基于STEAM理念的少儿编程课程体系的研发
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作者:方芳 陈晓伟
摘要：当今正处于一个信息化大爆炸的时代，而推动信息化发展的正是编程技术。少儿编程作为编程领域的入门，可以让青少年更清楚地了解当今会的变化及发展。目前市面上少儿编程课程体系杂乱无章，教学方式侧重于单学科，因此需要结合STEAM教育的理念，研发一套完整的少儿编程课程体系，将STEAM多学科融合的理念融入具体的课程体系中，让青少年可以更科学、更系统地学习少儿编程课程。
关键词：STEAM教育；少儿编程；课程体系研发
中图分类号：TP391 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2022）30-0122-03
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
近几年，随着信息技术的不断发展，编程不再只是大学生的课程，越来越多的青年人也正在踏入这个领域，而且年龄呈现降低趋势。而用于实际工程开发的C语言、C++语言、Java语言等各种高级编程语言，对思维逻辑具有较高的要求，不太适合青年人进行学习，所以少儿编程应运而生，可以作为学习编程的敲门砖[1]。我国的少儿编程目前只是刚起步阶段，虽然市场上少儿编程机构非常多，但大部分机构也处于探索阶段，存在非常多的问题，比如某些机构的课程可能是一个团队共同研发的，但每个人都只研发自己的课程，课程与课程之间没有任何的关联；某些机构的课程是相关领域的专业人员研发的，虽然课程之间存在关联，知识点也很丰富，但是知识点的涵盖面比较狭窄，还是偏向于单学科，上课思维也不太适合青年人；某些机构的课程看起来非常吸引人，但是学完以后对编程思维和逻辑思维没有任何的提升；最核心的问题是课程体系的开发杂乱无章，教学比较零散，无法科学、系统地进行教学。针对目前少儿编程课程体系所遇到的种种问题，特别是偏向于单学科的教学方式，如何研发出一套科学的、系统的、多学科融合的课程体系，以一种青年人可以接受的形式，是新的教育背景下需要深入研究的内容。
1 STEAM教育及其短板
1.1 STEAM教育的特点
STEAM教学理念，它有别于传统的单学科教育方式，是集科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）多领域融合的综合教育[2]。STEAM教育能够从多种角度培养学生能力，将应用技巧和艺术设计结合在一起，提高学生的技术水平和审美能力，培养他们对产品的工业化生产的意识。通过编故事、情境设置等方法，促进学生学习的积极性和动手实践能力，进而激发他们发现问题、解决问题的能力。
1.2 STEAM课程的短板
目前我国的STEAM教育理念还不是很成熟，STEAM课程的设计缺乏统一的教学设计大纲，也没有建立完整的课程体系。虽然很多机构都有自己的课程体系，但是暴露出来的问题也越来越多。不同机构之间的课程毫无关联，比如一个机构是专门做游戏方面的，另一个机构是专门做动画方面的；同一机构内课程之间关联性也不大，可能前几节在学习如何制作动画，后面又开始学习游戏了，学生学习的知识点都是跳跃性的；课程缺乏明确的学习目标，学生无法学到编程方面的知识点；课程偏向于单学科教学，与STEAM教育中的科学融合理念背道而驰等。
2 少儿编程的特点及其优势
2.1 少儿编程的特点
目前市场上最受欢迎的少儿编程是Scratch，Scratch是2007年由美国麻省理工学院媒体实验室开发的图形化程序设计工具，目的是帮助8-16岁的儿童及青少年学习编程，用来创造交互式故事、游戏、多媒体动画与美术[3]。
2.2 少儿编程的优势
Scratch相比其他程序设计语言的优势主要体现在以下3个方面：
1）采用图形化积木组合式的程序设计，通过拖放积木的方式组合成程序，不需要编写具w的程序代码，也不需要记忆语法。
2）开放源代码，Scratch网站上的所有作品都是开放源代码的，进入网站后可以查看上面作品的源码进行学习，还可以对其作品进行修改或者优化。
3）使用方便，不需要下载专门的软件，只需要在有网络的环境下，通过浏览器即可随时随地编写程序[4]。
3 新形势下课程体系的研发
3.1 课程体系研发的总体方案
课程的总体设计方案按照编程学科的思路进行，在设计中充分结合STEAM理念，使STEAM思想贯穿于整个课程。在具体研发的过程中会根据每个阶段的特点融入不同的学科，让孩子们明白学科之间是相互关联的，不是单一的。通过学习编程不但能掌握编程技能，还能掌握科学、技术、工程、艺术和数学等各个学科的相关知识，使孩子们的各方面都能得到均衡发展[5]。
整个课程体系的研发分成4个阶段，分别是课程引入阶段、课程模块阶段、课程算法阶段、课程创作阶段。每个阶段的课程设计都不相同，会根据每个阶段的课程特点融入不同的学科，使多学科思维始终贯穿其中。每一次课都会有详细的教案，包含课程的中心思想、教学流程、思维导图、教学重点及难点、学科知识点等内容。
3.2 课程引入阶段
编程对于孩子们来说是比较陌生的，如果让孩子们直接接触具体的代码肯定会打击孩子们学习的积极性，因此如何设计一些有创意的作品来吸引孩子们的兴趣至关重要。孩子们都偏向于视觉型，因此类似于有趣的动画、动人的故事、动听的音乐、好玩的游戏，这些都能吸引孩子们的兴趣，促使他们继续玩下去、学下去。在实际教授的过程中，更多的是以老师演示为主，部分作品可以让孩子们参与进来一起体验。课程引入阶段的课程一般会安排5次课左右。
在这个阶段，作品中会融入艺术学和美学，通过编程创作完成的作品，可以利用美学的知识进行优化和改进，最终包装成一个艺术作品。优秀的作品不光能让孩子们欣赏到美，更主要的目的是培养孩子们对美的追求，学会从生活中发现美，将美好的事物表达出来、记录出来、画出来，甚至可以创作出来，让孩子们爱上美。
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在这个阶段，创作的作品有：《小猪佩奇》演示的是一段有趣的动画，小猪佩奇从天而降，依次介绍左右两边出现的家人，分别是乔治和爸爸妈妈；《星际大战》是一款好玩的游戏，孩子们可以操作一架飞机，天上会随机掉落敌机，并且敌机会发射子弹，玩家需要躲避敌机和敌机的子弹并用自己的子弹打掉敌机；《小小演奏家》演示的是一个音乐作品，音乐家小熊在舞台上使用各种打击乐器来弹奏“小苹果”这首音乐，舞台下还有观众为其鼓掌；《成语故事―亡羊补牢》演示的是一个成语故事，一只调皮的小羊某天晚上跳出了羊圈，第二天主人发现后拿着工具去修补羊圈来减少损失。
3.3 课程模块阶段
课程引入阶段的目的是培养孩子们的兴趣，课程模块阶段会进入正式的学习，以模块化的方式教会孩子们编程中的基础语法，就是会使用Scratch软件中各种功能的积木块，从而创作出各种类型的作品。Scratch软件总共包含十大模块，分别是运动、外观、声音、画笔、数据、事件、控制、侦测、运算和更多积木块，同一模块内实现的功能都是类似的，比如运动模块，可以通过3种方式也就是3个不同的积木来实现角色的移动，分别是移动多少步、将X坐标增加/将Y坐标增加、在几秒内滑行到x多少y多少；事件模块中可以侦测键盘上的键是否被按下，角色是否被点击等。通过模块化的学习可以让孩子们掌握模块化的编程思维，为后期的项目开发培养严谨的逻辑。在讲解的过程中，如果一个积木一个积木的单纯地讲解它们的功能，那课程会变得非常枯燥，所以会将各个积木融入作品中，通过作品来掌握各个积木的功能。具体教授时，以老师讲解为主、学生跟随老师操作，这个阶段的课程一般会安排20次课。
在这个阶段，根据孩子们在学校里学习的情况，设计的作品中会融入科学、数学、语文、英语、音乐和美术等学科，让孩子们在学习编程知识时还能掌握其他学科的知识。语文类作品可以是成语故事、唐诗三百首等；数学类作品可以是一道数学计算题、也可以是生活中的数学问题；科学类作品可以是一个小的科学实验，也可以讲解生活中的常识；音乐和美术类作品可以演奏一首歌曲或者创作一幅绘画，所有的作品都可以通过美学和艺术学进行包装。通过学科类的教学方式，不光是让孩子们掌握编程的知识、理解积木的含义，更重要的目的是让孩子们明白编程已经融入我们学习和日常生活中的方方面面，编程不再是一个单独的学科，可以和其他各个学科融合，可以学到各个学科的知识，使各方面能力得到均衡地提升。
在这个阶段，创作的作品有：《音乐梦想秀》，这个作品演示的是一只小熊用各种乐器来弹奏一首“小星星”，孩子们通过制作这个作品，能够学到音乐中的各个音符，掌握什么是节拍、休止符等。《成语故事――火上浇油》，这个作品演示的是森林里着火了，小熊拿着一瓶油去灭火，结果导致火势越来越大，孩子们通过完成这个作品不但能理解这个成语的含义，还能掌握生活中的一些安全小常识。
3.4 课程算法阶段
课程模块阶段的目的是让孩子们学会使用Scratch软件中的各个积木块，并掌握编程的基础语法知识，但是对于一些生活中的问题，比如学生成绩的排名、寻找最优的路线、商品的购买方案问题等，要解决这些实际问题都需要应用到算法。由于算法的知识相对比较难，对学生的思维理解能力要求比较高，学习起来会有一定的难度，所以通过模块化的方式进行学习，算法的内容包括数据结构（栈、队列、图论）、查找算法、排序算法、搜索算法等。在课程算法阶段，由于知识点比较抽象，重点需要理解，因此创作的作品不能太枯燥，一定要有乐趣，通过作品中一个个的小任务来挖掘孩子们的求知欲促使他们继续深入地学习。具体教授时，以学生自主创作为主，教师起引导的作用，并帮助他们解决一些复杂的问题。这个阶段的课程一般会安排20次课。
在这个阶段，作品中会融入数学、科学、工程和艺术等学科，数学类的作品有班级学生的排队问题、寻找最短的回家路线、统计投票的数量并找出票数最高和票数最低等；科学类的作品有汉诺塔游戏、如何选择砝码称出重量、谁和谁作用产生了气泡等，最终这些作品都会利用美学和艺术学进行包装。在创作这些作品时，老师需要将复杂的问题进行分解、并让孩子们逐一解决，在解决小问题的过程中让他们理解什么是算法，算法可以解决哪些问题以及算法解决的流程。
在这个阶段，创作的作品有：《谁动了我的纸牌》，这个作品需要玩家参与，展示的是一副被打乱顺序的扑克牌，你需要把扑克牌按顺序整理好；《比比谁猜得快》，这个作品也需要玩家参与，计算机会从1-100之间随机选取一个数，玩家需要和机器人Robot进行比赛，比谁先猜对这个数字，先猜对的获胜，比赛采用5局3胜。
3.5 课程创作阶段
课程算法阶段可以帮助孩子们提高编写程序的能力，以及在遇到问题时从多个角度思考，并选取最优的解决方案。课程创作阶段是最后一个阶段，这个阶段会采用项目化的形式进行教学。首先布置一个大的项目，并说明需要实现的功能，以孩子们自由创作，在创作的过程中，可以自己独立完成，也可以组队完成。根据老师的提示，他们需要自己思考如何将这个大的项目分解成一个个的小项目，分解方式可能有好几种，他们需要选择最合适的，然后逐一完成这些小项目，最终完成这个大的项目。孩子们在完成@些小项目的同时也掌握了具体实施项目的步骤和方法，如果是组队来完成项目，还需要很好地沟通和交流。老师的要求完成后孩子们还可以增加自己的创新部分，并鼓励每个孩子都有自己的创新。最终还会有作品演示环节，让孩子们自己一边演示自己的作品一边进行讲解，说明自己在创作过程中遇到的难点以及解决的方法，重点说明自己的创新部分。所选的项目需要具有典型性，与大人从事的具体项目需要有所区别，兴趣还是首位的，孩子们在创作时通过完成这些子任务来获得成就感，以此充分挖掘孩子们的学习兴致。在具体的教授过程中，以学生自主创作为主、教师进行辅助，这个阶段的课程一般会安排20次课。
这个阶段的项目，会将STEAM理念中的所有学科融入项目中，每个学科的项目都可以用来解决各自学科中一些实际的应用，每个项目都会融入多个学科，通过项目将STEAM理念注入孩子们的脑中，让他们更深刻地理解所有学科都是相互关联的，编程可以为所有学科服务，方便快速地解决问题，通过编程创造出美好的世界。通过做项目，培养他们独立思考、分析问题、解决问题的能力，还可以培养他们团队协作、沟通能力，使孩子们各方面得到全面发展。
在这个阶段，创作的作品有：《记忆力大考验》，是一个比较经典的图形对对碰游戏，建立6×4的糖果牌，花色随机排列，一开始先翻出全部的牌，5秒之后翻回背面，让用户凭记忆翻出两张牌，如果翻出的两张牌是不同花色的，就自动翻回背面，如果翻出的两张牌花色相同，就自动消失，在规定时间内消灭所有的牌就成功，否则失败。
4 结论
通过研发STEAM教育理念的少儿编程课程系统，让孩子可以更科学、更系统地学习少儿编程，通过学习编程，可以让孩子掌握编程的能力，鼓励孩子们自主实践，在实践的过程中发现他们的优势、发掘他们的各方面能力，通过这种多学科融合的形式，让孩子们各方面的能力得到均衡发展，有利于教育领域所提倡的素质教育，可以为我国培养更多的高精尖人才。
参考文献：
[1] 李理想，杨鸿雁，王智民，等.浅谈少儿编程教育[J].电脑知识与技术，2020，16（30）：172-173.
[2] 徐建华，李晓明，顾问，等.基于STEAM教育理念的少儿编程教育研究[J].电脑知识与技术，2020，16（28）：168-169.
[3] 徐建华，芦念婷，李晓明，等.基于Scratch的少儿编程教学研究[J].电脑知识与技术，2020，16（3）：98-100.
[4] 刘凤飞.轻松玩转Scratch编程[M].北京：清华大学出版社，2017.
[5] 张祖芹.少儿编程教育的教育学思考与实践路径[J].林区教学，2021（11）：115-118.
【通联编辑：王力】
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