江燕 楊文正 許秋璇

摘 ?要：為實(shí)現(xiàn)超越學(xué)科界限，發(fā)揮各學(xué)科融合優(yōu)勢(shì)，激發(fā)學(xué)生編程興趣，引導(dǎo)學(xué)生從多角度來分析問題，以學(xué)科融合、多元智能理論和STEAM教育理念為指導(dǎo)，借鑒5E教學(xué)模式，構(gòu)建以“情境創(chuàng)設(shè)，獨(dú)立探索，建模體驗(yàn)，設(shè)計(jì)優(yōu)化，分享評(píng)價(jià)”為主線的Scratch游戲化教學(xué)模式。并嘗試將信息技術(shù)與多學(xué)科融合，借助游戲化教學(xué)策略開展Scratch趣味編程，以提高小學(xué)生的計(jì)算思維和跨學(xué)科素養(yǎng)，為小學(xué)趣味編程教學(xué)實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：STEAM教育;多元智能;游戲化教學(xué);Scratch編程;垃圾分類

中圖分類號(hào)：G434 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）15-0183-04

Abstract：In order to solve how to transcend subject boundaries，take advantage of the integration of various subjects，stimulate studentsinterest in programming，and guide students to analyze problems from multiple perspectives，this research is guided by subject integration，multiple intelligence theory and STEAM education concepts，and draws on the 5E teaching method. To build a Scratch game-based teaching model based on “situation creation，independent exploration，modeling experience，design optimization，and sharing evaluation”. And try to integrate information technology and multi-disciplinary，with the help of gamification teaching strategy to develop Scratch fun programming，in order to improve the computational thinking and interdisciplinary quality of primary school students，and provide a reference for the teaching practice of fun programming in elementary schools.

Keywords：STEAM education;multiple intelligences;gamification teaching;Scratch programming;garbage classification

0 ?引 ?言

近年來，兒童編程教育受到全球的普遍關(guān)注。美國已有700多萬名兒童在學(xué)習(xí)編程;日本已在2020年將編程教育納入小學(xué)必修課;歐洲16個(gè)國家把編程教育納入K-12教育課程體系。我國國務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出：實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育[1]兒童編程教育已由“個(gè)體層面的自組織學(xué)習(xí)”為主轉(zhuǎn)向“學(xué)校層面的系統(tǒng)融合式學(xué)習(xí)”[2]。然而，我國目前的小學(xué)編程教學(xué)還停留在信息技術(shù)的學(xué)科教學(xué)層面，并以知識(shí)講授為主，難以滿足計(jì)算思維和跨學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。本文以小學(xué)Scratch編程教學(xué)為主線，構(gòu)建“基于學(xué)科融合理念下的Scratch游戲化教學(xué)模式”，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探索和知識(shí)建構(gòu)過程，輕松愉悅地完成“問題提出-算法設(shè)計(jì)-程序?qū)崿F(xiàn)”等環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，為小學(xué)編程教學(xué)提供一定參考。

1 ?理論基礎(chǔ)

1.1 ?STEAM教育和學(xué)科融合

STEM教育是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的簡稱，旨在打破學(xué)科領(lǐng)域邊界，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。后來，STEM在演化過程中增加了藝術(shù)（Arts），衍生了STEAM教育。它以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過工程和藝術(shù)融合科學(xué)和技術(shù)，它支持學(xué)生以學(xué)科整合的形式解讀世界，以綜合創(chuàng)新的方式改造世界，旨在培養(yǎng)學(xué)生解決問題和創(chuàng)新的能力[3]。STEAM教育的核心特征是：跨學(xué)科、開放性、趣味性、體驗(yàn)性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性[4]。

STEAM教育在打破學(xué)科界限、給予學(xué)生項(xiàng)目自主實(shí)施權(quán)、提供學(xué)習(xí)成果展示機(jī)會(huì)、搭建暢通的溝通渠道都具有獨(dú)特的教育價(jià)值。它不只整合多學(xué)科知識(shí)，也融入了不同學(xué)科實(shí)踐過程和精神內(nèi)涵，是一種具有創(chuàng)新意義的學(xué)科融合[5]。學(xué)科融合在承認(rèn)學(xué)科差異的基礎(chǔ)上不斷打破學(xué)科壁壘，促進(jìn)學(xué)科間相互聯(lián)系、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的特點(diǎn)與極具學(xué)科包容性的STEAM教育理念不謀而合。在STEAM理念的指導(dǎo)下，開展Scratch編程教學(xué)對(duì)幫助兒童掌握編程知識(shí)、培養(yǎng)解決問題能力、發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作精神、提升創(chuàng)造力等方面都具有積極作用。

1.2 ?學(xué)科融合促進(jìn)學(xué)生多元智能的發(fā)展

美國哈佛大學(xué)心理學(xué)家霍華德·加德納（Howard Gardner）首先提出了多元智能理論（Theory of Multiple Intelligences），倡導(dǎo)“人人都有智能專項(xiàng)，個(gè)個(gè)都有發(fā)展?jié)撃堋?。多元智能囊括了語言、音樂、數(shù)理邏輯、空間、身體運(yùn)動(dòng)、人際交往、自我認(rèn)識(shí)和自然觀察八種能力。

五年級(jí)學(xué)生已經(jīng)具備了一定的多元智能發(fā)展?jié)摿?。在學(xué)科融合理念下的Scratch教學(xué)活動(dòng)中，筆者根據(jù)學(xué)生在獨(dú)立學(xué)習(xí)、組織策劃、溝通表達(dá)、觀察思考、總結(jié)反思、動(dòng)手拼搭、程序設(shè)計(jì)、英語、繪畫等方面的能力潛質(zhì)，設(shè)計(jì)了幫助其發(fā)揮多元智能的環(huán)節(jié)，促進(jìn)個(gè)體發(fā)展，實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)價(jià)值。

1.3 ?游戲化教學(xué)是計(jì)算思維培養(yǎng)的有效途徑

一切有意義的教育，其動(dòng)力都來自兒童自發(fā)的活動(dòng)、游戲和模仿。專注于游戲化研究的Yu-Kai Chou在其《Action-able Gamification》一書中指出，游戲化就是將游戲中那些有趣、吸引人的元素巧妙地運(yùn)用在現(xiàn)實(shí)世界或生產(chǎn)活動(dòng)中，并將游戲化稱為“以人為本的設(shè)計(jì)”[6]。游戲化教學(xué)提倡在自然的教學(xué)風(fēng)格中加入游戲元素，通過動(dòng)手制作、角色扮演、智趣闖關(guān)等方式真正地實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，充分體現(xiàn)了“在做中玩，在玩中學(xué)”的理念。

計(jì)算思維是解決問題的邏輯思考過程，但在小學(xué)階段傳統(tǒng)教學(xué)中，計(jì)算思維很難被充分融入與滲透，而游戲化教學(xué)為計(jì)算思維的培養(yǎng)提供了有效途徑。Scratch是一款圖形化編程的趣味軟件，巧妙地用“搭積木”的方式把計(jì)算思維融入其中，能使學(xué)習(xí)者輕松地完成自然語言到程序設(shè)計(jì)語言的轉(zhuǎn)換，生動(dòng)有趣，易于理解。

2 ?教學(xué)模式構(gòu)建

5E教學(xué)法是由美國生物學(xué)課程研究會(huì)（BSCS）開發(fā)的基于知識(shí)建構(gòu)的探究式教學(xué)模式，包含了參與（Engagement）、探索（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）和評(píng)價(jià)（Evaluation）五個(gè)環(huán)節(jié)。它鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者親身參與、探索，在體驗(yàn)中完成知識(shí)建構(gòu)，并重視多元評(píng)價(jià)。筆者嘗試以5E教學(xué)法為指導(dǎo)，構(gòu)建學(xué)科融合理念下的Scratch游戲化教學(xué)模式，如圖1所示。

模式中，教學(xué)活動(dòng)的主線包括“情境創(chuàng)設(shè)、獨(dú)立探索、建模體驗(yàn)、設(shè)計(jì)優(yōu)化、分享評(píng)價(jià)”五個(gè)環(huán)節(jié)?！扒榫硠?chuàng)設(shè)”環(huán)節(jié)，通過視頻和圖片方式，創(chuàng)設(shè)了真實(shí)問題情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和社會(huì)責(zé)任感;“獨(dú)立探索”環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)者通過親身探索，發(fā)現(xiàn)問題本質(zhì);“建模體驗(yàn)”環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)者自主體驗(yàn)真實(shí)游戲過程，完成對(duì)問題的初步解釋;“設(shè)計(jì)優(yōu)化”環(huán)節(jié)，學(xué)生在學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)知識(shí)和技能后，提出解決方案、設(shè)計(jì)制作原型、完成程序編譯和迭代優(yōu)化;“分享評(píng)價(jià)”環(huán)節(jié)，學(xué)生展示特色作品，分享經(jīng)驗(yàn)，聽取評(píng)價(jià)建議，完善作品。

教師活動(dòng)對(duì)教學(xué)的開展起到了支撐和指導(dǎo)的作用。教師在該階段主要通過創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生明確具體任務(wù)。負(fù)責(zé)在教學(xué)中進(jìn)行組織協(xié)調(diào)，將課堂真正地交給學(xué)生。如果學(xué)生在探究過程中遇到問題，教師不是立即給出答案，而是給予學(xué)生有效引導(dǎo)和輔助，鼓勵(lì)學(xué)生試錯(cuò)，增強(qiáng)學(xué)生解決問題和完成任務(wù)的信心。此外，教師在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)活動(dòng)進(jìn)行多元評(píng)價(jià)，除了學(xué)生的最終成果評(píng)價(jià)以外，還包括了學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作、思考、問題解決等環(huán)節(jié)的過程性評(píng)價(jià)。

學(xué)生活動(dòng)部分是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的主體部分，通過教師創(chuàng)設(shè)的真實(shí)情境確定需要解決的具體問題，明確需要達(dá)到的任務(wù)目標(biāo)，以小組為單位開展探究學(xué)習(xí)。通過在實(shí)際生活中的真實(shí)體驗(yàn)與探索，尋找問題解決的突破口，初步完成問題解決方案的初探和模型的構(gòu)建。在建模的基礎(chǔ)上，理清解決思路，寫出算法流程圖，進(jìn)而完成程序設(shè)計(jì)與優(yōu)化，最后將修改后的作品進(jìn)行展示與分享，聽取師生的建議，對(duì)程序進(jìn)行二次優(yōu)化。

3 ?教學(xué)應(yīng)用案例

3.1 ?教學(xué)分析

3.1.1 ?教學(xué)內(nèi)容分析

垃圾分類是受到廣泛關(guān)注的熱門話題。垃圾分類知識(shí)在小學(xué)科學(xué)課中有涉及，傳統(tǒng)教學(xué)主要采用講授法教學(xué)，形式單一。筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生們重復(fù)多次地對(duì)垃圾進(jìn)行識(shí)別與投放，恰好對(duì)應(yīng)信息技術(shù)Scratch編程中的重復(fù)執(zhí)行、條件判斷和偵測(cè)指令，兩個(gè)學(xué)科不論是在內(nèi)容還是開展形式上，都具有強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)性和邏輯性?？茖W(xué)課中的垃圾分類常識(shí)是設(shè)計(jì)Scratch小游戲的知識(shí)基礎(chǔ)，而Scratch小游戲設(shè)計(jì)又是對(duì)垃圾分類知識(shí)的綜合應(yīng)用。

3.1.2 ?學(xué)科融合分析

開展學(xué)科融合下的Scratch垃圾分類游戲設(shè)計(jì)的綜合實(shí)踐活動(dòng)正是對(duì)STEAM理念的體現(xiàn)和詮釋。例如：垃圾桶的設(shè)計(jì)與美化（工程、美術(shù)元素）;探究垃圾物質(zhì)的類別（科學(xué)元素）;將垃圾投放在正確垃圾桶（數(shù)學(xué)元素中多對(duì)一的思想）等。教學(xué)三維目標(biāo)與STEAM之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

3.2 ?教學(xué)活動(dòng)具體實(shí)施過程

3.2.1 ?情境創(chuàng)設(shè)

教師通過播放教學(xué)視頻資料等形式創(chuàng)設(shè)情境，展現(xiàn)環(huán)境污染、垃圾圍城的現(xiàn)狀，讓學(xué)生感受垃圾分類行動(dòng)的迫切性，激發(fā)社會(huì)責(zé)任感。隨后聚焦需要解決的問題：我們?nèi)绾芜M(jìn)行垃圾分類;如何設(shè)計(jì)Scratch趣味小游戲宣傳垃圾分類知識(shí)。

3.2.2 ?獨(dú)立探索

教師引導(dǎo)學(xué)生探究垃圾分類中的常見問題，例如：為什么垃圾分類在目前很難推廣？垃圾分類中最難區(qū)分的垃圾是什么？教師重點(diǎn)記錄學(xué)生探究過程中的表現(xiàn)。

學(xué)生通過調(diào)查問卷、拍照觀察等方式對(duì)校園和家庭的垃圾分類現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，上網(wǎng)搜索關(guān)于垃圾分類的知識(shí)，嘗試對(duì)家庭垃圾進(jìn)行初步分類，引發(fā)對(duì)家庭垃圾分類的思考，并將最難區(qū)別的垃圾名稱作為Scratch垃圾分類小游戲程序設(shè)計(jì)的重要源素材，提升程序設(shè)計(jì)的實(shí)用性和針對(duì)性。

3.2.3 ?建模體驗(yàn)

教師精心策劃垃圾分類趣味模擬游戲，制定規(guī)則，觀察記錄游戲中的學(xué)生表現(xiàn)，總體調(diào)控輔助。游戲體驗(yàn)結(jié)束后，最后通過繞口令的形式總結(jié)垃圾分類規(guī)則。

各小組利用多學(xué)科知識(shí)設(shè)計(jì)四類垃圾箱和寫有中英文垃圾名稱的小卡片，進(jìn)行角色分配（設(shè)計(jì)者、記錄者、裁判和參與者）后開展垃圾分類游戲：依次向垃圾箱投放對(duì)應(yīng)的垃圾卡片，正確投放一次積10分，游戲結(jié)束后積分最多的學(xué)生將被評(píng)為“垃圾分類小能手”，一輪游戲結(jié)束后角色互換。學(xué)生在游戲中體驗(yàn)垃圾分類的全過程，完成對(duì)Scratch垃圾分類游戲程序的初步建模。

3.2.4 ?設(shè)計(jì)優(yōu)化

教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧活動(dòng)過程和步驟，分析游戲的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生思考：一次次投放垃圾是在重復(fù)執(zhí)行分類操作;確認(rèn)垃圾投放是否正確是在進(jìn)行條件判斷。由此，引出本節(jié)知識(shí)重難點(diǎn)：Scratch中重復(fù)執(zhí)行、條件判斷指令的應(yīng)用。

學(xué)生認(rèn)真體會(huì)Scratch中的重復(fù)執(zhí)行、條件判斷指令，各小組分別設(shè)計(jì)程序算法流程圖，如圖2所示。學(xué)生嘗試將游戲模擬中的自然語言與Scratch圖形化腳本語言進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)和轉(zhuǎn)換，隨后添加角色，分析角色之間的關(guān)系，思考動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的策略，完成程序設(shè)計(jì)開發(fā)，并進(jìn)行迭代優(yōu)化。

3.2.5 ?分享評(píng)價(jià)

教師組織學(xué)生對(duì)作品進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià)，提出改進(jìn)和優(yōu)化建議，鼓勵(lì)各小組開展互評(píng)，選出“垃圾分類小能手”的小組。

各小組派出2名同學(xué)對(duì)作品進(jìn)行演示講解，展示創(chuàng)意和亮點(diǎn)，通過自評(píng)和互評(píng)環(huán)節(jié)對(duì)作品進(jìn)行再次反思優(yōu)化，最終生成可執(zhí)行文件，在全校推廣。分享過程中記錄學(xué)生們的體驗(yàn)感受，對(duì)程序進(jìn)行再次迭代優(yōu)化。游戲界面及腳本程序如圖3所示。

3.3 ?教學(xué)反思

此次教學(xué)，對(duì)傳統(tǒng)的編程教學(xué)模式進(jìn)行改進(jìn)，營造出基于真實(shí)問題情境的學(xué)習(xí)氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生借助多學(xué)科知識(shí)，帶著問題去體驗(yàn)、探索和思考，幫助學(xué)生完成從自然語言到圖形化編程語言的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維的內(nèi)化。學(xué)習(xí)者從原來的害怕、被動(dòng)學(xué)習(xí)編程轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極、主動(dòng)進(jìn)行編程?；趯W(xué)科融合理念下的Scratch游戲化教學(xué)模式彌補(bǔ)了單一學(xué)科教學(xué)的局限性，提供給學(xué)習(xí)者多學(xué)科視角和展現(xiàn)自我多元智能的平臺(tái)，有助于打破學(xué)科壁壘、實(shí)現(xiàn)小學(xué)編程教育的轉(zhuǎn)型。但在實(shí)施中也存在一定不足：每個(gè)小組人數(shù)較多，小組作品數(shù)量較少，作品多樣性不夠。因此在后面的教學(xué)實(shí)踐中將嘗試通過增加小組數(shù)量，減少小組人數(shù)的方法，鼓勵(lì)學(xué)生們發(fā)揮想象，設(shè)計(jì)出差異化的作品。

4 ?結(jié) ?論

計(jì)算思維是信息技術(shù)課程改革中備受重視的學(xué)科核心素養(yǎng)之一，而計(jì)算思維在小學(xué)階段的培養(yǎng)存在一定困難。Scratch趣味編程教學(xué)把計(jì)算思維融入其中，用“搭積木”的方式將自然語言與編程語言進(jìn)行過渡與轉(zhuǎn)換，思維過程符合小學(xué)生認(rèn)知規(guī)律。筆者在研究中嘗試以真實(shí)問題情境與跨學(xué)科知識(shí)結(jié)合的STEAM理念為主線，構(gòu)建針對(duì)小學(xué)階段學(xué)科融合理念下的Scratch游戲化教學(xué)模式，不僅注重學(xué)習(xí)者編程知識(shí)的獲取和過程體驗(yàn)，同時(shí)尊重學(xué)習(xí)者的多元智能水平，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的問題意識(shí)、信息能力、團(tuán)隊(duì)合作理念和計(jì)算思維，以期為小學(xué)趣味編程教學(xué)的開展提供一定參考。

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作者簡介：江燕（1989—），女，漢族，四川鹽源人，中學(xué)二級(jí)教師，碩士研究生，研究方向：STEAM教育、教育類機(jī)器人教學(xué);通訊作者：楊文正（1979—），男，白族，云南大理人，副教授，碩士生導(dǎo)師，博士，研究方向：數(shù)字教育資源開發(fā)與應(yīng)用、STEAM教育。