徐建華 李曉明 孟元偉 黃松豪 杜佳玲

摘要：在人工智能飛速發(fā)展的當(dāng)下，編程教育成為關(guān)注的熱點，并且呈現(xiàn)少兒化、低齡化的趨勢。針對如何更好地組織實施少兒編程教育，闡述了少兒編程教育研究的背景和意義，分析了適合用于少兒編程的Scratch軟件的特點，制定了編程教育的總體思路和教學(xué)策略，并以此設(shè)計了符合少兒認知特點的教學(xué)案例，有效提高了少兒的編程素養(yǎng)，對如何在人工智能時代如何開展以少兒編程為抓手的STEAM教育具有重要的參考價值。

關(guān)鍵詞：人工智能;STEAM;少兒編程;Scratch;編程素養(yǎng)

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）31-0121-03

在人工智能時代，世界各國把少兒編程作為基礎(chǔ)教育重要組成部分，這說明編程人才在一個國家的經(jīng)濟、科技、信息、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要性，也說明編程能力是一個人工作和生活的必備能力。當(dāng)前，編程教育是少兒STEAM教育的重要構(gòu)成部分和主要體現(xiàn)形式。少兒編程最近幾年在美國不能僅僅用“熱”來形容，它就像閱讀、數(shù)學(xué)一樣，成為孩子的一門必修基礎(chǔ)學(xué)科?！熬幊獭币呀?jīng)被視為繼口語及書寫之后的“第三語言”，因此許多國家均提倡少兒學(xué)習(xí)編程，如美國前總統(tǒng)奧巴馬狂砸40億美金推動編程教育，并發(fā)起“編程一小時”運動，頻頻為編程教育平臺組織站臺的原因，旨在讓全美小學(xué)生開始學(xué)習(xí)編程，更早地接觸計算機。英國將編程納人中小學(xué)課程、新加坡在中小學(xué)考試中加入編程科目。國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，到2030年，中國要成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心。這就要求中小學(xué)生要上人工智能課程，推廣編程教育。國內(nèi)一些發(fā)達省份也早都開始了布局。比如，浙江省將信息技術(shù)（包含編程）作為高考選考科目（7選3）中的一門，與傳統(tǒng)理化生科目具有同等地位。因此，為提高少兒編程素養(yǎng)，更好地適應(yīng)人工智能社會的發(fā)展，在少兒中開展編程教育顯得十分必要。

1少兒編程工具Scratch

在國內(nèi)外，少兒編程教育比較流行的軟件工具是Scratch，它是麻省理工學(xué)院的“終身幼兒園團隊”開發(fā)的一款圖形化編程工具。Scratch下載是完全免費的，它的設(shè)計理念是“想象——編程——分享”嘲，其教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，幫助孩子學(xué)習(xí)，孩子們可以自行設(shè)計故事情節(jié)，明確表達自己的想法。在學(xué)習(xí)的同時，又不會感到枯燥，編程的過程就像搭樂高積木一樣簡單有趣。近年來，很多學(xué)者紛紛研究采用Scratch工具如何開展少兒編程教育。他們有的注重少兒文化學(xué)習(xí)，有的偏向趣味編程，還有深層次一點地融合到工程技術(shù)研究的等等不一。

2STEAM教育

STEAM代表科學(xué)（Science），技術(shù)（rrechnology），工程（Engi-neering），藝術(shù)（Ans），數(shù)學(xué)（Mathematics）。STEAM教育就是集科學(xué)，技術(shù)，工程，藝術(shù)，數(shù)學(xué)多學(xué)科融合的綜合教育m。在美國，Scratch應(yīng)用和STEAM教育緊密地結(jié)合在一起，當(dāng)學(xué)生在創(chuàng)建Scratch項目時，他們需要學(xué)習(xí)STEAM課程的相關(guān)知識，需要培養(yǎng)自己的創(chuàng)造性思維、學(xué)會系統(tǒng)推理、分工合作這些必備的技能，這些技能將會為他們未來開拓STEAM研究領(lǐng)域提供巨大的幫助。在我國，STEAM教育課程大多是由自己本校的信息技術(shù)老師開發(fā)的，依靠的是一系列相關(guān)的硬件平臺和軟件。由于還未形成系統(tǒng)的教學(xué)體系，教師只能根據(jù)自己的經(jīng)驗和相關(guān)的教學(xué)視頻來開發(fā)課程。所以，如何在現(xiàn)如今全面深化課程改革的新形勢下，改變我國的STEAM教育現(xiàn)狀是當(dāng)下需要思考的問題。參考國外的STEAM教學(xué)現(xiàn)狀，我們需要將STEAM教學(xué)融人中小學(xué)編程教育中，改進原有的教學(xué)課程，在學(xué)習(xí)信息技術(shù)的同時更要重視少兒編程的教學(xué)。這對提升小學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力具有非常重要的意義。

3少兒編程教育實施原則

根據(jù)少兒認知特點，我們設(shè)計了以少兒編程為主要抓手的STEAM教育需要遵循的若干原則。

3.1以學(xué)生為中心

在少兒編程教育中，學(xué)生應(yīng)該成為課堂的中心，教師是幫助學(xué)生組織、獲取和轉(zhuǎn)換信息的協(xié)助者，起著促進學(xué)生學(xué)習(xí)，輔助他們解決問題的作用。在教學(xué)過程中，老師需要充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，幫助學(xué)生養(yǎng)成自主思考的習(xí)慣。

3.2重視創(chuàng)設(shè)情境

為了激發(fā)學(xué)生探索問題的積極性，教師需要設(shè)計出針對本課堂的學(xué)習(xí)情境，鼓勵學(xué)生根據(jù)情況提出問題、思考問題并且自主解決問題。運用相關(guān)的知識，搭建原始知識體系，從而解決遇到的問題，深刻掌握學(xué)習(xí)的知識。在設(shè)計情境這一環(huán)節(jié)中，每個教師有每個教師的想法，可以互相分享融合，將不同的情境結(jié)合起來，讓學(xué)生有不一樣的學(xué)習(xí)體驗，解決不同的問題，這樣可以增強學(xué)生的知識儲備和學(xué)習(xí)能力。

3.3自主探究和合作相結(jié)合

該原則可以分為兩部分理解，一是自主探究，在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論下，教學(xué)設(shè)計需要注重學(xué)生的獨立性，使之搭建自己獨特的知識結(jié)構(gòu)，從而達到學(xué)習(xí)目標(biāo)。二是合作，在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中遇到問題時，應(yīng)當(dāng)鼓勵他們互相談到，互相幫助，教師擁有豐富的知識，然而缺少學(xué)生那個年齡階段的思想，同齡人之間的交流，有助于學(xué)生解決問題，同時又培養(yǎng)了同學(xué)友誼。老師需要將這二者緊密結(jié)合，充分運用于課堂教學(xué)。

3.4多維度評價

在教學(xué)過程中，教師需要從不同角度運用不同的方法來設(shè)計教學(xué)情境，這樣可以更好地促進學(xué)生學(xué)習(xí)，可以取得良好的教學(xué)效果，從而實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。內(nèi)容主題的豐富度伴隨著的是教學(xué)方式的多樣性及評價方法的新穎性。對學(xué)生的總結(jié)性評價不能局限于教師的評價，而是應(yīng)該多角度的評價，例如結(jié)合學(xué)生之間的互評，教學(xué)過程中的評價和教師的評價來總結(jié)。

4少兒編程教學(xué)案例設(shè)計

我們在少兒編程教學(xué)設(shè)計過程中，注重將少兒編程教育與藝術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科相結(jié)合，提高少兒的STEAM綜合素養(yǎng)。我們設(shè)計的少兒編程教學(xué)案例均基于目前最新的Scratch3.0工具軟件。

4.1“神秘數(shù)字”編程案例

該少兒編程教學(xué)案例中，學(xué)生通過比較數(shù)字大小、將猜測次數(shù)累加和中間數(shù)的計算，了解循環(huán)和條件判斷的概念和作用，掌握中間數(shù)和自加運算，初步掌握循環(huán)結(jié)構(gòu)的使用方法。搭建循環(huán)結(jié)構(gòu)腳本如圖1所示，條件判斷腳本如圖2所示。

猜測次數(shù)初始值為0，每猜測一次，猜測次數(shù)+1。假設(shè)第一次猜測數(shù)字為10，小于神秘數(shù)字，第二次猜測數(shù)字為80，大于神秘數(shù)字。這時，將取10與80的中間數(shù)45，將45與神秘數(shù)字比較，以此類推……，使得學(xué)生靈活掌握數(shù)學(xué)學(xué)科知識。

4.2“音樂開門”編程案例

該少兒編程教學(xué)案例中，學(xué)生根據(jù)老師的引導(dǎo)提出假設(shè)，是否可以通過演奏樂譜來打開城門。樂譜可以是教師提供的學(xué)習(xí)資源，也可以是學(xué)生平時興趣愛好的積累，該案例主要為了將編程教育與藝術(shù)結(jié)合，以此提高學(xué)生對業(yè)余課程的興趣。將角色移動到城堡門口，使用樂器代碼塊，改變音樂的音符和節(jié)奏來完成一段音樂，音樂簡譜演奏完之后，城門順利打開。搭建腳本如圖3、圖4所示。

4.3“勇闖地穴”編程案例

該少兒編程教學(xué)案例中，主要研究蝙蝠的運動軌跡，通過設(shè)定運動軌跡的起點和終點，是蝙蝠能在規(guī)定時間內(nèi)進行運動。教師要求運動軌跡需要是一條有波動的線，不能從起點直接移動到終點。當(dāng)接收到進入城堡的事件后，更換舞臺背景，將蝙蝠放到起點，運用循環(huán)結(jié)構(gòu)，不斷重復(fù)蝙蝠的行動軌跡。偵測是否碰到蝙蝠，如果碰到，設(shè)定蝙蝠的運動軌跡，運用循環(huán)結(jié)構(gòu)，重復(fù)這一行動。相關(guān)偵測腳本如圖5所示，蝙蝠運動腳本如圖6所示。該案例可以促進少兒掌握有關(guān)藝術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科的綜合知識。

5結(jié)束語

隨著人工智能社會的到來，少兒編程教育可以有效提高少兒在科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科方面的綜合知識技能。今后，需要深入研究STEAM教育理念，不斷探索適合少兒認知特點的編程教育，同時也需要注意如何避免由于過度使用計算機等編程設(shè)備導(dǎo)致的近視現(xiàn)象的發(fā)生。推動中國少年兒童安全地掌握人工智能時代必備編程技能，給學(xué)生一個新的思考方式，在人工智能時代立于不敗之地，推動人類社會前進。