基于 scratch少儿编程的体感教学 游戏开发模式
摘 要：为了实现多学科内容融合、发挥不同教育技术优势、引导学生多方面分析思考问题、培养学生手脑协调，本文将以STEM教育理念、体感游戏促进思维发展，从5E教学模式与Kinect教学方法出发，对当前Scratch数字体感游戏开发模式进行论述总结。并尝试借助scratch体感游戏优化小学数学中九九乘法算式教学，从而提高学生的计算思维与跨学科素养。
关键字：少儿编程；教学游戏
(一)引言
近五年来，少儿编程与STEM教育理念受到更普遍的关注。诸多国家也已将编程教育纳入必修课，并建立较为完善的编程课程体系。我国在2017年印发的《新一代人工智能发展规划》一文中明确提出：实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能课程，从而逐步推广编程教育。随着scratch的横空出世，编程游戏与STEM理念结合成为更多学者研究的主题，过去十年人们对检验数字游戏的教育潜力有着浓厚的兴趣，以求寻一种有吸引力的方式来促进学生多种技能的发展。[1]由于游戏的设计开发具有周期性，学生很难参与到系统设计的各个环节，从
而降低了数字游戏的教育潜力。随着基于运动的体感技术成为人机交互领域（NUI）的新趋势，年龄较小的学生对于运动交互游戏充满好奇，这种类型的交互游戏可以激发学生的参与积极性。
（二）相关理论基础
1.scratch少儿编程
Scratch是由美国麻省理工学院开发的一款简易图形化编程工具。主要设计并开发的一款面向少年与青少年的简易图形化编程工具。
2. STEM教育与学科融合
STEM 教育是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四门学科的简称，多门学科的结合打破学科边界，培训学生核心素养。STEM主要内容有：一是科学素养，即运用科学知识（如物理、化学、生物科学）理解自然界并参与影响自然界的过程；二是技术素养，也就是使用、管理、理解技术的能力；三是工程素养，即对技术工程设计与开发过程的理解；四是数学素养，也就是学生发现、表达、解
释和解决多种情境下的数学问题的能力。
3.体感游戏促进思维发展
卡内基梅隆大学人机交互研究所对体感游戏运用于儿童教育进行了深度的研究；在人机交互研究所组织的测试中，将实验对象学生按两组分开发放平板电脑与Kinect体感互动装置。研究人员发现，被分到Kinect体感互动装置一组的儿童学习效率更高，同时更容易搭建出稳定的结构。同时他们还发现，这些儿童非常喜欢通过Kinect来进行游戏，甚至有人还向研究人员申请将Kinect借回家中。基于上述测试结果，卡内基梅隆大学人机交互研究所认为：将体感游戏和真实物理元素混合起来，在提高学生学习能力及体验中有着巨大的潜力。
（三）教学模式研究
1.基于5E 教学模式的scratch体感游戏开发
5E教学模式是美国生物学课程研究（BSCS，1989）开发的一种基于建构主义教学理论的模式，5E教学模式共分五步，这五步分别是吸引（engagement）、探究（exploration）、解释（explanation）、迁移（elaboration）和评价（evaluation）。国内部分学者在此基础上
结合STEM教学理念与少儿编程特点提出适合少儿游戏编程设计的5E教学法：创设情境、独立探索、积木搭建、设计优化、分享体验。
本节笔者将5E教学理论与小学九九乘法算式的教学结合，从而展示5E教学模式在少儿体感游戏编程中的应用。首先，对教学分析在小学数学教学中，九九乘法算式一直都是学生学习的难点，从此出发尝试带领学生利用scratch搭建练习九九乘法算式的程序，并通过体感的方式对学生做出的答案进行判定。其次，按照5E的教学模式对问题进行拆解：（1）创设情境：通过视频和图片方式，创设了真实问题情境，在本程序中创设一个渔翁钓鱼的故事情节，渔翁会定时发出乘法算式，学生需要通过体感控制鱼钩在水下的鱼中，钓取对应数字答案的鱼。（2）独立探索：将问题继续拆解，分成渔翁如何发出乘法算式、如何生成随机答案、如何判定答案、如何通过体感的方式控制吊杆。问题拆解后学生通过之前所学，一步一步独立探索尝试列出解决方式。（3）积木搭建：在独立探索的基础上教师带领学生进行编程积木搭建。（4）设计优化：在程序顺利运行的情况上，引导学生改进程序加入更多元素丰富程序提高实用性，程序测试无误完成封装。（5）分享评价：学生之间可以互相分享自己的九九垂钓程序，通过不断的尝试与探索评价其实用性与美观性，并在不断的练习中学生逐步掌握九九乘法表，通过体感—甩杆的动作，培养学生手、眼、脑的思维结合。
2.基于kinect 的教学设计与开发阶段
基于kinect的教学设计与开发可以分为六个阶段：阶段一向学生介绍自然用户交互与scratch，阶段二理解自然交互（NUI）包括理解-设计-制作，阶段三设计kinect游戏遵循循序渐进的过程，阶段四开发kinect游戏教师进行指导与材料提供，阶段五测试与评估，阶段六形成最终的kinect游戏。
本节结合微软Kinect感应器与scratch编程对基于kinect的教学设计与开发阶段进行论述总结。阶段一（介绍）：通过实际的体感游戏案例和游戏测试样片，向学生介绍课程与自然用户交互。此外还需要教师通过相关的scratch的案例与材料帮助学生理解scratch与kinect结合的流程。阶段二（理解NUI）让学生使用Scratch和Kinect传感器，设计、创造并测试肢体动作和手势。学生尝试列举20中不同肢体动作与手势，测试Scratch和Kinect传感器的响应，从而尝试摸索出正确的算法。阶段三（设计一款Kinect游戏）学生在决策过程中设计游戏，他们在游戏设计过程中通过scratch编程软件描述他们的理念、目标人和游戏的五个核心要素（空间、游戏目标、化身/敌人的游戏界面、核心机制和规则）。[2]阶段四与阶段五的开发与测试评估阶段可作为整体内容同时进行，在游戏设计的过程中不断测试评估从而不断完善的迭代。
（四）总结与展望
随着AI的不断应用于生活中，编程教育走进基础教育教学课程中。多元的编程将会成为趋势，如何将编程内容与跨学科结合也会成为研究重点。当前我国小学生学业较为繁重，缺乏运动从长远来看这是一大隐患。本文在结合STEM教育理念的基础上结合scratch编程软件在以体感游戏为主题的情境下尝试论述相关学者对此方面的研究，总结论述了5E教学模式与基于kinect的教学设计与开发阶段少儿编程的数字体感游戏开发模式。
虽然国内对scratch编程教育的研究近年来呈井喷时的增长，但是scratch与体感主题游戏结合的研究却是凤毛麟角。相信随着硬件与软件的不断普及与成本的大大降低在未来编程体感游戏会更普遍的走进小学课堂，帮助学生通过运动与肢体动作激发与提高对学习的兴趣。
参考文献
[1]江燕,杨文正,许秋璇.Scratch游戏化教学模式构建与应用[J].现代信息科技,2020,4(15):183-185+189.
[2]孙立会,周丹华.基于Scratch的儿童编程教育教学模式的设计与构建——以小学科学为例[J].
电化教育研究,2020,41(06):75-82.

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