STEAM视角下小学Python课程设计

黄俊泽 吴丽华 高承灵

【摘要】随着大数据和人工智能风靡全球，Python作为其主流语言之一，也受到社会各界人士的追捧和使用。本文基于STEAM教育理念，探讨了Python图形化编程的课程设计，旨在给信息技术教师和其他任课教师的Python课程设计提供参考。

【关键词】STEAM教育;Python课程;图形化编程

【基金项目】本文系2016年度海南省教育科学“十三五”规划课题项目“海南乡村学校教育装备技术支持服务体系与机制研究”（项目编号：QJY13516007）的研究成果;2017年度海南省高等学校科学研究项目“大数据分析技术及其在海南教育信息化公共服务平台构建的应用研究”（项目编号：Hnky2017ZD-10）的研究成果;2019年国家自然基金项目“基于云模型的在线学习者隐性学习行为挖掘与情感倾向计算方法研究”（项目编号：61867001）的研究成果。

随着大数据和人工智能时代的到来，我国更加重视大数据和人工智能教育，注重培养更多人工智能方面的人才。2017年7月，国务院在《新一代人工智能发展规划》中提出，要放眼全球，把人工智能发展放在国家战略层面系统布局、主动谋划，举全国之力，到2030年占据人工智能科技制高点。Python作为实现人工智能最受欢迎的语言，在大学应用型本科中已处于非常重要的地位。

一、问题的提出

目前，我国很少有中小学开设Python课程。为了让小学生更早地接触编程，培养他们的计算机思维，中小学应该开展Python图形化编程的课程，当前，山东省、浙江省已经将Python列入了中小学信息技术课程。中小学开设的编程课程主要有Scratch编程，却少有Python编程，且偏向成人的教学方式。对于小学生当前的认知水平而言，这是难以学习和理解的。Python图形化编程能够把编程分解成一个个简单的项目来学习，可以减少学生的认知负担，吸引学生的学习兴趣，提高学生编程和计算的思维能力。那么，小学Python课程应该如何设计呢？

二、基于STEAM教育理念的Python课程设计

1.STEAM教育理念下Python课程的可行性分析

（1）教学理论的可能性

STEAM教育是为了培养学生运用多学科知识解决实际问题的能力。而信息技术课程标准也强调了构建具有时代特征的学习内容，理论学习和实践应用都应得到重视，将学习知识、锻炼操作能力与开发智力融入运用信息技术解决问题的过程中。 因此，信息技术也是为了培养学生解决实际问题的能力，而Python编程语言作为信息技术课程的组成部分，其目的也是解决生活中的问题。因此，STEAM教育为Python课程提供了良好的理论基础。

（2）教学实施和空间的可能性

STEAM教育理念在中小学教学中得到了较为广泛的运用。比如，温州中学依托Arduino、Scratch软件开发并实施了“互动技术的课程”;常州市实施了“小学趣味编程”的课程。STEAM教育模式为Python课程的教学方式和方法提供了借鉴，而且其具备了STEAM教学空间和教学设备，如创客空间、物联网硬件等。因此，STEAM理念为Python课程提供了实施教学的可能。

2.STEAM教育理念下Python课程教学方式

（1）基于项目学习

基于项目学习，简称PBL，其思想起源于杜威等人提出的做中学、体验式学习理念，是基于建构主义的学习方式，以解决实际问题为目的，对项目任务进行精心设计、探究、实施的过程。项目学习方式可以充分发挥学生的主体性，能使学生借助自身的能动性将创意物化，并且与他人进行分享。

（2）设计思维

设计思维是一种以解决方案为导向的思维形式。它是从目标或者要达成的成果着手，探究问题的解决方案，是一种独特的“在行动中进行创意思考”的方式。学生需要先设计方案，然后根据设计方案进行小发明或小創造。

（3）顿悟学习

顿悟学习是一种学习模式，即通过重新组织知觉环境，并突然领悟其中关系而发生的学习。换言之，学习的过程其实就是顿悟的过程。

3.STEAM教育理念下的Python图形化编程的课程设计

（1）教学目标设计

基于STEAM教育理念下的课程目标，注重培养学生的编程能力和思维能力，以及运用跨学科知识解决问题的能力。《义务教育信息技术课程标准（2011年版）》要求学生熟悉一种积木式程序设计工具的图形化编程环境。 本文尝试将Python图形化编程的教学目标分为知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观。

知识与技能。学生能运用Mixly图形化编程软件进行简单的操作，了解Python的基础语法，能够利用Mixly进行作品创作，如画图，并能够运用其解决生活中的问题。

过程与方法。通过教师对先导知识的讲解，学生采用自主探究、协助学习的方式，能够对Python语言有基本了解。

情感态度与价值观。学生通过操作和学习Mixly图形化编程，能够对Python图形化编程产生兴趣，进而对人工智能有所了解。

（2）教学内容设计

小学阶段的图形化编程课程的教学重点是通过Python语言的学习，培养学生的计算机思维能力。小学阶段的Python图形化编程课程内容，主要分为Python认识了解阶段、Python学习阶段、Python项目应用阶段，每个阶段都有不同的要求，具体如下。

Python认识了解阶段。学生需要了解Python语言、Python语言的应用、Python与人工智能。

Python学习阶段。学生开始接触Mixly图形化编程软件，借助海龟模块学习Python图形化编程命令，如循环、条件等的使用。

Python项目应用阶段。这个阶段属于创作阶段，主要培养学生解决问题的能力。教师可以借助Mixly、 Mixgo引导学生制作一些趣味性的作品，如制作表情包、音乐盒、楼道感应灯、门铃等。

这三个阶段的学习是由简单到复杂的过程，在这个过程中，教师逐步调动学生学习的积极性，培养学生探索和实践的精神。内容的编排是根据布鲁纳螺旋式的编排方式，在不同的年龄段，教材的内容也不同，其抽象程度根据其年龄段的改变而不断加深，从而实现螺旋式上升。这样，学生对课程内容的掌握才会随着年龄的增长而不断加深。

（3）教学过程和实施设计

教学过程主要分为三部分，即课堂导入、创作与改进作品、创意修改与分享。课堂导入环节主要培养学生的发散思维，教师提出问题，学生思考后回答;创作与改进作品的环节，其实就是（创作作品）试误—（作品）修改—顿悟的过程;作品创意修改与分享环节花费的时间比较多，包括学生的再次设计，以及对自己作品的分享。在这三个过程中，学生可以发生多次顿悟，每次顿悟就是一次进步。

（4）教学评价设计

教师的教学评价主要采用过程性评价和总结性评价相结合的方式。过程性评价更加注重学生学习阶段性的成果，评價的过程应该由教师、同学、家长的评价构成。教师可通过建立电子档案，记录每位学生的成长过程，并及时反馈给学生和家长。总结性评价一般是在课程结课时采用的评价方式，通常让学生完成一个综合项目或者作品，然后由教师根据学生的完成情况进行评价。

Mixly软件为学生学习Python编程提供了很大帮助。Python图形编程有助于培养学生的计算机思维，而且是一种有效的课程方式。在STEAM教学理念下，Python课程的教与学会变得更有趣、更有价值，能为学生未来深入学习编程语言打下坚实的基础。

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