本文选自《奕阳幼教评论》

2017年3月刊，总第40期

文：奕阳教育专业服务事业部 张平

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随着计算机的普及和信息技术的发展，机器人教育逐渐走进我国中小学课堂，成为中小学信息技术教育的生长点和制高点。其中，编程教育作为机器人教育的核心，更是成为目前信息技术教育的热点所在。但是在教育实践过程中，编程教育还存在很多问题，如过于强调编程知识和算法，编程学习的功利性强等。

STEM（科学、技术、工程和数学）教育是目前国际上广受关注的教育浪潮之一，它提倡整合这四个领域的知识，培养学生的创新精神和实践能力。考察STEM教育的内涵和特点能够为儿童的编程学习带来一些重要启示。

STEM教育的内涵及核心特征

近年来，STEM教育因其培养创新型和综合型人才的有效性而备受关注，逐渐成为国际教育界关注的焦点。STEM教育的创新之处在于强调对科学、技术、工程和数学四个领域的有机整合，培养复合型人才，并能够运用多学科综合知识来解决生活情境中的实际问题。强调整合多学科知识内容的STEM教育有其非常鲜明的特征（余胜泉，胡翔，2015）：跨学科性，综合运用科学、技术、工程和数学以及交互学科的知识解决问题，关注特定问题而不是特定学科；趣味性，把多学科知识融入具有挑战性、与学生生活经验相关的情境中，激发学生的内部动机；体验性，强调学生动手、动脑，为学生提供动手操作的机会，设计、建构、发现、合作并解决问题；情境性，强调知识是学习者通过与学习环境互动建构的产物，而非来自外界单向的灌输，鼓励学生根据具体情境识别并灵活运用知识解决问题；协作性，强调在小组合作中互相帮助、互相启发，进行群体性知识建构；设计性，通过设计作品来促进知识的融合与迁移，外化获得的知识和技能；艺术性，即STEAM，强调STEM教育的艺术性，增强学习者对人文科学和社会科学的关注。

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由此可见，STEM教育是使学生在具体的问题情境中，通过小组协作，运用多学科知识表征和解决问题，提升学生的综合能力和跨学科的思维能力，增强学生在科学、技术、工程和数学领域以及交叉领域中运用个人关于现实世界运行方式的知识的能力（秦炜炜，2007）。

儿童编程学习

随着数字化时代的到来，编程教育进入中小学课堂成为大势所趋。早在1968年美国就出现了LOGO编程语言。LOGO编程语言是麻省理工学院以西蒙·派珀特（Seymour Papert）为代表的人工智能实验室成员专门为青少年学生和初学者设计的编程语言，并以幼儿园儿童作为实验对象，进行了LOGO语言教学的实验，采用儿童十分喜欢的搭积木和拼图等方式，通过海龟绘图来学习编写程序（蔣锦锦，田玉贺，2016）。Papert提倡为儿童提供机会学习电脑编程。他认为通过计算机编程过程中的设计和不断调试，儿童能够发展出通向问题解决和学习的路径，学会如何学习。

编程是计算机科学的核心，让儿童接触并学习编程，不单是为了培养专业人才，更主要的是使学生在学习编程的过程中提高其计算思维、逻辑思维和创造性思维，培养他们独立思考与解决问题的能力。这也是STEM教育所追求的终极目标。另外，一些机器人和编程的教学方法，直接来自工程和计算机科学，为儿童提供从创意到产品的过程的结构化路径。因此，STEM教育和编程学习在培养目标和学习方法上有共同之处，在编程学习中为儿童提供真实的问题情境，鼓励儿童运用多学科知识创新解决方法，从而“控制电脑，而不是被电脑控制”。

面向STEM教育的儿童编程学习

为了避免片面强调编程知识和算法、编程技术的现象，儿童编程学习应该成为学习其他领域知识的纽带，树立以培养儿童运用编程感知世界和改造世界为目标的整合取向，把儿童关于世界的零碎的知识与机械工程经验转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程，获得设计能力、合作能力、问题解决能力和实践创新能力的综合提升（钟柏昌，2014）。

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基于项目的编程学习

基于项目的学习往往是一种围绕着具有一定挑战性的项目主题展开，依托某一学科的理论，并在活动中体现多学科交叉的思想。基于项目的编程学习是指学生围绕着复杂的、来自真实生活情境的主题，在探究、创造和分享的基础上尝试通过编程解决问题，获得知识和自身能力的成长。

在儿童早期教育中，对于“做中学”的效果和“基于项目的学习”的魅力早有共识。建构主义者更是主张，儿童的学习是在他们和周围环境的相互作用中积累起来的。计算机可以通过让儿童“通过设计来学”和“通过编程来学”来补充已经得到证实的研究结果。从一个建构主义者的角度出发，这是一个学习机会的延续。调试在建构主义文化中有重要作用，这是一个发现和解决缺陷的方法或过程，或者完善计算机程序中缺陷和问题，从而使它像预期的那样运行。一个项目的完成不可能通过一次编程就完成，儿童需要反复调试程序，主动寻求问题的解决，并在问题解决的过程中产生浓厚的兴趣。

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基于小组协作的编程学习

一个复杂的项目的开展需要人力的投入。儿童所有的潜能在团体学习的前提下最能表达出来，也最容易达成。编程学习是一个反复的发现问题和调试解决问题的复杂过程，儿童需要在编程过程中不断与同伴讨论、交流自己的发现以及解决方案，并且认真倾听同伴的意见，必要的时候寻求教师指导。在这个过程中，幼儿学会合作，学会组织讨论并尝试得出结论。

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基于兴趣的编程学习

建构主义认为，当人们有机会去设计、创造和形成具有个人意义和认知意义的项目时，学习将会变得比较有效。具有个人意义的项目的概念对于儿童早期教育工作者来说并不陌生。发展适宜性实践关注儿童个体的兴趣，学习环境应该支持儿童投入到他们感兴趣的探索活动中。科技、计算机以及有形的教具，如机器人，在支持个人意义和认识论意义项目的设计、建构和规划的过程中发挥着重要的作用。

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基于体验的编程学习

编程学习是一项需要儿童动手参与的学习过程。单纯的学习抽象的编程知识和算法是不够的，儿童需要应用自己所学的科学、数学知识编写程序作用于模型，发现并解决问题。编程是一个将抽象任务具体化的过程，幼儿通过具象的模型来检验自己的程序是否正确来判断是否需要继续调整。Papert的LOGO编程语言是一款通过搭建和操作电子龟来学习的编程语言，这是动态类操作材料的原型。儿童通过操作电脑屏幕上的图标向他们搭建的对象传达信息。这些机器人可以从事一些简单的活动，这是一个把设计和工程加入到搭建和编程中来的过程。

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总之，STEM教育旨在整合多学科知识，培养儿童创新精神和实践能力的丰富内涵以及注重跨学科性、情境性、趣味性和实践性的核心特征为当前儿童编程学习指引了方向，为培养儿童的综合素养和创新能力提供了肥沃的土壤。儿童编程学习在培养儿童逻辑思维能力和问题解决能力方面的优势也为儿童进行整合性的知识技能学习创造了条件。

备注：文中图1- 图4中的产品是乐高MINDSTORMS头脑风暴教育EV3机器人，图5中的产品是乐高教育WeDo2.0科学机器人套装。

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