小学micro:bit创意编程教学中STEAM教育理念的渗透

李良机

如今，单一技能的应用已经不能支撑人才的发展，社会要更多综合型人才。STEAM属于具有较强实践性的一种超学科的基本教育理念，同单学科的教育以及传统对书本关注的理念有一定的差异。在新课程改革的实施中，micro：bit凭借简单易学的特征备受广大师生青睐，并且逐渐进入小学信息技术课堂。为了能实现人才培养基础的夯实，小学信息技术教师就要考虑到教育理念的基本渗透，然后将其作为基本，以此来实现有效的micro：bit创意编程教学，从而革新传统教学方式，既让学生基于亲身体验扎实掌握信息技术课程的基础知识，又教会学生在实践中举一反三，实现综合发展。

一、小学micro：bit创意编程教学与STEAM教育理念简述

micro：bit最早起源英国，是英国广播电视公司与微软、ARM等诸多知名企业共同开发的微电脑开发板。从本质上来说它属于开源硬件平台，开发它的目标是为了充分调动学生参与到创造性硬件制作与软件编程活动中。micro：bit专为青少年编程教育而设计，尤其适合在少儿编程教学中应用。

STEAM是通过STEM发展所得，基于STEM增添了艺术，形成STEAM。因此，STEAM教育就直接将科学、技术、工程、艺术以及数学教育融合在一起，通过相互之间的融合，最终就能实现：在实际问题解决的关键阶段，发挥工程的核心作用，并且将数学与科学作为其基础，艺术是非常重要的驱动力，贯穿到STEAM教育的全过程，同时能实现技术学科中的创意与设计方案。

任何事情要想取得成功，都不能只依赖某一种能力，必须具有多种能力，例如，在生产高科技电子产品的过程中，既需要科学和技术，通过高科技手段实现产品功能的创新，又需要设计好看的、令人赏心悦目的外观，即艺术等领域的综合才能。由此可见，培养小学生综合能力是教师的关键任务，从而在小学micro：bit创意编程教学中实现STEAM教育理念渗透，就具有重要的现实意义。为了在micro：bit创意编程教学中渗透STEAM教育理念，应明确其具体的教学模式，主要有项目式学习、设计式学习、探究式学习、混合式学习等模式，其中项目式学习是STEAM教育中最常用的模式之一，这里探讨的就是以STEAM教育理念为基础的项目式学习模式。在小学micro：bit创意编程教学中渗透STEAM教育理念，可以引导小学生围绕作品主题展开想象、联想，实施创意性开发，同时构思作品的整个工程设计和分析，思考如何通过编程语块组建程序，最终顺利解决问题，有效培养综合能力。

二、小学micro：bit创意编程教学中渗透STEAM教育理念的准备

（一）明确教学理论依据

目前，国际之间的竞争在支出的加剧，而为了能实现综合国力的全面提升，都在开始关注对综合创新人才的培养。STEAM教育理念作为加强创新综合型人才培养的教育新潮流，在培养学生实践能力和解决问题能力、创造精神等方面发挥了重要作用。STEAM教育理念要渗透、要落地孵化，最终要通过课程案例的形式来呈现。而micro：bit就是将8～12岁儿童作为主要对象的编程软件，是一种简单易用的图形编程软件，特别适合小学生使用，在培养学生解决问题能力和想象力、创新力等方面的作用也是毋庸置疑的。所以，STEAM教育理念本身就能与micro：bit创意编程拥有一致性的特点。因此，这对小学阶段的micro：bit创意编程教学是非常合理的，同時还可以让教育能变得更加具体，同时也能让实施变得更加的具有可行性，最终提供理论化的依据来服务micro：bit创意编程教学。在micro：bit创意编程教学中，教师借助python等编程软件进行创意编程教学设计，目的就在于引导学生进行知识的融合与创新，通过以新课程标准为导向融合美术、音乐、语文、数学和历史等学科知识，加强实践锻炼，提高综合能力。

（二）做好教学目标分析

在micro：bit创意编程教学中渗透STEAM教育理念，教学目标主要是培养学生的综合能力，使其基于操作和实践掌握基本编程技能，提升核心素养。

第一，初步掌握使用micro：bit来编程的方法。引导小学生对相关知识加以熟悉，并且能对应的掌握其使用的基本方法和规则;熟悉micro：bit的基本组成模块，熟悉指令、控制、事件、逻辑运算以及侦测等模块的功能;通过软件的实用，就可以实现创意编程作品简单的创作。第二，掌握编程设计基础知识，基本形成计算思维和计算能力。基于STEAM教育理念，在对应的教学活动实施进程中，就要求将对应的项目任务加以落实，这样就可以掌握到基础性的编程设计知识，例如，序列、循环、变量和分支判断等程序知识，可以理解算法问题等;在实践操作中持续应用程序知识，建立计算思维和计算能力体系。第三，构建创新思维，增强创新意识。通过开展micro：bit创意编程教学，引导小学生在观察编程作品时发散思维，进行作品的再想象、再创造，在培养创新思维的同时提高创新意识。第四，基于跨学科模式实现对知识的综合运用。注重多学科的相互融合，是目前最为显著的特点之一，其牵涉到教育理念的各个方面。因此，小学生在学习micro：bit创意编程的过程中可以学习各学科知识，基于多学科模式构建统一知识体系，锻炼应用跨学科知识的能力，提高问题解决能力。

（三）了解学生学习情况

基于小学高年级学生作为基本的研究对象，实现教学中STEAM教育理念的合理融入。因为小学高年级的学生，其本身是出于从具体运算朝着形式运算过程的黄金阶段，所以，就可以考虑到抽象概念的建立健全，这样就会让其本身拥有一定的分类能力、运算能力以及排列能力。而且高年级小学生可能已经接触过部分编程软件，具备一定的程序设计和算法起点。micro：bit又属于微电脑开发板，搭配拓展模块能进行进阶式创意编程学习，学生可以用它创作小游戏和音乐、动画等，实现在学中玩、在玩中学。

三、小学micro：bit创意编程教学中渗透STEAM教育理念的原则

（一）趣味性

micro：bit创意编程最显著的特点在于趣味，若是教学没有趣味性，那么利用micro：bit微电脑开发板创作的作品自然会显得无趣，无疑埋没了micro：bit最大的优势。优秀的micro：bit编程作品在编程技术和画面、声音、剧情安全上必定有过人之处，教师只有在教学过程中创作充满趣味的micro：bit编程作品，让小学生本身带有强烈的探究欲望。这样才能促使他们为了满足个人好奇心、成就感而主动探索、练习，在教学环节达到培养学生综合能力的目的。例如，教师可以创作小动画或是小游戏，或是在视觉艺术和听觉艺术上狠下功夫。

（二）情境交互性

STEAM教育理念对知识迁移与应用非常的关注，同时也能明确多学科知识的利用，以此来实现实际问题的有效处理。渗透了STEAM的micro：bit创意编程教学活动就应遵循仿生活情境性和交互性的原则，为学生创设在生活中迁移运用所学知识的情境。如果micro：bit作品能贴合到小学生的生活经验以及知识背景，这样就可以在现实生活与知识学习之间建立起桥梁。在情境交互性活动中，学生不仅可以体会学习micro：bit创意编程的乐趣，还能更好地在生活中运用知识。例如，在仿生活性micro：bit创意编程情境中，学生和micro：bit作品充分互动，提高参与micro：bit游戏作品或是动画作品的参与程度。

（三）学科整合性

STEAM教育理念侧重各个学科之间的融合，所以有必要根据学科整合性原则开展micro：bit创意编程教学实践活动。micro：bit微电脑开发板涉及的各个模块可以满足与学科的整合需求。在解决问题的过程中，各学科知识并非独立发挥作用，往往要深度融合多学科知识，将STEAM教育的这一理念渗透到micro：bit作品中，突出特征就在于跨学科知识整合。在micro：bit创意编程中通过项目是学习模式的合理运用，就可以满足多个学科之间的相互整合的要求，通过设计场景化或是游戏化的micro：bit作品，成功解决现实问题。同时，提高micro：bit创意编程学习的趣味性，让学生切身体会“学玩合一”，形成深度学习能力。例如，在micro：bit微电脑开发板中相关模块的合理运用之后，就可以实现对音乐知识的有效整合;利用画笔模块，整合美术学科知识;利用数字和逻辑运算模块，整合数学学科知识等。

四、小学micro：bit创意编程教学中渗透STEAM教育理念的实践探索

（一）“智能温度计”创意编程案例

1.活动设计

智能温度计属于具备较强扩展性的创意编程项目，根据实际难度大小和学科融合程度能合理划分为基础编程与进阶编程两个部分。由于该项目集成了温度传感器，因此基础编程所需硬件仅仅是micro：bit微电脑开发板和一条安卓数据线，指导学生开始编程设计后做好仿真测试，随后与micro：bit微电脑开发板进行连接来对环境温度进行准确检测。而进阶编程更加适用于高年级小学生，它在基础编程的要求下设置了基础扩展板、蜂鸣器等，能实现高温报警功能。

2.活动实施

（1）情境设计。活动开始之前先向学生提出如下问题：大家觉得冬天与夏天有什么不同的感受？让学生得出温度的变化，再次提问：我们往往依靠感觉来判定物体的冷热程度，这样准确吗？从而引导学生意识到温度计在生活中的重要性，最后抛出micro：bit集成温度传感器，让学生代入问题思考是否可以利用micro：bit來设计一个智能温度计，学生都充满了兴趣。

（2）任务规划。借助智能温度计导学案可以让学生对此次的创意编程项目有基本的了解，通过小组交流探讨的模式来得到问题的关键点，拟定对应的解决方案，对智能温度计设计要涉及的相关材料予以列举。另外，教师针对创意编程项目的关键知识点展开细致讲解。依靠全面深入的沟通交流，学生仅用了几分钟时间便得出智能温度计的基本设计流程是将感应到的温度数据通过LED进行显示，其中涉及的积木模块属于基本模块中的显示数字和输入模块中的温度。

（3）编程设计与调试。根据创意编程项目需求对程序代码进行编写并进行仿真测试，连接micro：bit微电脑开发板并发送程序，把顺利载入程序的micro：bit微电脑开发板放置于实际环境中实施调试，能适当增加热风来控制环境温度变化，最后要求学生对程序代码进行优化编写。micro：bit集成了传感器和软件的易用性，小学生实际操作过程中并未存在插错线的现象，可以真正全身心参与到创意编程活动中，促进教学效率提升。

（4）任务拓展。要求学生拓展思考高温报警功能如何实现，例如，可以在LED中加入hot的短语显示。

（5）评价总结。对学生创意编程任务的实际完成情况予以检查，对学生作品实施客观评价，最后由教师对此次活动予以总结，引导学生思考怎样让温度计变得更智能，让其利用课余时间思考和学习。

对此次智能温度计的创意编程活动，能看到借助于micro：bit微电脑开发板在促进小学生STEAM素养方面表现出的突出优势，依靠创意编程活动不仅仅可以让学生深化对其他课程知识的理解，还能感受到利用编程的方式可以让硬件变得更智能，有效激发了他们学习编程的积极性。针对怎样充分发挥出micro：bit在创意编程教学中渗透STEAM教育理念的更多优势，是教师在未来实际教学中应持续研究和思考的问题。

（二）课文《草船借箭》创意编程案例

1.分析编程内容

在语文与历史之中都会涉及《草船借箭》这一个故事，在开展micro：bit创意编程教学时就可利用其故事情节为学生创设恰当的情境，引导他们学习。这一micro：bit创意编程案例和《小花匠》相比难度更大，学生要掌握micro：bit微电脑开发板的各个模块和程序指令等，同时运用所学知识自主进行项目程序设计。要想让学生把《草船借箭》的故事情节和动画演变、人物变化等设计得有趣、生动，教师的指导不可或缺，所以渗透STEAM教育理念，指导学生不断增强自身的体验，这样就能享受到成功的喜悦。

2.加强项目实践

在案例项目实践实施环节，笔者把全班学生分成若干小组，每组四名成员，通过合作方式进行项目式学习。如此，学生面对真实学习任务，综合运用各学科知识，基于小组合作学习环境开展一系列自主探究活动，然后做好作品或探究成果的表达、展示、交流。在项目式学习中，各小组成员踊跃参与、各抒己见，凭借团体的力量融合不同创意，创作良好的micro：bit编程作品。

首先，创设学习情境。笔者在导入环节引导学生回忆课文《草船借箭》的内容，讲授这一著名的三国典故，激发学习兴趣，调动参与积极性。同时，鼓励学生自主查阅资料和文献，让他们在了解故事以后开展背景和角色、编程的设计。

其次，设计恰当的任务。《草船借箭》micro：bit创意编程设计案例的任务主要分成四个，每一个小组的四名成员分别负责其中一个。我设计的四个项目任务情节相互衔接，要求每一名成员进行交流、研讨，一起完成程序设计。

（1）设计舞台背景和角色。学生可以利用课外素材导入舞台的背景，并按照笔者创设的学习情境，加入与情节契合的背景;按照故事情节进行角色设计，包括草船、箭、士兵等。分析角色：岸边的士兵超大雾弥漫的水中不断射箭，一开始草船呈无箭状态，射到水中的箭可以被草船收集，射到舞台以外的箭直接消失。按照故事情节，学生可以明确每个角色的出现顺序、效果，如依次为岸边的士兵、和士兵处于相同水平线的箭、出现在河里的无箭草船、进行箭的克隆、向水中发射箭、草船收集箭。而且射箭产生的声音是角色设计的组成部分之一，学生利用micro：bit的声音模块加入射箭声音的设计，并使用重复执行语句，保持射箭声音的持续性。

（2）设计万箭齐发的动态过程。该项目任务要求学生巧妙使用micro：bit控制指令的克隆语句，不断复制箭。此时学生借助数学学科的坐标图原理明确舞台左右两端坐标的大小，并在横坐标水平线之上不断进行箭的复制;从士兵的位置到靠着河边的舞台边沿是纵坐标，供箭运动。笔者提醒学生要注意控制箭的本体，在复制时点击编辑程序，是否能实现万箭齐发的效果则是由运用克隆体来决定的。要在克隆体启动下进行程序设计，设置箭向下的方向运动，重复执行移动程序就能呈现出万箭齐发的震撼效果。

（3）设计草船收集箭的静态过程。该项目任务是完成借箭的一个关键流程，能改进第二个任务的程序。为了预防克隆的箭直接从草船穿过，学生在克隆体启动下重复执行语句，设置当箭触碰草船就将克隆体删除的程序，使克隆体碰到草船以后消失。另外，为了预防射出去的箭在舞台边沿堆积，还指导学生设计克隆体在箭触碰舞台边沿时也消失的程序。这一项任务要用到micro：bit控制指令的如果、那么语句以及侦测指令的碰到语句，利用这两个指令设计箭的克隆体以后，就能呈现出草船收集箭的静态效果。在程序设计环节，笔者还提醒学生要关注草船的两种状态：射箭程序刚刚启动时草船尚未收集到箭、草船收满箭。这两种状态可以利用外观指令的显示、隐藏加以控制，实现状态的切换。

（4）设计草船收集箭的动态过程。考虑到诸葛亮、周瑜立下了三天借到十万支箭的军令状，静态草船却难以借到数量足够的箭，所以笔者指导学生基于草船角色进行草船移动程序的设计，这是比较简单的。如果将键盘上的→（右）键按下，草船就向右移动;如果将键盘上的←（左）键按下，草船就向左移动。这样就实现了对草船移动的手动控制，有助于草船收集数量足够的箭。在重新点击开始时，移动之后的草船还将直接回到初始位置，这个时候也可以利用数学学科的坐标图原理进行初始化处理。

最后，进行作品交流与评价。STEAM教育理念是鼓励分享的，最终就可以对应的实现交流习惯与分享习惯的建立与完善。当学生完成《草船借箭》micro：bit作品的设计后，展示、交流和评价就是非常关键的环节，要对学生的創意编程设计做出直观的评价，学生之间也可以通过相互交流、分享完善作品制作。教师应在项目式学习环节进行多元评价，包括学生自我评价、组内成员相互评价、小组之间相互评价和教师点评等。评价并非为了指出micro：bit作品的优劣，而是以此为契机鼓励学生，调动他们学习micro：bit创意编程的主观能动性。不管是小组形式还是学生个人完成的micro：bit作品，教师都要鼓励学生分享、交流，进行同伴之间的评价，然后教师组织点评，提高学生的实践综合能力，让他们敢于动手、敢于表达，自主总结所学知识，完善知识结构，在总结和反思中不断进步。

五、结语

在实际教学中，教师通过加深对micro：bit和STEAM的理解，做好在micro：bit创意编程教学中渗透STEAM教育理念的准备工作，并根据相应原则进行案例实践探索，一方面，让小学生初步感知到了程序设计语言和编程的魅力，了解了基本的编程原理，另一方面，加强了学生的项目式操作学习，提高了学生的编程能力和信息素养，有效地提高了小学生的综合能力，为学生的全面发展提供有力保障。

注：本文为福建省教育科学“十四五”规划2021年度教改专项课题“基于STEAM教育理念的小学创意编程教学实践研究”（编号：Fjjgzx21-128 ）的阶段性成果。

（吴淑媛）