涉及的跨学科知识点如图2所示。

4.“佛山彩灯”教学活动设计

（1）创设文化情境，明确任务

笔者将佛山彩灯文化融入现代化的日常作品，如大红灯笼等，并提出“佛山彩灯是用什么制作的？”“制作的步骤是什么？”等一系列问题，引发学生思考并理解彩灯相关的文化知识。学生通过观看彩灯纪录片，了解彩灯制作材料与工艺等基础知识，之后提出疑问：“彩灯与编程融合起来会迸发出什么火花？”接着，学生根据各小组的项目目标与任务进行合作学习。

（2）制订项目计划，理解文化内涵

在各小组明确目标后，笔者引导学生制订出详细的小组计划，计划内容包括项目名称、制作佛山彩灯的材料、小组分工等。在制订计划的过程中，笔者继续引导学生理解彩灯文化的内容，如“佛山彩灯的种类有哪些？”“它的文化特征是什么？”等，同时为学生提供学习材料，并引导学生自主上网搜索相关的资料，以深入理解彩灯文化的内涵，激发学生学习传统文化的兴趣。

（3）合作探究，解决问题

在学生对彩灯文化有初步的理解后，笔者引导学生根据项目目标进行深入探讨，如彩灯要实现的效果、彩灯的外观设置等，同时提供适当的学习支架与指导建议，引导学生将问题分成若干小问题，并在规定时间内形成初步解决方案。

学生对初步的解决方案进行深度探讨，明确解决方案的可行性。在探讨的过程中，学生通过思维碰撞不断对解决方案进行迭代优化，从而形成最终方案。

（4）作品创作，感受文化

制作佛山彩灯作品共有三个活动环节，分别是设计彩灯模型、程序设计、搭建彩灯。

①设计彩灯模型。小组成员运用数学知识测量彩灯的尺寸，了解彩灯的内部结构，结合佛山彩灯文化的艺术造型等跨学科知识设计彩灯图纸与模型。接着，教师展示彩灯实物闪烁的效果，引导学生了解彩灯闪烁的原理，进而引出实现彩灯效果的编程知识。

②程序设计。在学生理解彩灯的闪烁原理后，教师引导学生画出算法流程图，并尝试编写实现彩灯闪烁的程序代码块。在这个过程中，教师提供学习支架，助力学生理解相关程序知识，同时，选择个别有代表性的程序作品进行展示，以此深化学生对顺序结构、“数字输出”代码块等编程知识的理解。

③搭建彩灯。学生运用Arduino硬件搭建彩灯的外观，再将已编写程序与Arduino硬件进行调试，检验程序能否正常运行。教师则需要不断地引导学生解决难题，协助学生完成作品。

（5）成果展示与交流

学生进行成果展示与学习交流，交流的内容主要是“创作彩灯作品的灵感来源”“创作过程中遇到哪些困难”等。通过对作品的展示与交流，学生能够获得新的文化感知与想法，从而优化自己的作品。

（6）总结与评价

①个人自评（课堂表现表），包括学习态度、合作精神、探究过程与评价交流。②小组自评与互评（小组作品评价表），包括思想性与科学性、知识体系、艺术性、技术性、创新性。③学习效果评价（学习效果评价表），包括课程内容、课程实践方式、学习态度、跨学科知识、文化传承意识与反思报告表。④教师对学生创作过程进行点评。教师运用思维导图引导学生回顾编程知识，进行知识点的查漏补缺。同时，回顾佛山彩灯文化知识，让学生巩固佛山彩灯的文化内涵与价值，提高学生文化创新传承意识。在这一环节，主要是培养学生的反思能力、评价能力，促进学生对编程知识与佛山彩灯文化知识的深化理解。

结语

将优秀传统文化融入编程知识中，对编程与传统文化都是一种新的教学尝试。在编程知识的基础上，运用现代科技手段创新文化传承，不仅能够让学生通过实践操作增长编程知识与技能，养成文化保护与传承意识，还能培养学生的创新能力、问题解决能力与逻辑思维。本文基于C-STEAM教育理念，以项目式学习的活动流程为主，结合C-STEAM的6C模式，构建了C-STEAM教育理念下初中编程项目式学习活动流程，并以初中编程内容为依托，融入“佛山彩灯”文化，设计了C-STEAM课程“佛山彩灯”，开展了教学实践且获得较好的教学效果。后续，笔者将会不断完善相关案例内容与资源，以期为广大一线教师提供有价值的参考。

参考文献：

[1]詹泽慧，李克东，林芷华，等.面向文化传承的学科融合教育（C-STEAM）：6C模式与实践案例[J].现代远程教育研究，2020，32（02）：29-38+47.

[2]刘渭，黄晓洲.文化传承背景下C-STEAM教育理念下的项目式教学模式建构[J].教育观察，2021，10（35）：39-41+60.

[3]刘景福，钟志贤.基于项目的学习（PBL）模式研究[J].外国教育研究，2002（11）：18-22.

[4]傅骞，罗开亮，陈露.面向创客教育普及的Mixly图形化编程工具开发[J].现代教育技术，2016，26（01）：120-126.

本文系2022年佛山科学技术学院学生学术基金资助项目“基于UbD理论的初中人工智能大单元创新教学设计与实践研究”（编号：xsjj202213zsb13）的研究成果。