利用积木式编程工具开展中小学创客教育

李健辉

[摘 要]信息技术教师在中小学开展创客教育，可以从积木式编程工具入手，通过带领学生体验程序开发与设计的过程、构建思维导图、设计并生产“产品”等，培养学生综合运用知识以及团队合作的能力，引领学生走进创客的大门。

[关键词]创客教育；STEM；积木式编程工具；团队合作；产品

当前，全球创客运动正在蓬勃发展。我国部分中小学校已在创客教育的路上迈出了探索的步伐。中小学信息技术教师应该充分利用积木式编程工具，如Scratch小猫积木编程软件（简称“小猫积木”）、App Inventor手机编程软件，提高学生程序设计的能力和水平。教师不仅可以把积木式编程工具用于程序设计教学，还可以借助这一工具，引领学生走进创客的大门。

一、创客与创客教育

有的学者认为，“创客”一词源自英文Maker（制作者）和 Hacker（创造性地运用技术资源的人）的综合释义，是给能够动手创造软件或硬件产品的人的一种标签[1]。有的学者认为，创客就是热衷于创意、设计、制造的个人或群体[2]。有的学者认为，创客是指把具备相当的技术挑战的创意转变为现实的人，他需要具备一定的知识含量和创新、实践、共享、交流的意识[3]。

从以上观点可以看出，创客所具有的共同特征是：具备创新意识和能力，具备一定的技术能力，能创造软件或硬件产品。创客创造的产品具备以下特点：一是产品的外观有艺术性，体现人性化设计的特点；二是产品可能具有智能化的特点，体现“物联网”万物互联的特点；三是产品可能有一定的技术含量，如有机械、动力装置等；四是产品的生产过程由个人或团队完成，即使是个人完成的作品，也借鉴或使用了开源论坛上的工具和资源；五是产品能满足个人或社会的某些需要，体现绿色、节能、环保的特点。

对于创客教育，研究者的观点还未形成共识。有的学者认为，创客教育（Maker Education）从内容层面看，指的是学习内容或者创作项目需要多学科的运用，而不是单一学科内容的学习，因而创客教育也是实施STEM教育的一种重要方式[4]。后来由于在多学科又加入了艺术（Art），STEM演变为STEAM。STEAM教育强调多学科融合，而工程问题的解决是关键。有学者认为，在解决工程问题的过程中，可以借鉴生活当中能见到的设计，也可以让各个小组展开充分的讨论，最终确定合理的工程技术路径，并且激发学生的一系列奇思妙想，培养学生的创新思维和创造力[5]。因此，笔者认为将“STEAM”中代表各学科的字母重新排列，变成“TEAMS（团队）”，不仅可以强调学科融合，更能强调培养团队合作的重要性。而重视分享、交流、合作也是创客教育的特色和亮点。因此有的学者认为，创客教育培养人才的目标是：勇于探索的创新精神；敢于接受失败和挫折的不屈不挠的黑客精神；不近功利、协作交流的团队大智慧[6]。

二、积木式编程工具开启创客之门

Scratch是麻省理工学院（MIT）为八岁以上儿童设计开发的一套程序设计软件。儿童可以用它创造性地设计出属于自己的程序。这些程序包含动画、游戏和交互式故事等。Scratch 语言的设计理念是“想象、编程、分享”，教学目的不是为了培养少年程序员，而是让儿童可以通过Scratch表达自己，帮助他们发展学习技能，培养创造性思维，以及学会解决生活中的问题。它让儿童能够自己控制电脑，它不只是编程工具，更是一个强大的学习社区，它给教师提供了一种教的工具，它还是一款免费的软件[7]。Scratch软件把繁琐的命令，变成了简单易懂的“积木块”形式，由于软件中的默认角色是一只小猫，因此又被叫作“小猫积木”。小猫积木非常适合小学中高年级学生用于学习程序设计。

App Inventor（简称AI）是一款由谷歌公司开发的手机编程工具，于2012年移交麻省理工学院，并被MIT App Inventor公布使用，用户能够通过该软件快速开发安卓系统的移动应用。AI是快速开发移动应用的设计工具，它通过积木式的堆叠法来完成安卓程式[8]，它还可以控制Arduino、ArduBlock等开源硬件。AI也采用了积木式编程界面， 适合中学生用于学习程序设计。

三、利用积木式编程工具实施创客教育

教师要引导学生理解并掌握积木式编辑工具的应用，设计合理的项目或任务，使学生通过合作与共享，完成有意义的“产品”，带领学生逐渐进入更高的创客境界。

1.遵循形象直观的原则

以往的编程需要记忆很多命令和语法，比较抽象。积木式编程软件提供了所见即所得的操作界面，形象直观，降低了编程难度，使学生更容易理解并学会程序语言。如教师可以引导学生使用AI开发手机程序界面，配合开源硬件，制作出能够自动报告湿度的花盆。又如六年级学生用小猫积木开发了“预防近视精灵”。该程序可检测超声波测距传感器的数值，当人眼与桌面距离低于规定阈限，设备就会发出提醒。

2.用“积木块”构建思维导图

思维导图是一种培养创新思维方式的工具，即利用一个关键词从不同特性导出其他相关的关键词，导出方式按照发散性思维的特征，从主干到各分支发散。对于每一分支可以使用不同的颜色标识，线条的大小由粗到细，提示着由主干到枝叶的推导关系，思维导图在表现形式上是树状发散结构的[9]。积木式编程语言提供了一种思维的工具，学生借助这个工具进行推理、表达，使思维更加清晰，并提高解决问题的能力。国外有些学者还尝试了把积木式编程语言用于教授其他学科的内容。

积木式编程工具能够把思维的过程形象地展现出来，学生借助这个工具，可以培养发散性思维，更好地达成学习目标。这是一种创新型的思维导图，由积木块和自然语言构成，重在表达思路和想法。在小猫积木中，可以用“思考”和“說”使积木块呈现思维导图的项目；在AI中，可以用“标签”里面的“文本显示”实现相似的功能。这种新的思维导图，不仅具有传统思维导图的特点，其生成的程序还能够在电脑、手机上运行。这种寓教于乐的方式，能够有效地激发学生的学习兴趣，并且更易于分享结果，提高了教学的效率和趣味性。

3.培养团队合作的意识和能力

学生在将来的学习、工作当中，必然要与不同的人合作，在义务教育阶段，应该重视团队合作能力的培养。在确定项目目标、内容时，小学生会相对较多地依赖于教师。而在应用积木式编程工具完成项目的过程中，教师要鼓励每个学生以团队为单位，共同确定方案。当学生希望实现某个功能时，应该启发学生寻找适合的积木块，鼓励学生大胆尝试，提倡学生借助微课、校本教材等学习资源合作解决难题。

4.体验智能化程序的开发过程

智能化技术正在逐步融入到人们的日常生活中，以机器人为代表的智能化生产技术正在席卷全球，而智能化也是众多创客产品的共同特点。在创客教育中，应该渗透智能化程序开发的方法和技巧，为学生将来的发展奠定基础。

学生对于编写“有智能”的程序感到好奇。积木式编程工具有利于揭开“智能”的神秘面纱，使学生更容易编写出有趣的程序。顺序结构、循环结构、分支结构对小学生来说比较抽象，可以结合积木块，以动画形式分步演示。技术上的难题需要逐步突破，循序渐进、由浅入深地引导学生掌握编程的方法和技巧，结合有趣的例子，形象、直观地揭示智能程序背后的奥秘。

5.生产“产品”——生成可执行程序

有些地区出版的信息技术教材比较重視讲解、传授积木式编程的方法和技巧，教材中的范例也有趣而且生动，但是往往忽略了生成“产品”的步骤和环节。创客教育和平常的信息技术教学有何区别呢？以往的信息技术教学重视“作品要体现所学的技术和知识”，而创客教育更多地强调产品对现实生活产生影响，更加关注“产品”能否满足个人或者社会的某些需求，更加关注学以致用，强调能够解决实际的问题。

在小学小猫积木的教学中，可以引导学生制作“保护视力计时器”“打字游戏”“毕业纪念册”等产品。在中学的AI教学中，可以引导学生制作“蓝牙聊天室”“单词记忆助手”“校园语音导游”等产品。这些产品既有趣味性，也有一定的实用性。小学生制作的小猫积木程序通过生成可执行文件（后缀名为exe的文件），中学生制作的AI程序通过生成安卓程序安装文件（后缀名为apk的文件），共享给他人并获得反馈。

四、未来的发展方向

未来，小学生可以利用小猫积木程序控制智能硬件，例如Scratch for Arduino；中学生可以利用AI编写程序，通过手机的蓝牙设备控制智能硬件。积木式编程工具具有旺盛的生命力，将来与虚拟现实技术（Virtual Reality）、增强现实技术（Augmented Reality）相结合，可能会产生立体的积木式编程界面，使用者可以用手触摸各种积木块进行程序设计，或者佩戴专用的眼镜，就可以在空中编写程序。编程将成为一项基本技能，每个人都可以利用更方便的编程工具，编写自己的程序。

综上所述，积木式编程工具是中小学生打开创客之门的金钥匙，是中小学开展创客教育的好助手。中小学信息技术教师应以“做中学”为教学策略，引导学生开展跨学科学习，学会创新，学会合作，制作出有创意、有意义的作品。

参考文献

[1]顾学雍，汪丹华.创客运动与全球化的科技教育[J].现代教育技术，2015（5）：12-17.

[2][3][4]钟柏昌.学校创客空间如何从理想走进现实——基于W中学创客空间的个案研究[J].电化教育研究，2015（6）：73-86.

[5]陈磊.Scratch融入STEM教育[J].上海教育，2014（8）：38-39.

[6]李小涛，高海燕，邹佳人等.“互联网+”背景下的STEAM教育到创客教育之变迁——从基于项目的学习到创新能力的培养[J].远程教育杂志，2016（1）：28-36.

[7]Warren Buckleitner.Why Scratch is significant[M].Childrens Technology Review，2007.

[8]魏志宏，郭守超，邓常梅等.App Inventor：一种开源的信息技术课堂学习工具[J].现代中小学教育，2015（4）：80-84.

[9]杨丽.创客教育与课堂创新[J].中小学电教，2015（6）：60-61.

（责任编辑 郭向和）