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摘要：在人工智能飞速发展的当下，编程教育成为关注的热点，并且呈现少儿化、低龄化的趋势。针对如何更好地组织实施少儿编程教育，阐述了少儿编程教育研究的背景和意义，分析了适合用于少儿编程的Scratch软件的特点，制定了编程教育的总体思路和教学策略，并以此设计了符合少儿认知特点的教学案例，有效提高了少儿的编程素养，对如何在人工智能时代如何开展以少儿编程为抓手的STEAM教育具有重要的参考价值。
关键词：人工智能;STEAM;少儿编程;Scratch;编程素养
中图分类号：TP391 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）31-0121-03
在人工智能时代，世界各国把少儿编程作为基础教育重要组成部分，这说明编程人才在一个国家的经济、科技、信息、互联网发展的重要性，也说明编程能力是一个人工作和生活的必备能力。当前，编程教育是少儿STEAM教育的重要构成部分和主要体现形式。少儿编程最近几年在美国不能仅仅用“热”来形容，它就像阅读、数学一样，成为孩子的一门必修基础学科。“编程”已经被视为继口语及书写之后的“第三语言”，因此许多国家均提倡少儿学习编程，如美国前总统奥巴马狂砸40亿美金推动编程教育，并发起“编程一小时”运动，频频为编程教育平台组织站台的原因，旨在让全美小学生开始学习编程，更早地接触计算机。英国将编程纳人中小学课程、新加坡在中小学考试中加入編程科目。国务院印发《新一代人工智能发展规划》，到2030年，中国要成为世界主要人工智能创新中心。这就要求中小学生要上人工智能课程，推广编程教育。国内一些发达省份也早都开始了布局。比如，浙江省将信息技术（包含编程）作为高考选考科目（7选3）中的一门，与传统理化生科目具有同等地位。因此，为提高少儿编程素养，更好地适应人工智能社会的发展，在少儿中开展编程教育显得十分必要。
1少儿编程工具Scratch
在国内外，少儿编程教育比较流行的软件工具是Scratch，它是麻省理工学院的“终身幼儿园团队”开发的一款图形化编程工具。Scratch下载是完全免费的，它的设计理念是“想象——编程——分享”嘲，其教学目的是培养学生的计算思维，帮助孩子学习，孩子们可以自行设计故事情节，明确表达自己的想法。在学习的同时，又不会感到枯燥，编程的过程就像搭乐高积木一样简单有趣。近年来，很多学者纷纷研究采用Scratch工具如何开展少儿编程教育。他们有的注重少儿文化学习，有的偏向趣味编程，还有深层次一点地融合到工程技术研究的等等不一。
2STEAM教育
STEAM代表科学（Science），技术（rrechnology），工程（Engi-neering），艺术（Ans），数学（Mathematics）。STEAM教育就是集科学，技术，工程，艺术，数学多学科融合的综合教育m。在美国，Scratch应用和STEAM教育紧密地结合在一起，当学生在创建Scratch项目时，他们需要学习STEAM课程的相关知识，需要培养自己的创造性思维、学会系统推理、分工合作这些必备的技能，这些技能将会为他们未来开拓STEAM研究领域提供巨大的帮助。在我国，STEAM教育课程大多是由自己本校的信息技术老师开发的，依靠的是一系列相关的硬件平台和软件。由于还未形成系统的教学体系，教师只能根据自己的经验和相关的教学视频来开发课程。所以，如何在现如今全面深化课程改革的新形势下，改变我国的STEAM教育现状是当下需要思考的问题。参考国外的STEAM教学现状，我们需要将STEAM教学融人中小学编程教育中，改进原有的教学课程，在学习信息技术的同时更要重视少儿编程的教学。这对提升小学生的创新意识和能力具有非常重要的意义。
3少儿编程教育实施原则
根据少儿认知特点，我们设计了以少儿编程为主要抓手的STEAM教育需要遵循的若干原则。
3.1以学生为中心
在少儿编程教育中，学生应该成为课堂的中心，教师是帮助学生组织、获取和转换信息的协助者，起着促进学生学习，辅助他们解决问题的作用。在教学过程中，老师需要充分调动学生学习的积极性，帮助学生养成自主思考的习惯。
3.2重视创设情境
为了激发学生探索问题的积极性，教师需要设计出针对本课堂的学习情境，鼓励学生根据情况提出问题、思考问题并且自主解决问题。运用相关的知识，搭建原始知识体系，从而解决遇到的问题，深刻掌握学习的知识。在设计情境这一环节中，每个教师有每个教师的想法，可以互相分享融合，将不同的情境结合起来，让学生有不一样的学习体验，解决不同的问题，这样可以增强学生的知识储备和学习能力。
3.3自主探究和合作相结合
该原则可以分为两部分理解，一是自主探究，在建构主义学习理论下，教学设计需要注重学生的独立性，使之搭建自己独特的知识结构，从而达到学习目标。二是合作，在学生学习过程中遇到问题时，应当鼓励他们互相谈到，互相帮助，教师拥有丰富的知识，然而缺少学生那个年龄阶段的思想，同龄人之间的交流，有助于学生解决问题，同时又培养了同学友谊。老师需要将这二者紧密结合，充分运用于课堂教学。
3.4多维度评价
在教学过程中，教师需要从不同角度运用不同的方法来设计教学情境，这样可以更好地促进学生学习，可以取得良好的教学效果，从而实现教学目标。内容主题的丰富度伴随着的是教学方式的多样性及评价方法的新颖性。对学生的总结性评价不能局限于教师的评价，而是应该多角度的评价，例如结合学生之间的互评，教学过程中的评价和教师的评价来总结。
4少儿编程教学案例设计
我们在少儿编程教学设计过程中，注重将少儿编程教育与艺术、数学等学科相结合，提高少儿的STEAM综合素养。我们设计的少儿编程教学案例均基于目前最新的Scratch3.0工具软件。
4.1“神秘数字”编程案例
该少儿编程教学案例中，学生通过比较数字大小、将猜测次数累加和中间数的计算，了解循环和条件判断的概念和作用，掌握中间数和自加运算，初步掌握循环结构的使用方法。搭建循环结构脚本如图1所示，条件判断脚本如图2所示。
猜测次数初始值为0，每猜测一次，猜测次数 1。假设第一次猜测数字为10，小于神秘数字，第二次猜测数字为80，大于神秘数字。这时，将取10与80的中间数45，将45与神秘数字比较，以此类推……，使得学生灵活掌握数学学科知识。
4.2“音乐开门”编程案例
该少儿编程教学案例中，学生根据老师的引导提出假设，是否可以通过演奏乐谱来打开城门。乐谱可以是教师提供的学习资源，也可以是学生平时兴趣爱好的积累，该案例主要为了将编程教育与艺术结合，以此提高学生对业余课程的兴趣。将角色移动到城堡门口，使用乐器代码块，改变音乐的音符和节奏来完成一段音乐，音乐简谱演奏完之后，城门顺利打开。搭建脚本如图3、图4所示。
4.3“勇闯地穴”编程案例
该少儿编程教学案例中，主要研究蝙蝠的运动轨迹，通过设定运动轨迹的起点和终点，是蝙蝠能在规定时间内进行运动。教师要求运动轨迹需要是一条有波动的线，不能从起点直接移动到终点。当接收到进入城堡的事件后，更换舞台背景，将蝙蝠放到起点，运用循环结构，不断重复蝙蝠的行动轨迹。侦测是否碰到蝙蝠，如果碰到，设定蝙蝠的运动轨迹，运用循环结构，重复这一行动。相关侦测脚本如图5所示，蝙蝠运动脚本如图6所示。该案例可以促进少儿掌握有关艺术、数学等学科的综合知识。
5结束语
随着人工智能社会的到来，少儿编程教育可以有效提高少儿在科学、技术、工程、艺术、数学等学科方面的综合知识技能。今后，需要深入研究STEAM教育理念，不断探索适合少儿认知特点的编程教育，同时也需要注意如何避免由于过度使用计算机等编程设备导致的近视现象的发生。推动中国少年儿童安全地掌握人工智能时代必备编程技能，给学生一个新的思考方式，在人工智能时代立于不败之地，推动人类社会前进。
关键词：人工智能;STEAM;少儿编程;Scratch;编程素养
中图分类号：TP391 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）31-0121-03
在人工智能时代，世界各国把少儿编程作为基础教育重要组成部分，这说明编程人才在一个国家的经济、科技、信息、互联网发展的重要性，也说明编程能力是一个人工作和生活的必备能力。当前，编程教育是少儿STEAM教育的重要构成部分和主要体现形式。少儿编程最近几年在美国不能仅仅用“热”来形容，它就像阅读、数学一样，成为孩子的一门必修基础学科。“编程”已经被视为继口语及书写之后的“第三语言”，因此许多国家均提倡少儿学习编程，如美国前总统奥巴马狂砸40亿美金推动编程教育，并发起“编程一小时”运动，频频为编程教育平台组织站台的原因，旨在让全美小学生开始学习编程，更早地接触计算机。英国将编程纳人中小学课程、新加坡在中小学考试中加入編程科目。国务院印发《新一代人工智能发展规划》，到2030年，中国要成为世界主要人工智能创新中心。这就要求中小学生要上人工智能课程，推广编程教育。国内一些发达省份也早都开始了布局。比如，浙江省将信息技术（包含编程）作为高考选考科目（7选3）中的一门，与传统理化生科目具有同等地位。因此，为提高少儿编程素养，更好地适应人工智能社会的发展，在少儿中开展编程教育显得十分必要。
1少儿编程工具Scratch
在国内外，少儿编程教育比较流行的软件工具是Scratch，它是麻省理工学院的“终身幼儿园团队”开发的一款图形化编程工具。Scratch下载是完全免费的，它的设计理念是“想象——编程——分享”嘲，其教学目的是培养学生的计算思维，帮助孩子学习，孩子们可以自行设计故事情节，明确表达自己的想法。在学习的同时，又不会感到枯燥，编程的过程就像搭乐高积木一样简单有趣。近年来，很多学者纷纷研究采用Scratch工具如何开展少儿编程教育。他们有的注重少儿文化学习，有的偏向趣味编程，还有深层次一点地融合到工程技术研究的等等不一。
2STEAM教育
STEAM代表科学（Science），技术（rrechnology），工程（Engi-neering），艺术（Ans），数学（Mathematics）。STEAM教育就是集科学，技术，工程，艺术，数学多学科融合的综合教育m。在美国，Scratch应用和STEAM教育紧密地结合在一起，当学生在创建Scratch项目时，他们需要学习STEAM课程的相关知识，需要培养自己的创造性思维、学会系统推理、分工合作这些必备的技能，这些技能将会为他们未来开拓STEAM研究领域提供巨大的帮助。在我国，STEAM教育课程大多是由自己本校的信息技术老师开发的，依靠的是一系列相关的硬件平台和软件。由于还未形成系统的教学体系，教师只能根据自己的经验和相关的教学视频来开发课程。所以，如何在现如今全面深化课程改革的新形势下，改变我国的STEAM教育现状是当下需要思考的问题。参考国外的STEAM教学现状，我们需要将STEAM教学融人中小学编程教育中，改进原有的教学课程，在学习信息技术的同时更要重视少儿编程的教学。这对提升小学生的创新意识和能力具有非常重要的意义。
3少儿编程教育实施原则
根据少儿认知特点，我们设计了以少儿编程为主要抓手的STEAM教育需要遵循的若干原则。
3.1以学生为中心
在少儿编程教育中，学生应该成为课堂的中心，教师是帮助学生组织、获取和转换信息的协助者，起着促进学生学习，辅助他们解决问题的作用。在教学过程中，老师需要充分调动学生学习的积极性，帮助学生养成自主思考的习惯。
3.2重视创设情境
为了激发学生探索问题的积极性，教师需要设计出针对本课堂的学习情境，鼓励学生根据情况提出问题、思考问题并且自主解决问题。运用相关的知识，搭建原始知识体系，从而解决遇到的问题，深刻掌握学习的知识。在设计情境这一环节中，每个教师有每个教师的想法，可以互相分享融合，将不同的情境结合起来，让学生有不一样的学习体验，解决不同的问题，这样可以增强学生的知识储备和学习能力。
3.3自主探究和合作相结合
该原则可以分为两部分理解，一是自主探究，在建构主义学习理论下，教学设计需要注重学生的独立性，使之搭建自己独特的知识结构，从而达到学习目标。二是合作，在学生学习过程中遇到问题时，应当鼓励他们互相谈到，互相帮助，教师拥有丰富的知识，然而缺少学生那个年龄阶段的思想，同龄人之间的交流，有助于学生解决问题，同时又培养了同学友谊。老师需要将这二者紧密结合，充分运用于课堂教学。
3.4多维度评价
在教学过程中，教师需要从不同角度运用不同的方法来设计教学情境，这样可以更好地促进学生学习，可以取得良好的教学效果，从而实现教学目标。内容主题的丰富度伴随着的是教学方式的多样性及评价方法的新颖性。对学生的总结性评价不能局限于教师的评价，而是应该多角度的评价，例如结合学生之间的互评，教学过程中的评价和教师的评价来总结。
4少儿编程教学案例设计
我们在少儿编程教学设计过程中，注重将少儿编程教育与艺术、数学等学科相结合，提高少儿的STEAM综合素养。我们设计的少儿编程教学案例均基于目前最新的Scratch3.0工具软件。
4.1“神秘数字”编程案例
该少儿编程教学案例中，学生通过比较数字大小、将猜测次数累加和中间数的计算，了解循环和条件判断的概念和作用，掌握中间数和自加运算，初步掌握循环结构的使用方法。搭建循环结构脚本如图1所示，条件判断脚本如图2所示。
猜测次数初始值为0，每猜测一次，猜测次数 1。假设第一次猜测数字为10，小于神秘数字，第二次猜测数字为80，大于神秘数字。这时，将取10与80的中间数45，将45与神秘数字比较，以此类推……，使得学生灵活掌握数学学科知识。
4.2“音乐开门”编程案例
该少儿编程教学案例中，学生根据老师的引导提出假设，是否可以通过演奏乐谱来打开城门。乐谱可以是教师提供的学习资源，也可以是学生平时兴趣爱好的积累，该案例主要为了将编程教育与艺术结合，以此提高学生对业余课程的兴趣。将角色移动到城堡门口，使用乐器代码块，改变音乐的音符和节奏来完成一段音乐，音乐简谱演奏完之后，城门顺利打开。搭建脚本如图3、图4所示。
4.3“勇闯地穴”编程案例
该少儿编程教学案例中，主要研究蝙蝠的运动轨迹，通过设定运动轨迹的起点和终点，是蝙蝠能在规定时间内进行运动。教师要求运动轨迹需要是一条有波动的线，不能从起点直接移动到终点。当接收到进入城堡的事件后，更换舞台背景，将蝙蝠放到起点，运用循环结构，不断重复蝙蝠的行动轨迹。侦测是否碰到蝙蝠，如果碰到，设定蝙蝠的运动轨迹，运用循环结构，重复这一行动。相关侦测脚本如图5所示，蝙蝠运动脚本如图6所示。该案例可以促进少儿掌握有关艺术、数学等学科的综合知识。
5结束语
随着人工智能社会的到来，少儿编程教育可以有效提高少儿在科学、技术、工程、艺术、数学等学科方面的综合知识技能。今后，需要深入研究STEAM教育理念，不断探索适合少儿认知特点的编程教育，同时也需要注意如何避免由于过度使用计算机等编程设备导致的近视现象的发生。推动中国少年儿童安全地掌握人工智能时代必备编程技能，给学生一个新的思考方式，在人工智能时代立于不败之地，推动人类社会前进。