盧壯綿 李翠白

摘要：編程教育作為理解人工智能背后原理的基礎(chǔ)，在國內(nèi)掀起了一股教育熱潮，注重培養(yǎng)學(xué)生計算思維的編程教育與培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的STEAM教育兩者融合是一次教育教學(xué)的創(chuàng)新實踐。Scratch因其功能強大、應(yīng)用廣泛且適合學(xué)科知識整合教學(xué)的特點，被廣泛用于跨學(xué)科的教學(xué)，研究通過梳理STEAM的核心理念與Scratch編程教育理念以及特點，進行Scratch編程與兒童音樂教學(xué)的融合設(shè)計，并以“演奏小星星”音樂編程課為例，從教學(xué)目標(biāo)、課例內(nèi)容、設(shè)計思路三個方面進行闡述。

關(guān)鍵詞：STEAM教育;Scratch;創(chuàng)意編程;兒童音樂教學(xué);課例開發(fā)

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）13-0159-03

1 引言

2014年，美國時任總統(tǒng)的奧巴馬提出了“編程一小時”的活動建設(shè)，提倡每一個兒童都應(yīng)該學(xué)習(xí)編程，至此青少年編程教育受到了世界各國的關(guān)注。2016年芬蘭首次將編程納入小學(xué)教學(xué)大綱，從小學(xué)一年級開始學(xué)習(xí)編程;英國教育部門把編程列入每所學(xué)校的必修課程;俄羅斯把編程教育納入小學(xué)、初中、高中教育階段的必修課。越來越多的國家開始重視和關(guān)注編程教育。在國內(nèi)，2014年浙江省高考改革將編程加入高考，突出了編程的重要位置。2017年，國務(wù)院發(fā)布了新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃，規(guī)劃明確提出：“在中小學(xué)開設(shè)人工智能相關(guān)課程，逐步推進編程教育”。學(xué)習(xí)編程并不是讓學(xué)生敲代碼，而是通過編程課程達到思維訓(xùn)練的目的，通過編程思維提升邏輯推理思維，從而幫助培養(yǎng)學(xué)生的專注力和計算思維，進而解決實際問題的能力。

編程教育作為理解人工智能原理的基礎(chǔ)，成了各個國家教育改革關(guān)注與重視的研究熱點，家庭、學(xué)校開始重視學(xué)生編程能力的培養(yǎng)，編程教育也成了校外培訓(xùn)的新風(fēng)口。指向培養(yǎng)創(chuàng)新性綜合人才的STEAM教育成為近年來的教育熱潮，在STEAM教育理念的指導(dǎo)下，融合跨學(xué)科知識的編程教育將帶來新的探索與嘗試，不僅可以幫助學(xué)生突破學(xué)科的界限，運用多學(xué)科的視角解決問題，還可以激發(fā)學(xué)生的探究興趣，在鍛煉和實踐中養(yǎng)成創(chuàng)新精神。

2 STEAM教育與Scratch創(chuàng)意編程概述

2.1 STEAM教育

STEAM教育是指向跨學(xué)科學(xué)習(xí)的，基于項目和問題的教育模式，其目的在于培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的人才。通過整理和歸納可以將STEAM的核心理念分為以下三個特點：

2.1.1 跨學(xué)科整合

STEAM教育的本質(zhì)是“跨學(xué)科”，融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等不同學(xué)科領(lǐng)域的知識來解決實際的問題，從多個維度和角度看待問題，其中最重要的就是借助工程實踐推動跨學(xué)科教學(xué)融合[1]。STEAM不是五門課程的簡單疊加，而是學(xué)科之間的有機整合。

2.1.2 基于項目與問題

在教學(xué)實施的過程中，基于項目與問題的學(xué)習(xí)有利于開展實施跨學(xué)科知識的整合，而且學(xué)習(xí)環(huán)境不再局限于課堂，可以是博物館、科技館和社區(qū)，在真實的生活情境中，探索學(xué)習(xí)知識的樂趣，提升解決實際問題的能力。李小濤認為STEAM 教育是以具體的項目或者問題為教學(xué)的中心，以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)有效的跨學(xué)科整合[2]。

2.1.3 培養(yǎng)創(chuàng)新型人才

STEAM與創(chuàng)客教育的培養(yǎng)理念有異曲同工之妙，都指向了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，提倡讓學(xué)生在具體的學(xué)習(xí)情境下，進行作品的創(chuàng)造或是思維的訓(xùn)練，其意義在于使學(xué)生在解決問題的過程中積極探索，激發(fā)想象力和創(chuàng)造力，STEM教育的中級目標(biāo)是獲得解決問題能力、獨立探究能力、合作學(xué)習(xí)能力等綜合能力，高級目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的計算思維、設(shè)計思維等高級思維[3]。

2.2 Scratch創(chuàng)意編程

2.2.1 Scratch創(chuàng)意編程教育理念

創(chuàng)意編程是指在創(chuàng)造性的活動中學(xué)習(xí)程序設(shè)計，由教師引導(dǎo)、學(xué)生為主體，學(xué)生在解決問題的過程中，積極主動地學(xué)習(xí)編程。傳統(tǒng)的編程教學(xué)主要講授編程代碼，并且開設(shè)課程的主體主要是大學(xué)學(xué)校、職業(yè)院校，教學(xué)的目標(biāo)是教會學(xué)生掌握抽象的程序設(shè)計語言，在解決特定問題程序的過程，學(xué)會程序設(shè)計的分析、設(shè)計、編碼、排錯等，其最終的目的是指向就業(yè)。而創(chuàng)意編程體現(xiàn)了可視化、形象化的程序設(shè)計，將程序簡化并通過游戲、故事等來吸引學(xué)生的注意力，以游戲闖關(guān)式由簡到難，包含了模塊化思維。

隨著可視化編程工具的興起，將編程從復(fù)雜的程序代碼中轉(zhuǎn)化為可視化的積木塊，不僅符合小學(xué)生的認知特點，也滿足了編程教學(xué)的需求，能夠更好地實施創(chuàng)意編程教學(xué)。由Scratch其核心理念是“想象—編程—分享”，注重學(xué)生的創(chuàng)作與分享[4]。通過創(chuàng)作游戲、故事、動畫等作品呈現(xiàn)的形式，在探究的環(huán)境中進行創(chuàng)意設(shè)計和表達自己的想法，能夠激發(fā)學(xué)生的想象力，促進創(chuàng)造力和邏輯思維能力的形成。

2.2.2 Scratch創(chuàng)意編程特點

1）操作簡單方便。Scratch不需要手動編寫基于文本的代碼，而是通過鼠標(biāo)拖拽積木塊到相應(yīng)的編輯欄就可以創(chuàng)建代碼，組建程序，完成一段動畫、一個小游戲的制作，而且可以實時運行查看程序的效果，讓學(xué)生在編程中體會成就感。

2）功能強大，應(yīng)用廣泛。Scratch中的腳本區(qū)域按照不同功能將程序分為多個不同的模塊，包括了動作、外觀、聲音、畫筆、數(shù)據(jù)、事件、控制、偵測、運算、更多積木模塊。其中造型模塊可以對角色進行外觀設(shè)計;聲音模塊可以根據(jù)創(chuàng)意自由添加背景音樂、給角色配音，使作品更加形象生動，功能模塊涉及音樂、美術(shù)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科，為跨學(xué)科學(xué)習(xí)提供了條件的同時也滿足了學(xué)生的創(chuàng)作需求。

3 STEAM課程與Scratch創(chuàng)意編程課研究現(xiàn)狀

3.1 STEAM課程研究現(xiàn)狀

國內(nèi)關(guān)于STEAM課程的理論研究與實踐研究發(fā)展迅速，已經(jīng)有了一定的實踐成果，比如，馮麗露和趙慧勤等人通過分析博物館開展STEAM課程的優(yōu)勢，從選擇適合的學(xué)習(xí)主體、分析課程前端、構(gòu)建教學(xué)活動、多元化設(shè)計教學(xué)評價四方面設(shè)計與實施了大同博物館“青銅弩機”STEAM課程[5]。袁磊通過分析知識、項目、能力提升三者的關(guān)系，在學(xué)科項目化重構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計并實施了小學(xué)STEAM課程，并以主題為《堅固的家》項目案例進行小學(xué)STEAM課程開發(fā)實踐[6]。北京師范大學(xué)臺州附屬高級中學(xué)的梁靈輝老師在梳理地方特色、傳統(tǒng)文化、科技創(chuàng)新、項目平移四個課程內(nèi)容來源的基礎(chǔ)上進行STEAM課程全學(xué)科整合的研究，并構(gòu)建了四類課程開發(fā)模型[7]。李彤彤認為創(chuàng)客式的教學(xué)模式將有利于提升學(xué)生的核心素養(yǎng)[8]。

3.2 Scratch創(chuàng)意編程課程現(xiàn)狀

Scratch編程課程正在國內(nèi)如火如荼地開展中，研究者對Scratch課程的研究主要集中在Scratch課程的教學(xué)模式、課程教學(xué)設(shè)計以及對學(xué)生計算思維能力的影響。在課程教學(xué)模式方面，沈春燕提出Scratch課程的學(xué)習(xí)是學(xué)生參與式的學(xué)習(xí)，教學(xué)實踐過程中應(yīng)該充分發(fā)揮學(xué)生的主體性[9]。江燕等人構(gòu)建了基于情境創(chuàng)設(shè)、獨立探索、建模體驗、設(shè)計優(yōu)化、分享評價五大教學(xué)環(huán)節(jié)的Scratch游戲化教學(xué)模式[10]。在課程教學(xué)設(shè)計方面，黃瓊梅以《裝飾畫藝術(shù)創(chuàng)作》游戲為例進行了Scratch教學(xué)活動設(shè)計，并融入結(jié)對編程模式[11]。李清月以《追逐》游戲制作為例探討Scratch教學(xué)活動設(shè)計[12]。在Scratch對學(xué)生計算思維能力培養(yǎng)的方面，熊秋娥認為圖形化的編程工具能夠促進低齡學(xué)生的計算思維能力 [13]。馬強以Scratch課程“闖關(guān)大冒險”為例，設(shè)計了指向計算思維培養(yǎng)的Scratch課程教學(xué)設(shè)計[14]。

4 Scratch創(chuàng)意編程教學(xué)設(shè)計開發(fā)原則

本研究是以STEAM理念為指導(dǎo)，Scratch軟件作為輔助進行小學(xué)創(chuàng)意編程課例教學(xué)設(shè)計，以此來促進學(xué)生學(xué)科知識融合、創(chuàng)新實踐的能力，因此，應(yīng)符合以下開發(fā)設(shè)計原則。

4.1 趣味性

趣味性是Scratch創(chuàng)意編程教學(xué)設(shè)計的首要原則，圖文并茂、可視化的教學(xué)更符合小學(xué)生的認知學(xué)習(xí)特點，因此Scratch課程應(yīng)該有趣、形象，能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。創(chuàng)作作品趣味性也是Scratch課程教學(xué)的優(yōu)勢之一，能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心和主動探索學(xué)習(xí)的興趣，進一步促進各種能力的培養(yǎng)。一個優(yōu)秀的Scratch作品應(yīng)該是有趣的，在聲音、畫面、故事劇情、技術(shù)上處理得當(dāng)，能吸引人的眼球。

4.2 學(xué)科整合性

Scratch的功能模塊涉及音樂、美術(shù)、數(shù)學(xué)、歷史等多學(xué)科，在進行教學(xué)設(shè)計時應(yīng)綜合考慮多學(xué)科知識融合的設(shè)計，力求在基于項目和問題的教學(xué)上，融合多學(xué)科的知識。例如利用聲音模塊功能，在進行教學(xué)設(shè)計時可以和音樂學(xué)科知識融合，講授樂理知識、樂器的使用、聽音識曲等，在編程的過程中激發(fā)學(xué)生的音樂細胞，提高音樂表達和表現(xiàn)能力，促進音樂欣賞和審美能力。

4.3 任務(wù)驅(qū)動

STEAM教育是基于項目和問題的教學(xué)，為了幫助學(xué)生進行更好地自主學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)，應(yīng)該設(shè)計一個符合學(xué)習(xí)主題的、仿生活情境并具有挑戰(zhàn)性的教學(xué)設(shè)計實踐任務(wù)[15]。運用實踐任務(wù)來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，通過“小步驟、多任務(wù)”的方式將問題分解為一個個任務(wù)去解決問題，引導(dǎo)學(xué)生從易到難、從簡單到復(fù)雜的學(xué)習(xí)過程，進而提升學(xué)生的計算思維。

4.4 情境交互

基于生活情境的學(xué)習(xí)，有利于啟發(fā)學(xué)生的知識遷移能力。STEAM教育強調(diào)在項目式學(xué)習(xí)中提升學(xué)生解決實際問題的能力，課例教學(xué)的活動設(shè)計應(yīng)開發(fā)設(shè)計仿生活的情境，搭建輔助教學(xué)的腳手架，讓學(xué)生在情境中參與互動、深入學(xué)習(xí)，而且仿生活的情境能激發(fā)學(xué)生自主探究的動機，在解決問題的過程中和同伴交流互動，加強協(xié)作學(xué)習(xí)。

5 Scratch創(chuàng)意編程課例教學(xué)設(shè)計

根據(jù)Scratch創(chuàng)意編程課例的設(shè)計開發(fā)原則，設(shè)計了“演奏小星星”課例，從教學(xué)目標(biāo)、課例內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計思路三個方面展開論述。

5.1 教學(xué)目標(biāo)

Scratch創(chuàng)意編程課的教學(xué)目標(biāo)主要體現(xiàn)在培養(yǎng)學(xué)生的編程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

1）掌握Scratch軟件操作。學(xué)習(xí)掌握聲音模塊的“演奏樂器設(shè)為（）”“彈奏音符（）”積木和事件模塊里的“當(dāng)按下（）鍵”等積木塊，掌握設(shè)置鍵盤按鍵發(fā)出指定的聲音的方法。

2）學(xué)生通過解決實踐任務(wù)，體驗學(xué)習(xí)內(nèi)容由易到難的過程，加深對學(xué)習(xí)知識的理解。

3）能夠利用Scratch程序語言將鍵盤轉(zhuǎn)化成鋼琴鍵彈奏樂曲。

4）“演奏小星星”在Scratch教學(xué)融合多學(xué)科知識，主要是音樂學(xué)科的知識，將編程教學(xué)與音樂教學(xué)相融合，在提高學(xué)生編程素養(yǎng)的同時促進音樂素養(yǎng)的養(yǎng)成，能夠運用跨學(xué)科的思維解決問題。

5.2 課例內(nèi)容

根據(jù)Scratch創(chuàng)意編程課趣味性與學(xué)科整合的開發(fā)原則，開發(fā)了“演奏小星星”Scratch作品，是一個將電腦鍵盤化身為鋼琴演奏出美妙樂曲的小游戲，點擊小綠旗，敲擊鍵盤的數(shù)字鍵，就能使電腦發(fā)出簡譜數(shù)字對應(yīng)的音符聲音，幫助學(xué)生能用電腦像彈鋼琴那樣演奏鋼琴樂曲。在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計上，主要涉及了音樂、數(shù)學(xué)、美術(shù)等多學(xué)科知識，在這節(jié)課中主要是將編程學(xué)習(xí)與音樂教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，例如將編程教學(xué)與音樂的樂理知識相結(jié)合，樂譜是一種信息量很大的算法，樂器之間的切換與編程語言之間的切換非常類似，Scratch內(nèi)置的節(jié)奏和音符可以啟迪低年齡段的學(xué)習(xí)者，美妙的樂曲帶給學(xué)生愉悅的感官刺激，學(xué)習(xí)者在歡樂的氛圍中用Scratch聲音模塊中“彈奏音符”，控制音高和節(jié)拍的時長，進行樂曲的腳本編寫，最后通過對樂譜的認識、節(jié)拍概念的理解，幫助學(xué)生演奏出美妙的鋼琴曲。

5.3 教學(xué)設(shè)計思路

首先，介紹《小星星變奏曲》的背景，闡述樂曲包含的樂理知識，《小星星變奏曲》因其旋律輕快、主題浪漫而夢幻的特點，成了全世界所有國家的孩子文化啟蒙教育的第一首兒歌，該曲的旋律后來被國內(nèi)的音樂家改編成廣泛傳唱的《小星星》。在進行音樂編程的教學(xué)中，選取這首耳熟能詳?shù)匿撉偾皇悄軌蚣ぐl(fā)孩子們學(xué)習(xí)的興趣，二是正因為大家都熟知，降低了學(xué)習(xí)的難度，符合孩子的學(xué)習(xí)認知特點。

其次，作品以彈奏鋼琴曲的游戲形式呈現(xiàn)，鋼琴是學(xué)生比較喜歡的樂器之一，游戲也是學(xué)生喜歡的活動形式，將樂器與游戲結(jié)合使得作品充滿趣味性，也有利于引起學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，同時也能夠啟發(fā)學(xué)生的思考，如何讓鍵盤像鋼琴鍵那樣點擊鍵位就能發(fā)出音符的聲音？怎么去判斷音樂節(jié)奏的快慢？這就需要學(xué)生掌握節(jié)拍的概念，學(xué)會欣賞不同的音樂節(jié)奏給人們帶來的情緒體驗和感受。在學(xué)習(xí)了鋼琴曲的彈奏，能否將鍵盤轉(zhuǎn)化成其他樂器呢？在教學(xué)的最后環(huán)節(jié)，可以將這個問題交給學(xué)生思考與討論。

接著，采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，將“演奏小星星”的內(nèi)容拆解成兩個任務(wù)，分別是“電腦自動演奏小星星”和“點擊鍵盤任意鍵演奏《小星星》”，在第一個任務(wù)中，可以讓程序自動演奏預(yù)先編寫的樂曲。在第二個任務(wù)里引入了事件模塊里的“當(dāng)按下（）鍵”功能積木的學(xué)習(xí)，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)內(nèi)容由易到難、循序漸進。并且設(shè)置“聽音識曲”的第三個任務(wù)，在學(xué)生掌握了演奏樂曲的程序積木塊組建后，為了增加學(xué)習(xí)的難度，可以組織學(xué)生選擇自己喜歡的樂曲編寫創(chuàng)作樂曲的程序腳本，然后演奏分享給其他同學(xué)，并讓其他人聽一聽判斷自己演奏的是什么樂曲。

最后，通過游戲化的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生理解掌握音樂的基礎(chǔ)知識，例如認識簡譜、了解節(jié)拍，養(yǎng)成良好的音樂素養(yǎng)。此外，創(chuàng)作作品的游戲活動應(yīng)該是學(xué)生可以參與互動、交流分享的，突出游戲設(shè)計的交互性，這樣學(xué)生可以在玩游戲中學(xué)習(xí)知識、在探索中構(gòu)建思維、在交流合作中學(xué)會協(xié)作學(xué)習(xí)。

6 總結(jié)

Scratch是一門新的程序設(shè)計語言，它和其他的編程語言相比更加簡單，更適合6～12歲孩子的邏輯思維。學(xué)生通過創(chuàng)作和分享自己的交互故事、游戲、音樂和藝術(shù)，在這個過程中培養(yǎng)創(chuàng)造性思維、邏輯思維和合作學(xué)習(xí)的能力。此外，Scratch編程是STEAM的一種綜合教育方式，融合了科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)的綜合知識，側(cè)重思維訓(xùn)練而不是簡單地學(xué)習(xí)一門編程語言。編程教學(xué)與音樂教學(xué)的融合設(shè)計是一次教學(xué)的實踐與創(chuàng)新，在進行融合設(shè)計時，應(yīng)該要符合四個原則，即創(chuàng)意編程教學(xué)設(shè)計要具有趣味性，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;教學(xué)的過程要體現(xiàn)學(xué)科知識整合;采用任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方法驅(qū)動學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，并在分解任務(wù)的過程讓學(xué)生感受任務(wù)分解、問題分解的計算思維;最后就是要有情境交互，學(xué)生通過和同伴一起做項目，鍛煉溝通協(xié)調(diào)能力，在與他人分享創(chuàng)作的交互故事、動畫、游戲等作品時提升表達能力。

參考文獻：

[1] 鄭旭東，饒景陽，陳榮.STEAM教育的本體論承諾：理想的追問與反思[J].電化教育研究，2021，42（6）：14-19.

[2] 李小濤，高海燕，鄒佳人，等.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的STEAM教育到創(chuàng)客教育之變遷——從基于項目的學(xué)習(xí)到創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].遠程教育雜志，2016（1）：28-36.

[3] 袁磊，鄭開玲，張志.STEAM教育：問題與思考[J].開放教育研究，2020，26（3）：51-57，90.

[4] 奚寧.基于Scratch的中小學(xué)編程課程實踐探究[D].河北師范大學(xué)，2018.

[5] 馮麗露，趙慧勤，張麗萍.館校合作下的STEAM課程設(shè)計——以大同博物館“青銅弩機”為例[J].中國博物館，2020（4）：32-35.

[6] 袁磊，王健博樂.基于學(xué)科課程重構(gòu)的小學(xué)STEAM課程設(shè)計[J].現(xiàn)代遠距離教育，2019（2）：25-32.

[7] 梁靈輝.STEAM課程開發(fā)模型與應(yīng)用[J].教學(xué)與管理，2020（7）：32-34.）

[8] 李彤彤.創(chuàng)客式教學(xué)：面向核心素養(yǎng)培養(yǎng)的STEAM課程教學(xué)新范式[J].中國電化教育，2018（9）：40-47.

[9] 沈春燕.基于BOPPPS和PBL的Scratch編程教學(xué)模式[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（10）：128-130.

[10] 江燕，楊文正，許秋璇.Scratch游戲化教學(xué)模式構(gòu)建與應(yīng)用[J].現(xiàn)代信息科技，2020，4（15）：183-185+189.

[11] 黃瓊梅.基于結(jié)對編程的Scratch教學(xué)活動設(shè)計——以《裝飾畫藝術(shù)創(chuàng)作》為例[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（27）：79-81，84.

[12] 李清月.基于PBL的Scratch教學(xué)活動設(shè)計——以《追逐》游戲的制作為例[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2019（24）：51-54.

[13] 熊秋娥，葛越.Scratch游戲化編程培養(yǎng)小學(xué)生計算思維的實證研究[J].基礎(chǔ)教育，2019，16（6）：27-35.

[14] 馬強，張攀峰.基于計算思維培養(yǎng)的Scratch課程教學(xué)設(shè)計[J].西部素質(zhì)教育，2019，5（2）：78+86.

[15] 李翠白，李芒.基于計算機的“教學(xué)設(shè)計”任務(wù)驅(qū)動式學(xué)習(xí)方法[J].中國電化教育，2001（12）：9-13.

【通聯(lián)編輯：王力】