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      編程教育在科學技術(shù)類博物館中的探索與實踐

      2020-09-22 11:25:10孫樂琦
      科學教育與博物館 2020年4期
      關(guān)鍵詞:編程教育博物館教育館校合作

      孫樂琦

      摘 要 2017年,上??萍拣^推出了基于Swift語言開發(fā)的“趣玩編程”系列編程教育課程,成為全球首家推出Swift編程課的博物館。該系列課程與上??萍拣^實體展區(qū)深度融合,引入“館校合作”+“館企合作”的合作形式,探索博物館編程教育的新模式。

      關(guān)鍵詞 博物館教育 編程教育 Swift 館校合作 館企合作

      0 引言

      蘋果公司的創(chuàng)始人史蒂夫·喬布斯曾經(jīng)說過:“人人都應(yīng)該學習一門計算機編程語言,因為這將教會人們?nèi)绾稳ニ伎肌?。隨著AI+5G時代的到來,計算機編程教育愈發(fā)受到社會的重視和關(guān)注。作為長三角地區(qū)乃至全國知名的大型科學技術(shù)博物館、科普教育基地,上海科技館歷年來秉持STEAM教育理念,積極探索青少年編程教育在博物館中的實踐。本文以上??萍拣^“趣玩編程”為例,介紹上??萍拣^在博物館編程教育領(lǐng)域的探索與實踐。

      1 研究背景

      在信息時代,編程不僅僅是一種技能,更是一種思維方式,還將是理解未來世界的基礎(chǔ)[1]。對于青少年來說,學習編程可以將現(xiàn)實中的問題進行抽象,然后以代碼的形式表達出來,培養(yǎng)邏輯思維能力;另一方面,在計算機程序的世界里,沒有特定的路徑,青少年可以自由發(fā)揮創(chuàng)意,用自己特有的方式解決問題,激活創(chuàng)新思維。

      隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,近年來我國在青少年編程教育領(lǐng)域開足馬力。2016年6月,教育部印發(fā)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》將信息化教學能力納入了學校辦學水平考評體系;2017年國務(wù)院出臺《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》,要求在中小學階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程,逐步推廣編程教育,使青少年普及編程教育上升到國家戰(zhàn)略層面;在2018年《普通高中課程方案和語文等學科課程標準(2017版)》中,正式將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)處理、算法、開源硬件等正式劃入新課標[2]。青少年編程能力的培養(yǎng)不僅是素質(zhì)教育的新藍海,也是提升國家未來創(chuàng)新型人才競爭力的關(guān)鍵。

      據(jù)統(tǒng)計,2019年,上??萍拣^及上海自然博物館(上??萍拣^分館)參觀人數(shù)超過600萬人次,全年共開展各類教育活動2.99萬場次,共有63.8萬人次的青少年學生參與各類科普教育活動??梢哉f,博物館教育已經(jīng)成為了學校教育的有益延伸。

      相較于傳統(tǒng)的學校教育,博物館的教育活動形式更多樣、內(nèi)容更豐富,能夠讓原本枯燥、復(fù)雜的編程知識變得更加生動有趣。因此,在博物館中開設(shè)編程課程,不僅能讓青少年在參觀學習的過程中培養(yǎng)對計算機科學的興趣、激發(fā)學習編程的熱情,也能進一步發(fā)揮科學技術(shù)類場館的科普功能和社會價值。

      面對方興未艾的青少年計算機編程教育熱潮,2017年4月22日,上海科技館向公眾正式發(fā)布了全新的教育活動品牌——“趣玩編程”。

      2 課程實施

      2.1 趣玩編程概況

      “趣玩編程”是上??萍拣^原創(chuàng)推出的、基于Swift編程語言的博物館場景式系列編程課程。“趣玩編程”中的“趣”代表“樂趣”,另外則是取“去”的諧音,意為鼓勵青少年積極動手去創(chuàng)造。

      “趣玩編程”課程使用Swift語言以及Swift Playgrounds中文版APP作為基礎(chǔ)教學工具。Swift語言是蘋果公司于2014年蘋果開發(fā)者大會(Worldwide Developers Conference,以下簡稱WWDC)發(fā)布的新開發(fā)語言,簡單、直觀、易上手是它的語言特性,對于初學者足夠友好,迅速成為了最受開發(fā)者歡迎的編程語言之一;而Swift Playgrounds則是一款專門用于學習Swift語言的、可視化的應(yīng)用程序。與目前市面上主流的可視化學習工具Scratch、inventor等相比,Swift Playgrounds趣味性強、操作簡單、易學,更適合零基礎(chǔ)的青少年開展編程學習。因為它并不要求使用者有任何的編程基礎(chǔ),而是通過3D游戲闖關(guān)的形式,使用預(yù)先設(shè)置好的代碼控制角色在程序的世界里自由冒險,并且逐漸掌握“函數(shù)”“循環(huán)”“序列”等編程的基礎(chǔ)知識。教學實踐結(jié)果表明,基于Swift Playgrounds的9-13歲青少年的計算思維培養(yǎng)模式能夠有效地提升計算思維能力[3]。

      “趣玩編程”每兩周在上??萍拣^開課一次,公眾通過上海科技館網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)報名。課程面向9-13歲青少年,時長90 min,采取15人制的小班化教學,不要求學生有任何編程基礎(chǔ),不收取任何費用,旨在用互動有趣的方式引導(dǎo)青少年學習編程,培養(yǎng)互聯(lián)網(wǎng)思維,激發(fā)創(chuàng)造力和想象力。

      2.2與博物館展品展項相融合

      基于展品的教育活動是博物館最基本的教育活動。相對于拓展性教育活動而言,基于展品的教育活動只有博物館才能開展,而拓展性教育活動則其它場所和機構(gòu)也可舉辦。所以,展品是博物館最大、最有特色的教育資源[4]。

      因此,“趣玩編程”項目在設(shè)立之初就將“上海科技館場景式課件開發(fā)與教學”作為首要任務(wù),旨在將編程教育中的知識點與博物館的物理場景相結(jié)合,通過展品展項所蘊含的科學原理,將原本抽象的“編程”概念實體化、形象化。這也是博物館教育相較于學校教育的優(yōu)勢之一。

      例如,在“機器人世界”展區(qū),主講老師會講解機器人的傳感器、機械運動、命令反饋、行為分析等與編程的關(guān)系,并且教授學生如何用Swift語言為Dash機器人、Meebot機器人進行編程;在“宇航天地”展區(qū),主講老師會請上海天文館(在建中的上??萍拣^分館)建設(shè)指揮部的研究人員作為嘉賓帶領(lǐng)學生一同探尋天體運行與編程中“循環(huán)”命令的關(guān)系;在“信息時代”展區(qū),來自宋慶齡學校的蘋果杰出教育工作者(Apple Distinguished Educator,以下簡稱ADE)教師陳偉在講解二進制知識的同時,會帶領(lǐng)學生參觀展區(qū)中的一臺看似普通的AppleⅡ型計算機,如圖1所示。當年一位名叫李勁的上海小學生向鄧小平同志演示計算機編程時,鄧小平同志提出了“計算機教育要從娃娃抓起”的號召,這臺電腦就是當初李勁使用的演示電腦,而講課的陳偉老師就是李勁的學生。

      2.3 合作形式

      在“趣玩編程”項目的開展過程中,上??萍拣^通過“館校合作”模式,與上海商學院合作,引入該校IOS開發(fā)者俱樂部優(yōu)質(zhì)的師資力量,在提升教學質(zhì)量的同時讓更多大學生走出象牙塔,走進博物館,利用專業(yè)所學為更多的青少年傳授編程的知識和樂趣。此外,以博物館為試驗田,科技館還攜手商學院合作開發(fā)出了36個適合小班化課堂教學的成熟課件資源包以及8集時長30 min的在線視頻課件,拓展課程受眾面。

      另一方面,與企業(yè)進一步拓展館企合作領(lǐng)域和創(chuàng)新合作模式也是博物館科學普及教育發(fā)揮成效的重要途徑之一[5]。“趣玩編程”項目在實施過程中得到了蘋果公司的大力支持。在合作過程中,課程開發(fā)團隊引入了國外先進的編程教學理念和教學工具,也得到了相關(guān)課件開發(fā)資料、師資力量與硬件設(shè)備等的支持。對企業(yè)來說,開展“館校合作”能以開展公益活動的形式履行企業(yè)的社會責任、提升公眾形象,也能汲取課程在博物館落地的成功經(jīng)驗,并運用國際化優(yōu)勢進一步推廣。

      2.4 課程開展

      近些年,由非盈利的計算機編程教育機構(gòu)Code.org發(fā)起的“編程一小時”倡議,受到了谷歌、微軟、蘋果等大型IT企業(yè)的支持?!熬幊桃恍r”的目的在于讓數(shù)以百萬計的青少年用一個的時間,通過互動、游戲的方式了解計算機編程的入門知識,激發(fā)學習熱情。

      與學校、教育機構(gòu)不同,博物館的受眾群體是不停流動的。因此,“趣玩編程”采用“編程一小時”的理念,目的是讓更多參觀博物館的青少年通過一個多小時非系統(tǒng)性的學習作為激發(fā)興趣的原點,從而了解編程、愛上編程。具體實施過程如下:

      課程準備:“趣玩編程”每節(jié)課會有1名主講和2名助教組成授課團隊,15名左右9-13歲的青少年通過網(wǎng)上預(yù)約報名參加,時長90 min。主講負責整個課程的知識點講授,而助教則會配合主講進行游戲互動以及輔導(dǎo)學生完成編程任務(wù)。

      自我介紹與破冰游戲:在每節(jié)課的開始,主講及助教會帶領(lǐng)參與者進行自我介紹和破冰游戲。破冰游戲一般以編程知識點為核心,例如用iPad為玩具機器人編程;通過“成語接龍”“連連看”的游戲來講解“循環(huán)”的概念;一位參與者扮演程序員、一位參與者扮演機器人,進行“真人”編程演示……目的在于在暖場熱身的同時,通過游戲為參與者打開編程世界的大門。

      主題導(dǎo)入:如表1所示,每節(jié)課都會設(shè)置一個獨特的主題,通過青少年感興趣的話題與編程知識點、科技館的實體展品展項相結(jié)合,讓參與者了解到程序是如何驅(qū)動我們身邊一切事物的。

      知識點展開:在主講及助教老師的指導(dǎo)下,參與者使用iPad上的Swift Playgrounds APP進行相關(guān)知識的學習。iPad及相關(guān)教學設(shè)備均由上??萍拣^、上海商學院及蘋果公司聯(lián)合提供,不會安裝與教學無關(guān)的APP,這樣既可以避免學生自帶設(shè)備產(chǎn)生兼容性問題,也能夠讓參與者保持注意力。教學團隊會提前在Swift Playgrounds中安裝原創(chuàng)開發(fā)或者其他開發(fā)者共享的課件資源包,參與者通過操縱Swift Playgrounds中的游戲角色完成課件包的各項挑戰(zhàn)任務(wù)。如表2所示,通過課件任務(wù)的完成來達到學習編程知識的目的。

      成果展示:參與者以小組的形式,通過大屏幕投屏或教具現(xiàn)場演示的形式展示學習成果。在所有課程學習結(jié)束之后,主講老師會為所有參與者頒發(fā)“趣玩編程”學習證書,鼓勵他們繼續(xù)保持對編程的學習熱情,探索程序的精彩世界。

      2.5編程夏令營

      有許多青少年在體驗過課程之后,展現(xiàn)出了巨大的學習熱情,甚至有長三角其他城市的青少年特意周末前往上??萍拣^報名學習。因此,根據(jù)學生和家長提出的需求,“趣玩編程”團隊在2017-2019年的暑假,推出了長課時周期的“趣玩編程夏令營”(以下簡稱“夏令營”)。

      如果說常規(guī)課程的核心在于讓參與者通過一個多小時的互動學習,激發(fā)對編程的興趣,那么夏令營則側(cè)重于更復(fù)雜、更高階的系統(tǒng)學習。夏令營利用青少年的暑期開展授課,周期為連續(xù)5天5節(jié)課,每節(jié)時長90 min,同樣通過網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)免費報名,名額為20人。為保證教學效果,所有參與者需要承諾全程參與(目前出席率達到100%)。

      如表3所示,除了專門用于學習Swift語言的Swift Playgrounds App之外,夏令營選取常規(guī)課程中最受青少年歡迎的、能夠使用Swift語言進行編程的MeeBot跳舞機器人、Dash語音互動機器人、Sphero球形機器人、Parrot無人飛行器等四款機器人作為輔助教具。在5天的學習結(jié)束后,將所有參與者通過分組形式,用上述四種機器人編排一部情景短劇,并且用iPad自帶的多媒體剪輯軟件來錄制一部創(chuàng)意VCR。

      3 社會效益

      截至2019年12月,“趣玩編程”課程共在上海科技館開展常規(guī)教學56場、夏令營3場,超過1 100人次參與了現(xiàn)場學習。無論是常規(guī)課程還是“趣玩編程夏令營”,報名預(yù)約上線立即就被“秒殺”。為了能夠讓更多青少年參與到“趣玩編程”的學習,課程開發(fā)團隊錄制了完整的教學視頻課件,通過上??萍拣^官網(wǎng)、官方微信、官方微博、騰訊視頻等渠道進行發(fā)布,讓更多喜愛編程的青少年受益。

      “趣玩編程”也得到了社會及新聞媒體的關(guān)注,新華社(《很難懂、很無趣?上??萍拣^邀青少年“趣玩編程”》)、中國新聞網(wǎng)(《上??萍拣^發(fā)布“趣玩編程”啟迪互聯(lián)網(wǎng)思維》)、上視新聞綜合頻道(《“趣玩編程”課程落戶上??萍拣^》)、上海觀察(《讓孩子“隨便”玩iPad,上??萍拣^這次成了全球第一》)、上海日報(《Fun creative coding for kids》)等多家媒體報道了課程的開展情況。

      人才培養(yǎng)方面,從2017年4月至2019年12月,課題項目已經(jīng)累計培養(yǎng)了5名上海科技館工作人員及20名上海商學院IOS俱樂部成員成為編程教育人員。其中2人獲得ADE稱號,10人獲得WWDC獎學金。

      在2017年蘋果公司發(fā)布的《Apple中國企業(yè)責任報告2016—2017》中指出:“上海科技館基于Swift Playgrounds的課程——“趣玩編程”,成為中英文版Swift Playgrounds課程落地的全球首家博物館?!?018年紐約科學館已經(jīng)復(fù)制該模式成為全球第二家,新加坡科學館和中國科學技術(shù)館等也正在接洽中。

      4 結(jié)語

      2020年初,因疫情防控的需要,許多博物館的教育活動課程紛紛走到了線上。例如:國家博物館、山西博物院、南京博物院等多家博物館在網(wǎng)上聯(lián)合舉辦了“在家云游博物館”直播活動;上海自然博物館(上??萍拣^分館)通過5G通訊技術(shù)開展線上教育活動高清直播,并且在5月18日國際博物館日到來之際,在嗶哩嗶哩網(wǎng)站舉行了“博物館奇妙夜”活動等。

      線上教育改變了單一的課堂教學模式,并且也為發(fā)揮學生學習的主動性提供了可能[6]。隨著5G技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用,網(wǎng)絡(luò)高清直播、在線的大容量課件分享、多人即時互動、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等新型教學模式成為可能。

      未來,“趣玩編程”也將探索網(wǎng)絡(luò)直播課件的開發(fā)與應(yīng)用,并且立足長三角科普場館聯(lián)盟平臺,進一步優(yōu)化課件內(nèi)容,通過課件資源包、網(wǎng)絡(luò)直播等形式讓“趣玩編程”品牌走出上海,讓更多長三角地區(qū)的青少年受益。此外,“館校合作”+“館企合作”的推廣也能夠吸引更多長三角地區(qū)的學校、企業(yè)、科研院所等社會力量參與博物館編程教育的交流合作、課件研發(fā),推動長三角地區(qū)科普服務(wù)的聯(lián)動推進和科普資源的協(xié)同發(fā)展。

      參考文獻

      [1]劉欣.追本溯源探尋編程教育的本質(zhì)[J].中國科技教育,2018(01):8-13.

      [2]李玉閣,劉軍.國內(nèi)中小學編程教育研究現(xiàn)狀分析[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2018(08):26-29.

      [3]王晶晶,康葉欽.小學生計算思維的培養(yǎng)——基于Swift Playgrounds的探索性研究[J].教育導(dǎo)刊,2019(02):71-76.

      [4]鄭鈺.辨析博物館展品與博物館教育之關(guān)系[J].自然科學博物館研究,2016,1(03):37-42.

      [5]李紀紅.科技館與企業(yè)合作新模式探討——以上??萍拣^的館企合作為例[J].科技傳播,2019,11(13):7-10.

      [6]趙毅,崔良樂.互聯(lián)網(wǎng)+與線上教育模式研究——以《應(yīng)用隨機過程》課為例[J].教育教學論壇,2016(08):171-172.

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