丛书序

当前，我们处在一个全球信息化、网络化、智能化的崭新时代，我们的生产、生活和学习方式已经发生了巨大变化，且正在加速向全面的智能化迈进。编著和出版本丛书，是为了深入贯彻《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010—2020年）》《全民科学素质行动计划纲要》和《国家创新驱动发展战略纲要》《教育信息化“十三五”规划》《新一代人工智能发展规划》，为推动未来教育、创客教育、素质教育，把我国建设成为创新型国家、教育强国和世界科技强国打下坚实的基础。

中央人民政府于2017年7月10日发布的《新一代人工智能发展规划》（国发[2017]35号）的第五章第六条指出：“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广”“支持开展人工智能竞赛，鼓励进行形式多样的人工智能科普创作”。该规划明确要求，要积极探索信息技术在STEAM教育（即跨学科学习、创客教育）等新的教育模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力。

全国各地教育管理机构也相继出台政策、规划等。例如，2018年9月10日，重庆市教委下发《关于加强中小学编程教育的通知》（以下简称《通知》），就加强中小学编程教育提出要求。《通知》明确要求，小学3～6年级累计不少于36课时，初中阶段累计不少于36课时，各中小学至少配备一名编程教育专职教师。任何学校和个人不得以任何理由挤占编程教育课时。小学阶段以体验为主，通过游戏化教学、项目式教学等形式，强调借助积木式编程工具，通过对对象、模块、控制、执行等概念及作用的直观操作体验，感受编程思想。

“案例式少儿编程100课”中每一课的案例都贯穿了STEAM教育理念，并采用适合实现STEAM教育理念的PBL教学法进行讲解。PBL教学法是以问题为导向的、基于现实世界的、以学生为中心的教育教学方式。案例均来自于现实生活，或是一个故事，或是一个动画，或是一个游戏，体现STEAM教育的特征。“案例式少儿编程100课”中的每一课尽可能将Scratch案例与数学、物理、国学、旅游、美术、英语、音乐、信息技术、生活等知识和技能结合起来，实现了寓教于乐和多学科融合。

一、创新教育的必要性和紧迫性

伟大的中华民族是非常重视教育的，个人、家庭、政府、社会对教育的投入巨大，这个投入不仅是资金、资源的投入，也包括学生、家长和教师的宝贵时间。另外，我国的广大教师对知识点的传授、学生对知识点的掌握堪称世界之最，不仅量多，而且面广。

对于创新人才的教育，有3个十分重要的因素：知识、好奇心和想象力、价值取向。爱因斯坦曾经说过：“大学教育的价值不在于记住很多事实，而是训练大脑会思考”。知识越多未必创造力越强，因为人接受的教育越多，知识积累多了，但好奇心和想象力可能减少，所以创造力并非随着受教育时间的增加而增加。儿童时期的好奇心和想象力特别强，但是随着受教育时间的增加，好奇心和想象力通常会逐渐递减。为什么？因为我们后来学的知识都是有框架和设定的，不管什么知识都是这样。

创造力确实需要知识的累积，但除了知识，还需要什么呢？爱因斯坦说过：“我没有特殊的天赋，我只是极度好奇”“想象力比知识更重要”。这就形成了创新人才教育上的一个悖论：更多教育一方面有助于增加知识而提高创造性，另一方面又因压抑好奇心和想象力而减少创造性。人工智能是通过机器进行深度学习来工作，而这种学习过程就是大量地识别和记忆已有的知识积累。这样的话，它可以替代甚至超越那些通过死记硬背、大量做题而掌握知识的人脑。而死记硬背、大量做题正是我们目前培养学生的通常做法。

创新是民族发展的基石，基础教育是各教育阶段的重中之重。STEAM创新教育在世界范围内进行了丰富的教育实践，对于我国基础教育创新能力培养具有重要意义。基础教育作为各学段的重中之重，对于学习者的作用可谓辐射长远、影响一生，而基础教育中创新能力培养的重要性更是不言而喻。

二、我们的教育理念需要与时俱进：关于STEAM教育

长期以来，我们的教育存在着这样的问题：第一是时光颠倒，童年为升学战斗，升学后回到童年；第二是脑体倒挂，百般呵护身体，漠视精神成长，也许中国人的传统观念认为孩子的身体来自于父母，所以充满着身体崇拜，但对决定着我们生活质量和心灵品位的精神，却很少去关注；第三是学习错位，忽视解决问题的能力，培养解答试题的能力；第四是辈分和身份颠倒，孩子变成了会死记公式、会做题的“皇帝”，而爸爸妈妈则成为看着“皇帝”脸色行事的“奴才”。

STEAM代表所有学习主题在学科领域内与真实世界相联系。STEAM教育主张让学生通过项目学习来完成学业并获取新知，项目实践中包含知识、技能、创新能力的培养目标等。STEAM教育将科学、技术、工程、数学和艺术融合起来，不分学科地进行跨学科、综合性和融合性教育。

STEAM教育将现实生活中的问题分为科学、技术、工程、数学和艺术五大领域，让学习者回到现实生活，从探索的视角展开学习，并在综合学科视角下发现问题并解决问题。在STEAM教育中学生的学习不是为了名次、评比和优异的成绩单，而是为了实现学习者自身的内在价值。

多学科融会贯通，科学和数学对于基础教育阶段的学生相对深奥难懂，STEAM教育通过技术、工程和艺术的参与，让这些学科内容融会贯通，抽象知识与工程技术相结合，学生也可以发散思维，并动手参与所感兴趣的项目，享受探索学习的过程，在过程中学习多学科甚至是跨学科内容。

注重学习者学习体验，从STEAM教育活动的实践案例来看，STEAM教育活动往往从源自生活的案例、常见的场景工具和教育科技产品中展开。从鲜活的学习情境出发，注重学生自身与学习内容的交互，关注学习者的学习体验，让学生在动手建构的过程中习得知识，实现学生的价值。STEAM教育颠覆了以考试为主的教育模式，蕴含着新的教育哲学。

STEAM教育还要求我们成为终身学习者，适应快速发展的社会。STEAM教育的终极目标是：终身学习和整体学习。通过基础教育使科学、技术、工程、数学和艺术五大领域融会贯通，将学习与现实世界相联系，从现实中发现问题并解决问题，培养学生实践动手的创造能力，在过程中实现协作学习，培养一种终身学习的能力和意识。

三、我们的教学方法需要快速改变：关于PBL教学法

PBL（Problem Based Learning）是一种以问题为核心，以解答问题为驱动力，以分组阐述、展示、讨论及相互交流为手段，以激发学生积极主动自学、培养学生创新性思维为主要目标的全新的教学模式。PBL的教学目标尤其要突出学生的独立自学能力、创新思维能力、资料组织能力以及创新能力的培养。学生应明确自己要查找的目标知识与信息，并在课外时间通过查阅有关书籍、杂志、文献或网络信息获取问题解答所需的新知识与新信息。在PBL式的学习讨论过程中，学生间围绕重要问题自我主持、相互交流、相互讨论、自我评价。在这种气氛中，学生之间不是相互竞争，而是相互合作、相互依赖、共同提高，但学生在学习过程中需承担更多的任务和责任。老师的角色发生了转变，他们由“教学核心”“知识源泉”或“信息提供者”转换为学生求知过程中的合作者与引导者，即由“教”师转变为“导”师，从而使得学生的作用更加突出，素质更加全面，思维更加活跃。在教学过程中，教师的主要职责是辅助学生选择那些有价值的参考资料和技术信息，合理调动、组合各种知识和技术资源，指导、启发学生把注意力集中到解决问题上，并适当控制课堂教学进度和问题的难度。

教师鼓励学生大胆实践，大胆交流，建立自信，逐步培养善于解决实际问题的思维和能力，从而改变了传统教学中学生的被动地位，使学习成为一种积极、主动、灵活的过程，使PBL教学变成建立在学生兴趣与自觉性上的实践活动，成为学生的“精神大餐”。这样，学生不仅能通过多种渠道获得新的知识信息，而且学会了如何通过这种学习方式来解决实际问题，还有利于培养学生创新意识和创新能力。这种基于问题的讨论和问题解答的学习训练，将使学生受益终生。

PBL是一套设计学习情境的完整方法，具有以下特征。

（1）从一个需要解决的问题开始学习，这个问题被称为驱动问题。

（2）学生在一个真实的情境中对驱动问题展开探究，解决问题的过程类似学科专家的研究过程，学生在探究过程中学习及应用学科思想。

（3）教师、学生、社区成员参加协作性的活动，一同寻找问题解决的方法，如同专家解决问题的方式和方法。在这里，没有固定的解决方法、过程和标准答案。

（4）学习技术给学生提供了脚手架，帮助学生在活动的参与过程中提升能力。

（5）学生要创造出一套能解决问题的可行产品（products）或制品（artifacts）。它们是课堂学习的成果，是可以公开分享的。

（6）偏重小组合作学习和自主学习，是启发式和引导式教学而不是讲述式教学，学习者能够通过社会交往发展能力和协作技巧。

（7）以学生为中心，学生必须担负起学习的责任，教师的角色是指导认知学习技巧的教练。

（8）在每一个问题完成和每个课程单元结束时要进行自我评价和小组评价。

四、图形化编程的意义和作用

Scratch是由美国麻省理工学院为所有对计算机充满好奇的孩子开发的一种软件创作工具，是一种可视化、积木式的创作工具，学生只需拖曳图形化的指令码，即可创作属于自己的故事、动画、游戏和音乐等数字化作品。它的出现很好地解决了小学生学习程序设计的种种问题，更重要的是，能够培养学生有序思考、逻辑表达、创新设计。

Scratch之父说：“使用Scratch，你可以编写属于你的互动媒体，如故事、游戏、动画，然后可以将你的创意分享给全世界。Scratch帮助年轻人更具创造力、逻辑力、协作力。这些都是生活在21世纪不可或缺的基本能力。”

很多关于Scratch的研究都将其定位于儿童编程入门语言，认为它能够让学生快乐地编程。事实上，Scratch不仅是编程语言，还是创作工具，是表达工具。它能帮助学生进行有效的信息化表达和数字化创作，提升学生从语言到思维、从个人解决问题到团队合作等多方面的能力。

孩子玩别人的游戏叫“玩”，孩子玩自己设计的游戏叫“乐学乐创”。

（1）Scratch编程促进学生语言表达能力的提高。学生在用Scratch进行创作的时候，当老师抛出一个主题后，学生首先要针对这个主题有一个好的创意，就像导演需要一个好剧本一样。在Scratch教学中，教师也可以有意识地引导学生用自然语言来描述他们的创意、想法、故事等，将孩子们生活中的童话故事、美术、音乐、舞蹈等与Scratch的教学结合在一起。随着教学的深入，学生将不断用语言描述他们的设想与故事。潜移默化中，孩子们的词汇量、语言表达能力将逐步增强，从简单的寥寥数语到完整叙述。Scratch中一些指令的运用，更是能够有效增强语言叙述的逻辑性。让学生用Scratch进行信息化表达前，先用自然语言表达，当学生完成从编剧到导演的转变时，可以看到，学生对故事的叙述脱口而出，而创作作品和代码设计则是水到渠成。

（2）让学生成为小先生，促进学生学习主动性和兴趣的提升。例如，在讲授《快乐的反弹球》一课时，我们鼓励学生大胆实践，对这个简单的游戏进行改进和探索，可以给游戏编配合适的音乐，也可以改变游戏的难度，还可以给游戏设计更加好玩、具有比赛意义的“计分”功能。经过大胆想象、探索和实践操作，学生都会有一些探索收获，这时将有创意的作品给大家演示操作，讲解自己的经验与成果，同时给台下的学生答疑，如有疑难之处教师再适当给予点播和讲解。

（3）Scratch让孩子们的思维和解决问题能力得到锻炼。在学生用Scratch创作的时候，他需要有创意、有想法，进而进行设计，然后测试，看其是否可行，发现错误并及时修正，听取别人的评价和意见后，修改设计使其更完美。在整个设计中又可能产生新的想法，总之这是一个不断上升的过程。在这个不断上升的过程中，无数的问题会自然生成，促使学生不断地去解决问题，从这个过程中获得成就感。Scratch作为一种程序设计语言，它对于学生逻辑思维的训练是十分有益的。无论是前期设计时的语言描述，中期制作时舞台的设计、角色的移动、各种指令的运用、音乐的编配等，还是后期的反复修改、反复测试，都有助于他们完整而有创意地表达自己的想法，帮助他们成为一个逻辑清晰、思维有条理的人。

（4）Scratch能有效提高学生团队的合作能力。在学完一节课后，可以引导学生如何改进和完善本课，如何借鉴已经学过的课程来举一反三，创作出更多更好的作品。这样，每个小组内的学生就在一起研究设计他们的作品，在创作过程中学生们都积极主动地参与到作品的设计中，各抒己见，独立思考，互相帮助。当他们完成自己的作品后，将作品分享给其他同学，相互交流，取长补短。正因为有了团队的学习，才使学生们有了互相学习、互相评价、互相修改完善的学习过程，从而提高了学生们的团队合作意识。Scratch教学不仅教会学生熟悉一条条指令，还拓展了学生创新的思维，使学生的综合应用能力得到提高。

总之，在创作作品和编写代码的过程中，学生是编剧和导演！编程可以培养学生以下一些重要能力。

（1）逻辑推理——抽象思维能力。

（2）数学计算——数据化思考能力。自己编程实现逻辑的过程非常锻炼智力。

（3）问题解决——跨界思考能力。

（4）创新思维——系统工程思维能力。思考与设计游戏规则。

（5）联想判断——分析归纳能力。

（6）耐心缜密——合作自信能力。

（7）动手能力——动手实现程序逻辑以验证自己的思路。

（8）美术与音乐修养——给游戏设计图片、背景音乐、各种音效。

五、本丛书的目的和期望

教育部和北京师范大学的调研机构联合发布的有关STEAM教育的调查报告指出：目前，STEAM教育的关键痛点和发展瓶颈是课程研发能力以及教育模式的落后。在课程研发方面，当前国内市场缺少有实力、有经验的研发团队；在教育模式方面，缺少对STEAM教育理念的充分了解，国外在STEAM教育上的探索已有数十年之久，国内与世界最先进的项目式推进、问题式启发的STEAM课程形式大相径庭。

丛书“案例式少儿编程100课”包括四册：《Scratch3.0编程基础及指令详解》《Scratch3.0案例式少儿编程初级35课》《Scratch3.0案例式少儿编程中级35课》《Scratch3.0案例式少儿编程高级30课》。

教育要面向未来，面向现代化，面向世界。经济社会转型、科技革命、新的全球化和教育发展的新阶段，正在积累学校形态变革的势能。人类迈向未来教育、未来学校、未来学习的步伐从未停止，而今天比工业革命以来的任何时候都更能体现深刻变革。我们有责任与志同道合者一起，共同面向未来，共同迎接挑战，共同探索实践，为教育创新开辟更加宽广的道路。而未来教育、未来学校、未来学习将与STEAM跨学科教育高度融合。

将STEAM教育理念融入图形化编程教育，并采用PBL教学法进行讲解，是我们的一次探索，疏漏和不足在所难免，恳请广大读者不吝赐教。