编程教育在科学技术类博物馆中的探索与实践

孙乐琦

摘 要 2017年，上海科技馆推出了基于Swift语言開发的“趣玩编程”系列编程教育课程，成为全球首家推出Swift编程课的博物馆。该系列课程与上海科技馆实体展区深度融合，引入“馆校合作”+“馆企合作”的合作形式，探索博物馆编程教育的新模式。

关键词 博物馆教育 编程教育 Swift 馆校合作 馆企合作

0 引言

苹果公司的创始人史蒂夫·乔布斯曾经说过：“人人都应该学习一门计算机编程语言，因为这将教会人们如何去思考”。随着AI+5G时代的到来，计算机编程教育愈发受到社会的重视和关注。作为长三角地区乃至全国知名的大型科学技术博物馆、科普教育基地，上海科技馆历年来秉持STEAM教育理念，积极探索青少年编程教育在博物馆中的实践。本文以上海科技馆“趣玩编程”为例，介绍上海科技馆在博物馆编程教育领域的探索与实践。

1 研究背景

在信息时代，编程不仅仅是一种技能，更是一种思维方式，还将是理解未来世界的基础[1]。对于青少年来说，学习编程可以将现实中的问题进行抽象，然后以代码的形式表达出来，培养逻辑思维能力;另一方面，在计算机程序的世界里，没有特定的路径，青少年可以自由发挥创意，用自己特有的方式解决问题，激活创新思维。

随着社会经济的不断发展，近年来我国在青少年编程教育领域开足马力。2016年6月，教育部印发的《教育信息化“十三五”规划》将信息化教学能力纳入了学校办学水平考评体系;2017年国务院出台《新一代人工智能发展规划》，要求在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，使青少年普及编程教育上升到国家战略层面;在2018年《普通高中课程方案和语文等学科课程标准（2017版）》中，正式将人工智能、物联网、大数据处理、算法、开源硬件等正式划入新课标[2]。青少年编程能力的培养不仅是素质教育的新蓝海，也是提升国家未来创新型人才竞争力的关键。

据统计，2019年，上海科技馆及上海自然博物馆（上海科技馆分馆）参观人数超过600万人次，全年共开展各类教育活动2.99万场次，共有63.8万人次的青少年学生参与各类科普教育活动。可以说，博物馆教育已经成为了学校教育的有益延伸。

相较于传统的学校教育，博物馆的教育活动形式更多样、内容更丰富，能够让原本枯燥、复杂的编程知识变得更加生动有趣。因此，在博物馆中开设编程课程，不仅能让青少年在参观学习的过程中培养对计算机科学的兴趣、激发学习编程的热情，也能进一步发挥科学技术类场馆的科普功能和社会价值。

面对方兴未艾的青少年计算机编程教育热潮，2017年4月22日，上海科技馆向公众正式发布了全新的教育活动品牌——“趣玩编程”。

2 课程实施

2.1 趣玩编程概况

“趣玩编程”是上海科技馆原创推出的、基于Swift编程语言的博物馆场景式系列编程课程。“趣玩编程”中的“趣”代表“乐趣”，另外则是取“去”的谐音，意为鼓励青少年积极动手去创造。

“趣玩编程”课程使用Swift语言以及Swift Playgrounds中文版APP作为基础教学工具。Swift语言是苹果公司于2014年苹果开发者大会（Worldwide Developers Conference，以下简称WWDC）发布的新开发语言，简单、直观、易上手是它的语言特性，对于初学者足够友好，迅速成为了最受开发者欢迎的编程语言之一;而Swift Playgrounds则是一款专门用于学习Swift语言的、可视化的应用程序。与目前市面上主流的可视化学习工具Scratch、inventor等相比，Swift Playgrounds趣味性强、操作简单、易学，更适合零基础的青少年开展编程学习。因为它并不要求使用者有任何的编程基础，而是通过3D游戏闯关的形式，使用预先设置好的代码控制角色在程序的世界里自由冒险，并且逐渐掌握“函数”“循环”“序列”等编程的基础知识。教学实践结果表明，基于Swift Playgrounds的9-13岁青少年的计算思维培养模式能够有效地提升计算思维能力[3]。

“趣玩编程”每两周在上海科技馆开课一次，公众通过上海科技馆网上预约系统报名。课程面向9-13岁青少年，时长90 min，采取15人制的小班化教学，不要求学生有任何编程基础，不收取任何费用，旨在用互动有趣的方式引导青少年学习编程，培养互联网思维，激发创造力和想象力。

2.2与博物馆展品展项相融合

基于展品的教育活动是博物馆最基本的教育活动。相对于拓展性教育活动而言，基于展品的教育活动只有博物馆才能开展，而拓展性教育活动则其它场所和机构也可举办。所以，展品是博物馆最大、最有特色的教育资源[4]。

因此，“趣玩编程”项目在设立之初就将“上海科技馆场景式课件开发与教学”作为首要任务，旨在将编程教育中的知识点与博物馆的物理场景相结合，通过展品展项所蕴含的科学原理，将原本抽象的“编程”概念实体化、形象化。这也是博物馆教育相较于学校教育的优势之一。

例如，在“机器人世界”展区，主讲老师会讲解机器人的传感器、机械运动、命令反馈、行为分析等与编程的关系，并且教授学生如何用Swift语言为Dash机器人、Meebot机器人进行编程;在“宇航天地”展区，主讲老师会请上海天文馆（在建中的上海科技馆分馆）建设指挥部的研究人员作为嘉宾带领学生一同探寻天体运行与编程中“循环”命令的关系;在“信息时代”展区，来自宋庆龄学校的苹果杰出教育工作者（Apple Distinguished Educator，以下简称ADE）教师陈伟在讲解二进制知识的同时，会带领学生参观展区中的一台看似普通的AppleⅡ型计算机，如图1所示。当年一位名叫李劲的上海小学生向邓小平同志演示计算机编程时，邓小平同志提出了“计算机教育要从娃娃抓起”的号召，这台电脑就是当初李劲使用的演示电脑，而讲课的陈伟老师就是李劲的学生。

2.3 合作形式

在“趣玩编程”项目的開展过程中，上海科技馆通过“馆校合作”模式，与上海商学院合作，引入该校IOS开发者俱乐部优质的师资力量，在提升教学质量的同时让更多大学生走出象牙塔，走进博物馆，利用专业所学为更多的青少年传授编程的知识和乐趣。此外，以博物馆为试验田，科技馆还携手商学院合作开发出了36个适合小班化课堂教学的成熟课件资源包以及8集时长30 min的在线视频课件，拓展课程受众面。

另一方面，与企业进一步拓展馆企合作领域和创新合作模式也是博物馆科学普及教育发挥成效的重要途径之一[5]。“趣玩编程”项目在实施过程中得到了苹果公司的大力支持。在合作过程中，课程开发团队引入了国外先进的编程教学理念和教学工具，也得到了相关课件开发资料、师资力量与硬件设备等的支持。对企业来说，开展“馆校合作”能以开展公益活动的形式履行企业的社会责任、提升公众形象，也能汲取课程在博物馆落地的成功经验，并运用国际化优势进一步推广。

2.4 课程开展

近些年，由非盈利的计算机编程教育机构Code.org发起的“编程一小时”倡议，受到了谷歌、微软、苹果等大型IT企业的支持。“编程一小时”的目的在于让数以百万计的青少年用一个的时间，通过互动、游戏的方式了解计算机编程的入门知识，激发学习热情。

与学校、教育机构不同，博物馆的受众群体是不停流动的。因此，“趣玩编程”采用“编程一小时”的理念，目的是让更多参观博物馆的青少年通过一个多小时非系统性的学习作为激发兴趣的原点，从而了解编程、爱上编程。具体实施过程如下：

课程准备：“趣玩编程”每节课会有1名主讲和2名助教组成授课团队，15名左右9-13岁的青少年通过网上预约报名参加，时长90 min。主讲负责整个课程的知识点讲授，而助教则会配合主讲进行游戏互动以及辅导学生完成编程任务。

自我介绍与破冰游戏：在每节课的开始，主讲及助教会带领参与者进行自我介绍和破冰游戏。破冰游戏一般以编程知识点为核心，例如用iPad为玩具机器人编程;通过“成语接龙”“连连看”的游戏来讲解“循环”的概念;一位参与者扮演程序员、一位参与者扮演机器人，进行“真人”编程演示……目的在于在暖场热身的同时，通过游戏为参与者打开编程世界的大门。

主题导入：如表1所示，每节课都会设置一个独特的主题，通过青少年感兴趣的话题与编程知识点、科技馆的实体展品展项相结合，让参与者了解到程序是如何驱动我们身边一切事物的。

知识点展开：在主讲及助教老师的指导下，参与者使用iPad上的Swift Playgrounds APP进行相关知识的学习。iPad及相关教学设备均由上海科技馆、上海商学院及苹果公司联合提供，不会安装与教学无关的APP，这样既可以避免学生自带设备产生兼容性问题，也能够让参与者保持注意力。教学团队会提前在Swift Playgrounds中安装原创开发或者其他开发者共享的课件资源包，参与者通过操纵Swift Playgrounds中的游戏角色完成课件包的各项挑战任务。如表2所示，通过课件任务的完成来达到学习编程知识的目的。

成果展示：参与者以小组的形式，通过大屏幕投屏或教具现场演示的形式展示学习成果。在所有课程学习结束之后，主讲老师会为所有参与者颁发“趣玩编程”学习证书，鼓励他们继续保持对编程的学习热情，探索程序的精彩世界。

2.5编程夏令营

有许多青少年在体验过课程之后，展现出了巨大的学习热情，甚至有长三角其他城市的青少年特意周末前往上海科技馆报名学习。因此，根据学生和家长提出的需求，“趣玩编程”团队在2017-2019年的暑假，推出了长课时周期的“趣玩编程夏令营”（以下简称“夏令营”）。

如果说常规课程的核心在于让参与者通过一个多小时的互动学习，激发对编程的兴趣，那么夏令营则侧重于更复杂、更高阶的系统学习。夏令营利用青少年的暑期开展授课，周期为连续5天5节课，每节时长90 min，同样通过网上预约系统免费报名，名额为20人。为保证教学效果，所有参与者需要承诺全程参与（目前出席率达到100%）。

如表3所示，除了专门用于学习Swift语言的Swift Playgrounds App之外，夏令营选取常规课程中最受青少年欢迎的、能够使用Swift语言进行编程的MeeBot跳舞机器人、Dash语音互动机器人、Sphero球形机器人、Parrot无人飞行器等四款机器人作为辅助教具。在5天的学习结束后，将所有参与者通过分组形式，用上述四种机器人编排一部情景短剧，并且用iPad自带的多媒体剪辑软件来录制一部创意VCR。

3 社会效益

截至2019年12月，“趣玩编程”课程共在上海科技馆开展常规教学56场、夏令营3场，超过1 100人次参与了现场学习。无论是常规课程还是“趣玩编程夏令营”，报名预约上线立即就被“秒杀”。为了能够让更多青少年参与到“趣玩编程”的学习，课程开发团队录制了完整的教学视频课件，通过上海科技馆官网、官方微信、官方微博、腾讯视频等渠道进行发布，让更多喜爱编程的青少年受益。

“趣玩编程”也得到了社会及新闻媒体的关注，新华社（《很难懂、很无趣？上海科技馆邀青少年“趣玩编程”》）、中国新闻网（《上海科技馆发布“趣玩编程”启迪互联网思维》）、上视新闻综合频道（《“趣玩编程”课程落户上海科技馆》）、上海观察（《让孩子“随便”玩iPad，上海科技馆这次成了全球第一》）、上海日报（《Fun creative coding for kids》）等多家媒体报道了课程的开展情况。

人才培养方面，从2017年4月至2019年12月，课题项目已经累计培养了5名上海科技馆工作人员及20名上海商学院IOS俱乐部成员成为编程教育人员。其中2人获得ADE称号，10人获得WWDC奖学金。

在2017年苹果公司发布的《Apple中国企业责任报告2016—2017》中指出：“上海科技馆基于Swift Playgrounds的课程——“趣玩编程”，成为中英文版Swift Playgrounds课程落地的全球首家博物馆。”2018年纽约科学馆已经复制该模式成为全球第二家，新加坡科学馆和中国科学技术馆等也正在接洽中。

4 结语

2020年初，因疫情防控的需要，许多博物馆的教育活动课程纷纷走到了线上。例如：国家博物馆、山西博物院、南京博物院等多家博物馆在网上联合举办了“在家云游博物馆”直播活动;上海自然博物馆（上海科技馆分馆）通过5G通讯技术开展线上教育活动高清直播，并且在5月18日国际博物馆日到来之际，在哔哩哔哩网站举行了“博物馆奇妙夜”活动等。

线上教育改变了单一的课堂教学模式，并且也为发挥学生学习的主动性提供了可能[6]。隨着5G技术的大规模应用，网络高清直播、在线的大容量课件分享、多人即时互动、虚拟现实技术等新型教学模式成为可能。

未来，“趣玩编程”也将探索网络直播课件的开发与应用，并且立足长三角科普场馆联盟平台，进一步优化课件内容，通过课件资源包、网络直播等形式让“趣玩编程”品牌走出上海，让更多长三角地区的青少年受益。此外，“馆校合作”+“馆企合作”的推广也能够吸引更多长三角地区的学校、企业、科研院所等社会力量参与博物馆编程教育的交流合作、课件研发，推动长三角地区科普服务的联动推进和科普资源的协同发展。

参考文献

[1]刘欣.追本溯源探寻编程教育的本质[J].中国科技教育，2018（01）：8-13.

[2]李玉阁，刘军.国内中小学编程教育研究现状分析[J].中国现代教育装备，2018（08）：26-29.

[3]王晶晶，康叶钦.小学生计算思维的培养——基于Swift Playgrounds的探索性研究[J].教育导刊，2019（02）：71-76.

[4]郑钰.辨析博物馆展品与博物馆教育之关系[J].自然科学博物馆研究，2016，1（03）：37-42.

[5]李纪红.科技馆与企业合作新模式探讨——以上海科技馆的馆企合作为例[J].科技传播，2019，11（13）：7-10.

[6]赵毅，崔良乐.互联网+与线上教育模式研究——以《应用随机过程》课为例[J].教育教学论坛，2016（08）：171-172.