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，在國內(nèi)掀起了一股教育熱潮，注重培養(yǎng)學生計算思維的編程教育與培養(yǎng)學生創(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的創(chuàng)新實踐。Scratch因其功能強大、應用廣泛且適合學科知識整合教學的特點，被廣泛用于跨學科的教學，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的融合設計，并以“演奏小星星”音樂編程課為例，從教學目標、課例內(nèi)容、設計思路三個方面進行闡述。

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

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：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，提倡每一個兒童都應該學習編程，至此青少年編程教育受到了世界各國的關注。2016年芬蘭首次將編程納入小學教學大綱，從小學一年級開始學習編程;英國教育部門把編程列入每所學校的必修課程;俄羅斯把編程教育納入小學、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：“在中小學開設人工智能相關課程，逐步推進編程教育”。學習編程并不是讓學生敲代碼，而是通過編程課程達到思維訓練的目的，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，成了各個國家教育改革關注與重視的研究熱點，家庭、學校開始重視學生編程能力的培養(yǎng)，編程教育也成了校外培訓的新風口。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教育理念的指導下，融合跨學科知識的編程教育將帶來新的探索與嘗試，不僅可以幫助學生突破學科的界限，運用多學科的視角解決問題，還可以激發(fā)學生的探究興趣，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教育是指向跨學科學習的，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 跨學科整合

STEAM教育的本質(zhì)是“跨學科”，融合科學、技術、工程、藝術、數(shù)學等不同學科領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科教學融合[1]。STEAM不是五門課程的簡單疊加，而是學科之間的有機整合。

2.1.2 基于項目與問題

在教學實施的過程中，基于項目與問題的學習有利于開展實施跨學科知識的整合，而且學習環(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，探索學習知識的樂趣，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的中心，以此為基礎實現(xiàn)有效的跨學科整合[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)，提倡讓學生在具體的學習情境下，進行作品的創(chuàng)造或是思維的訓練，其意義在于使學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教育的中級目標是獲得解決問題能力、獨立探究能力、合作學習能力等綜合能力，高級目標是培養(yǎng)學生的計算思維、設計思維等高級思維[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)造性的活動中學習程序設計，由教師引導、學生為主體，學生在解決問題的過程中，積極主動地學習編程。傳統(tǒng)的編程教學主要講授編程代碼，并且開設課程的主體主要是大學學校、職業(yè)院校，教學的目標是教會學生掌握抽象的程序設計語言，在解決特定問題程序的過程，學會程序設計的分析、設計、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、形象化的程序設計，將程序簡化并通過游戲、故事等來吸引學生的注意力，以游戲闖關式由簡到難，包含了模塊化思維。

隨著可視化編程工具的興起，將編程從復雜的程序代碼中轉(zhuǎn)化為可視化的積木塊，不僅符合小學生的認知特點，也滿足了編程教學的需求，能夠更好地實施創(chuàng)意編程教學。由Scratch其核心理念是“想象—編程—分享”，注重學生的創(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)意設計和表達自己的想法，能夠激發(fā)學生的想象力，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，而是通過鼠標拖拽積木塊到相應的編輯欄就可以創(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，讓學生在編程中體會成就感。

2）功能強大，應用廣泛。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、數(shù)學等多學科，為跨學科學習提供了條件的同時也滿足了學生的創(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，從選擇適合的學習主體、分析課程前端、構(gòu)建教學活動、多元化設計教學評價四方面設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、能力提升三者的關系，在學科項目化重構(gòu)的基礎上設計并實施了小學STEAM課程，并以主題為《堅固的家》項目案例進行小學STEAM課程開發(fā)實踐[6]。北京師范大學臺州附屬高級中學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)容來源的基礎上進行STEAM課程全學科整合的研究，并構(gòu)建了四類課程開發(fā)模型[7]。李彤彤認為創(chuàng)客式的教學模式將有利于提升學生的核心素養(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課程的教學模式、課程教學設計以及對學生計算思維能力的影響。在課程教學模式方面，沈春燕提出Scratch課程的學習是學生參與式的學習，教學實踐過程中應該充分發(fā)揮學生的主體性[9]。江燕等人構(gòu)建了基于情境創(chuàng)設、獨立探索、建模體驗、設計優(yōu)化、分享評價五大教學環(huán)節(jié)的Scratch游戲化教學模式[10]。在課程教學設計方面，黃瓊梅以《裝飾畫藝術創(chuàng)作》游戲為例進行了Scratch教學活動設計，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教學活動設計[12]。在Scratch對學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生的計算思維能力 [13]。馬強以Scratch課程“闖關大冒險”為例，設計了指向計算思維培養(yǎng)的Scratch課程教學設計[14]。

4 Scratch創(chuàng)意編程教學設計開發(fā)原則

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

4.1 趣味性

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

4.2 學科整合性

Scratch的功能模塊涉及音樂、美術、數(shù)學、歷史等多學科，在進行教學設計時應綜合考慮多學科知識融合的設計，力求在基于項目和問題的教學上，融合多學科的知識。例如利用聲音模塊功能，在進行教學設計時可以和音樂學科知識融合，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 任務驅(qū)動

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

4.4 情境交互

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

5 Scratch創(chuàng)意編程課例教學設計

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

5.1 教學目標

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

1）掌握Scratch軟件操作。學習掌握聲音模塊的“演奏樂器設為（）”“彈奏音符（）”積木和事件模塊里的“當按下（）鍵”等積木塊，掌握設置鍵盤按鍵發(fā)出指定的聲音的方法。

2）學生通過解決實踐任務，體驗學習內(nèi)容由易到難的過程，加深對學習知識的理解。

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教學融合多學科知識，主要是音樂學科的知識，將編程教學與音樂教學相融合，在提高學生編程素養(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)字對應的音符聲音，幫助學生能用電腦像彈鋼琴那樣演奏鋼琴樂曲。在教學內(nèi)容的設計上，主要涉及了音樂、數(shù)學、美術等多學科知識，在這節(jié)課中主要是將編程學習與音樂教學內(nèi)容相結(jié)合，例如將編程教學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習者，美妙的樂曲帶給學生愉悅的感官刺激，學習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，幫助學生演奏出美妙的鋼琴曲。

5.3 教學設計思路

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中，選取這首耳熟能詳?shù)匿撉偾皇悄軌蚣ぐl(fā)孩子們學習的興趣，二是正因為大家都熟知，降低了學習的難度，符合孩子的學習認知特點。

其次，作品以彈奏鋼琴曲的游戲形式呈現(xiàn)，鋼琴是學生比較喜歡的樂器之一，游戲也是學生喜歡的活動形式，將樂器與游戲結(jié)合使得作品充滿趣味性，也有利于引起學生的注意力，激發(fā)學生的學習動力，同時也能夠啟發(fā)學生的思考，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？這就需要學生掌握節(jié)拍的概念，學會欣賞不同的音樂節(jié)奏給人們帶來的情緒體驗和感受。在學習了鋼琴曲的彈奏，能否將鍵盤轉(zhuǎn)化成其他樂器呢？在教學的最后環(huán)節(jié)，可以將這個問題交給學生思考與討論。

接著，采用任務驅(qū)動教學法，將“演奏小星星”的內(nèi)容拆解成兩個任務，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》”，在第一個任務中，可以讓程序自動演奏預先編寫的樂曲。在第二個任務里引入了事件模塊里的“當按下（）鍵”功能積木的學習，體現(xiàn)了學習內(nèi)容由易到難、循序漸進。并且設置“聽音識曲”的第三個任務，在學生掌握了演奏樂曲的程序積木塊組建后，為了增加學習的難度，可以組織學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，并讓其他人聽一聽判斷自己演奏的是什么樂曲。

最后，通過游戲化的學習，讓學生理解掌握音樂的基礎知識，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該是學生可以參與互動、交流分享的，突出游戲設計的交互性，這樣學生可以在玩游戲中學習知識、在探索中構(gòu)建思維、在交流合作中學會協(xié)作學習。

6 總結(jié)

Scratch是一門新的程序設計語言，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。學生通過創(chuàng)作和分享自己的交互故事、游戲、音樂和藝術，在這個過程中培養(yǎng)創(chuàng)造性思維、邏輯思維和合作學習的能力。此外，Scratch編程是STEAM的一種綜合教育方式，融合了科學、技術、工程、藝術和數(shù)學的綜合知識，側(cè)重思維訓練而不是簡單地學習一門編程語言。編程教學與音樂教學的融合設計是一次教學的實踐與創(chuàng)新，在進行融合設計時，應該要符合四個原則，即創(chuàng)意編程教學設計要具有趣味性，能激發(fā)學生的學習興趣;教學的過程要體現(xiàn)學科知識整合;采用任務驅(qū)動的教學方法驅(qū)動學生的學習動力，并在分解任務的過程讓學生感受任務分解、問題分解的計算思維;最后就是要有情境交互，學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。

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【通聯(lián)編輯：王力】