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。
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