基于STEAM教育的App Inventor課堂教學(xué)研究

摘? 要：通過(guò)在中學(xué)App Inventor課堂教學(xué)中引入STEAM教育，著重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力?？梢允箾]有任何編程經(jīng)驗(yàn)的中學(xué)生，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)的學(xué)習(xí)以后能開發(fā)出基于安卓手機(jī)系統(tǒng)的APP應(yīng)用程序。該文以“制作手機(jī)聽單詞應(yīng)用軟件”為例，以STEAM教育為指導(dǎo)，讓學(xué)生在App Inventor程序設(shè)計(jì)中運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)來(lái)完成這一項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生對(duì)App Inventor編程的興趣，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力以及創(chuàng)造實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：App Inventor;STEAM;課堂教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP311.5;G434? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）06-0182-04

Abstract：By introducing STEAM education into App Inventor classroom teaching in middle school，we focus on cultivating studentscore literacy and ability to solve practical problems. It can enable middle school students without any programming experience to develop APP applications based on Android mobile system after simple and systematic learning. This paper takes “making mobile phone listening word application software”as an example，under the guidance of steam education，let students use science，technology，engineering，art，mathematics and other multi-disciplinary knowledge in App Inventor programming to complete this project，stimulate studentsinterest in App Inventor programming，cultivate their innovation ability and creative realization.

Keywords：App Inventor;STEAM;classroom teaching

0? 引? 言

信息科技發(fā)展迅速，信息化設(shè)備推陳出新，人們的生活、工作和學(xué)習(xí)都離不開信息科技，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，信息化手段已逐漸融入到中學(xué)各學(xué)科、各學(xué)段的課堂教學(xué)中，如線上課程、微課傳授、遠(yuǎn)程協(xié)助等。平板電腦、手機(jī)等移動(dòng)終端早已在學(xué)生群體中全面普及。在信息化社會(huì)背景下，通過(guò)App Inventor編程，把學(xué)生從信息科技的消費(fèi)者化身為創(chuàng)造者，讓他們?cè)O(shè)計(jì)與自己生活息息相關(guān)的APP應(yīng)用程序，親手創(chuàng)造與享受屬于自己的科技成果。在現(xiàn)代教學(xué)理念中，我們提倡STEAM教育理念的“做中學(xué)”和“多學(xué)科整合教學(xué)”，為App Inventor程序設(shè)計(jì)課堂教學(xué)提供新的思路。

1? STEAM教育

STEAM教育是在盛名已久的STEM教育基礎(chǔ)上增加一個(gè)藝術(shù)（Arts），形成科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）和數(shù)學(xué)（Mathematics）等跨學(xué)科的教學(xué)框架。STEM教育鼓勵(lì)綜合應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的綜合運(yùn)用能力。STEAM教育則在強(qiáng)調(diào)多學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用的基礎(chǔ)上，更傾向于發(fā)展學(xué)習(xí)者的思維，注重教學(xué)過(guò)程的元素多元化，對(duì)各學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用更豐富多樣，更利于學(xué)生綜合能力的持續(xù)發(fā)展和核心素養(yǎng)的培育。

2? App Inventor積木式編程軟件

2012年1月，美國(guó)麻省理工學(xué)院推出基于安卓系統(tǒng)的積木式編程軟件——App Inventor，為學(xué)習(xí)者筑建起一個(gè)安卓智能手機(jī)應(yīng)用APP開發(fā)平臺(tái)。對(duì)于中學(xué)生而言，他們?nèi)狈鹘y(tǒng)計(jì)算機(jī)編程的基礎(chǔ)和專業(yè)技能，但在積木式編程的App Inventor軟件上，學(xué)生可以發(fā)揮他們的想象力，根據(jù)自己的喜好自備素材去布局和配色應(yīng)用軟件的界面，自主探究完成積木程序的拼接，最終創(chuàng)作一個(gè)手機(jī)應(yīng)用APP。鑒于App Inventor編程的開放性和創(chuàng)新性等特點(diǎn)，筆者在中學(xué)App Inventor課堂教學(xué)中與STEAM教育相結(jié)合，旨在為學(xué)生提供一個(gè)藝術(shù)創(chuàng)作與科學(xué)創(chuàng)造的平臺(tái)，充分發(fā)揮他們的創(chuàng)造性思維和自主探究能力，增強(qiáng)學(xué)生多學(xué)科知識(shí)的運(yùn)用能力，培養(yǎng)他們的核心素養(yǎng)。

3? 基于STEAM教育的App Inventor課堂教學(xué)過(guò)程

在基于STEAM教育的App Inventor課堂教學(xué)中，學(xué)生需要理解App Inventor編程的科學(xué)原理，規(guī)劃編程項(xiàng)目時(shí)采用工程的思維方式，軟件的界面設(shè)計(jì)滲透學(xué)生的藝術(shù)修養(yǎng)以及技術(shù)手段，最后用他們的數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行邏輯運(yùn)算與設(shè)計(jì)，通過(guò)以上多學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用，解決APP設(shè)計(jì)與開發(fā)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，最終生成所需的手機(jī)應(yīng)用程序。教師列舉生活中App Inventor編程的例子，如“天氣預(yù)報(bào)”“手機(jī)開關(guān)燈”“創(chuàng)意涂鴉”等手機(jī)應(yīng)用軟件的功能實(shí)現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生對(duì)App Inventor程序設(shè)計(jì)的興趣，利用STEAM教育的特點(diǎn)，借助App Inventor平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，確確實(shí)實(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與問(wèn)題解決能力，筆者設(shè)計(jì)如圖1所示的課堂教學(xué)過(guò)程。

教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)生活情境，學(xué)生聯(lián)系自我實(shí)際提出課堂上需要解決的問(wèn)題——制作一款手機(jī)APP;確定項(xiàng)目后，分成若干學(xué)習(xí)小組，進(jìn)行小組討論，分析其涉及的科學(xué)原理、概念等;學(xué)生以工程思維規(guī)劃該項(xiàng)目，確定設(shè)計(jì)方案;利用已掌握的技術(shù)手段和藝術(shù)素養(yǎng)收集與處理相關(guān)素材，進(jìn)行界面的設(shè)計(jì)與布局;繪畫邏輯實(shí)現(xiàn)的流程圖，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)和工程思維完成程序代碼塊的拼接;軟件開發(fā)完成后打包分享，進(jìn)行小組互評(píng)，鼓勵(lì)學(xué)生踴躍表達(dá)自己的意見，體現(xiàn)他們的社會(huì)人文藝術(shù)素養(yǎng);學(xué)生根據(jù)大家的建議完善自己的編程項(xiàng)目，若已完成的同學(xué)可在此基礎(chǔ)上繼續(xù)拓展創(chuàng)新。

4? 基于STEAM教育的App Inventor課堂教學(xué)案例

App Inventor課堂教學(xué)過(guò)程中，教師基于STEAM教育框架，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索真知，避免向他們灌輸抽象的概念，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用多個(gè)學(xué)科知識(shí)綜合分析問(wèn)題并解決問(wèn)題。本文以“制作手機(jī)聽單詞應(yīng)用軟件”的設(shè)計(jì)和開發(fā)為例，分析基于STEAM教育的App Inventor課堂教學(xué)過(guò)程。筆者采用以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式，把學(xué)生的實(shí)際生活與課堂教學(xué)緊密聯(lián)系在一起，讓學(xué)生體會(huì)用自己能力去解決問(wèn)題的成就感，讓學(xué)生成為科技的創(chuàng)造者。

4.1? 教學(xué)準(zhǔn)備

為了培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)人文藝術(shù)素養(yǎng)，課堂上教師采用小組協(xié)作學(xué)習(xí)的形式，既要求學(xué)生獨(dú)立思考、主動(dòng)探究，又鼓勵(lì)他們小組內(nèi)互幫互助，協(xié)作學(xué)習(xí)。教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組時(shí)依據(jù)同組異質(zhì)原則，要求各小組自主推選出一名組長(zhǎng)，由組長(zhǎng)帶領(lǐng)組員一同規(guī)劃與完成本項(xiàng)目。

4.2? 提出問(wèn)題

教師以“學(xué)生通過(guò)手機(jī)APP可以隨時(shí)查詢英文單詞的正確讀音”進(jìn)入教學(xué)情境。學(xué)生進(jìn)行激烈討論，引出問(wèn)題：如何開發(fā)安卓手機(jī)應(yīng)用軟件？如何自己設(shè)計(jì)與開發(fā)一款個(gè)性化的手機(jī)聽單詞應(yīng)用軟件？

4.3? 分析問(wèn)題——科學(xué)

學(xué)生在教師的引導(dǎo)下確定本項(xiàng)目的主要問(wèn)題：

（1）使用什么軟件開發(fā)手機(jī)APP;

（2）如何設(shè)計(jì)具有個(gè)性化界面的手機(jī)聽單詞應(yīng)用軟件;

（3）如何在APP上實(shí)現(xiàn)英文單詞的發(fā)音功能。

學(xué)生小組內(nèi)協(xié)作學(xué)習(xí)與討論，分析問(wèn)題，通過(guò)查閱課本與相關(guān)資料，確定使用App Inventor軟件進(jìn)行手機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā)。學(xué)生進(jìn)入App Inventor軟件，依據(jù)聽單詞應(yīng)用軟件的界面布局和功能實(shí)現(xiàn)的需求，參照表1的第一行標(biāo)題內(nèi)容，學(xué)生獨(dú)立思考、小組共同討論分析，整體把握本項(xiàng)目可能使用到的組件及其作用等，最后完成表格填寫的學(xué)習(xí)任務(wù)。

4.4? 設(shè)計(jì)界面——藝術(shù)、技術(shù)

學(xué)生把自己心儀的圖片素材添加到App Inventor素材庫(kù)。依據(jù)表1的組件列表，本項(xiàng)目需使用“文本輸入框”“按鈕”“圖像”和“文本語(yǔ)音轉(zhuǎn)換器”共四個(gè)主要組件，依次把它們拖到App Inventor軟件的“工作區(qū)域”。學(xué)生依據(jù)自己的設(shè)計(jì)理念、思維和藝術(shù)素養(yǎng)，對(duì)部分組件進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置：

（1）選擇“文本輸入框1”，在“組件屬性”里設(shè)置文本框的高度、寬度、顯示的文字提示和位置等信息;

（2）選擇“按鈕1”，通過(guò)“組件屬性”對(duì)“按鈕1”組件的背景顏色、文本、字體、字號(hào)、圖像、位置等信息進(jìn)行自主設(shè)置，更可上傳喜歡的圖片作為按鈕的顯示標(biāo)簽;

（3）選擇“圖像1”，在“組件屬性”里設(shè)置本應(yīng)用軟件的主頁(yè)LOGO圖案，并根據(jù)聽單詞應(yīng)用軟件頁(yè)面的整體美觀性對(duì)圖像進(jìn)行大小、位置的調(diào)整;

（4）對(duì)整個(gè)軟件的界面進(jìn)行個(gè)性化布局。通過(guò)以上的若干設(shè)置，學(xué)生制作出一款極具個(gè)性化的手機(jī)聽單詞應(yīng)用軟件（如圖2所示），在設(shè)計(jì)過(guò)程中培養(yǎng)自己的藝術(shù)素養(yǎng)以及掌握App Inventor編程的基礎(chǔ)技能。

4.5? 邏輯設(shè)計(jì)——工程、數(shù)學(xué)

教師引導(dǎo)學(xué)生開展小組協(xié)作學(xué)習(xí)，小組成員共同討論項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案，積極完成程序流程圖的設(shè)計(jì)，讓他們將抽象的功能轉(zhuǎn)化為具體形象的步驟，增強(qiáng)本應(yīng)用軟件的可操作性。聽單詞應(yīng)用軟件的邏輯是在文本框錄入英文單詞后，單擊“聽單詞”按鈕，手機(jī)就可發(fā)出單詞的正確讀音。在編程時(shí)要理解事件的意義，事件是用來(lái)連接不同的程序動(dòng)作，本項(xiàng)目使用的是“被點(diǎn)擊”事件，就是說(shuō)當(dāng)組件“按鈕1”被點(diǎn)擊時(shí)，連接至“文本語(yǔ)音轉(zhuǎn)換器1”組件，該組件根據(jù)文本框輸入的文本自動(dòng)轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音發(fā)出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)聽單詞的功能。在應(yīng)用軟件邏輯設(shè)計(jì)的過(guò)程中學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計(jì)的程序流程圖，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)與工程思維去自主探究，在小組內(nèi)互相討論、協(xié)作，實(shí)時(shí)調(diào)整各組件的參數(shù)和代碼塊的拼接順序，完成聽單詞應(yīng)用軟件的邏輯設(shè)計(jì)程序編程，如圖3所示。

4.6? 作品分享與評(píng)價(jià)——藝術(shù)

學(xué)生在自主探索學(xué)習(xí)和小組協(xié)作學(xué)習(xí)的過(guò)程中能力的培養(yǎng)與提升是STEAM教學(xué)課堂的關(guān)注焦點(diǎn)。故本次課的教學(xué)評(píng)價(jià)主要包括以下幾個(gè)方面;

（1）學(xué)生的自主探究積極性;

（2）小組協(xié)作學(xué)習(xí)情況;

（3）作品展示效果。

各小組成員在完成項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，組長(zhǎng)組織進(jìn)行組內(nèi)互相評(píng)價(jià)，每一小組推選一份作品代表本小組向全班同學(xué)展示。各小組代表在向全班同學(xué)展示自己作品的過(guò)程中需要詳細(xì)闡述該作品的創(chuàng)作思路、過(guò)程與組內(nèi)協(xié)作、互評(píng)的效果。全班同學(xué)均可向該小組代表提出不同的意見，教師引導(dǎo)學(xué)生在作品展示過(guò)程中進(jìn)行自我評(píng)價(jià)和生生互評(píng)，教師最后進(jìn)行課堂的綜合點(diǎn)評(píng)。本教學(xué)環(huán)節(jié)鼓勵(lì)學(xué)生大膽地展現(xiàn)自我，鍛煉他們的溝通交際能力，培養(yǎng)學(xué)生的人文藝術(shù)素養(yǎng)。

4.7? 知識(shí)拓展

個(gè)別小組或?qū)W生通過(guò)努力，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成聽單詞應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)，教師為了激發(fā)他們產(chǎn)生更多的創(chuàng)意，不能單一固化他們的思維，可讓學(xué)生挑戰(zhàn)拓展任務(wù)：本次課的聽單詞應(yīng)用軟件是錄入英文單詞后點(diǎn)擊按鈕就可聽到單詞的正確讀音，學(xué)生可嘗試使用其他組件（如傳感器），實(shí)現(xiàn)手機(jī)搖一搖就能聽到單詞的功能。

4.8? 教學(xué)效果

大部分學(xué)生已熟練掌握組件設(shè)計(jì)和編程設(shè)計(jì)的方法，但不同學(xué)生之間的動(dòng)手能力和理解水平還是存在差異的，教師采用小組協(xié)作學(xué)習(xí)的方式，既能發(fā)揮學(xué)生“以點(diǎn)帶面”的功效，又能培養(yǎng)他們的溝通交流能力，更能保證課堂秩序的有條不紊。本次課程綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)去設(shè)計(jì)與開發(fā)App Inventor項(xiàng)目，課堂上以學(xué)生為主體，教師為引導(dǎo)，讓學(xué)生“做中學(xué)，學(xué)中做”，完成真正的意義建構(gòu)，體驗(yàn)解決問(wèn)題的完整過(guò)程，讓學(xué)生從科技的消費(fèi)者化身為科技的創(chuàng)造者。

5? 結(jié)? 論

基于STEAM教育的App Inventor課堂教學(xué)，不只是關(guān)注學(xué)生最后是否開發(fā)出高質(zhì)量的應(yīng)用軟件，更看重課堂的教學(xué)過(guò)程，注重培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，激發(fā)他們的創(chuàng)意。隨著App Inventor在國(guó)內(nèi)中學(xué)階段的普及教學(xué)，越來(lái)越多學(xué)者關(guān)注它的教學(xué)價(jià)值。本文以“制作手機(jī)聽單詞應(yīng)用軟件”為課例設(shè)計(jì)基于STEAM教育的App Inventor課堂教學(xué)模式，希望能為一線教師提供一些參考。

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作者簡(jiǎn)介：謝學(xué)斌（1983-），男，漢族，廣東河源人，高級(jí)工程師，碩士學(xué)位，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：App Inventor、人工智能。