基于STEM理念6E學(xué)習(xí)模式的中學(xué)編程項(xiàng)目學(xué)習(xí)與案例設(shè)計(jì)

王雅蕓

概念界定

1.STEM理念

習(xí)近平總書(shū)記在十九大報(bào)告中指出，創(chuàng)新是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的戰(zhàn)略支撐，是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力[1]。而創(chuàng)新主要來(lái)自科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)學(xué)科的進(jìn)步[2]，是一個(gè)高度互動(dòng)和多學(xué)科融合過(guò)程。1896年，為了適應(yīng)學(xué)科綜合化發(fā)展和社會(huì)對(duì)高素質(zhì)復(fù)合型人才的需求趨勢(shì)，美國(guó)最先提出STEM[Science（科學(xué)），Technology（技術(shù)），Engineering（工程）and Mathematics（數(shù)學(xué)）]教育，建立了一種全新的教育理念和培養(yǎng)范式，于是STEM這種有目的地整合各學(xué)科的“協(xié)同式”教育教學(xué)模式進(jìn)入我們的視野。

2.6E學(xué)習(xí)模式

美國(guó)國(guó)際技術(shù)與工程教育學(xué)會(huì)于2014年提出6E[3]，即6E學(xué)習(xí)模式，在原有的皮亞杰（Piaget）的5E學(xué)習(xí)環(huán)模式的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)E，形成了6個(gè)E環(huán)節(jié)，即投入（Engagement）、探索（Exploration）、解釋?zhuān)‥xplanation）、深化（Enrich）、工程 （Engineer）和評(píng)價(jià)（Evaluation）。這6個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)相對(duì)獨(dú)立且相互聯(lián)系，是基于STEM教育理念的典型學(xué)習(xí)模式[4]，該學(xué)習(xí)模式廣泛運(yùn)用于工科類(lèi)學(xué)科的教學(xué)工作，強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)參與者為“活動(dòng)中心”，相比傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式更適合培養(yǎng)創(chuàng)新型和探究型人才。

3.項(xiàng)目學(xué)習(xí)

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，簡(jiǎn)稱(chēng)PBL）模式是STEM教育理念主要的學(xué)習(xí)方式之一，主要是以現(xiàn)實(shí)問(wèn)題解決或項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主。在中學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)活動(dòng)中，教師可以根據(jù)學(xué)生興趣和不同學(xué)科知識(shí)的特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，即以項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施為載體，將學(xué)術(shù)性的學(xué)科知識(shí)轉(zhuǎn)化為可解決實(shí)際問(wèn)題的生活性知識(shí)[5]。2017版高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)開(kāi)展基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，新課標(biāo)在“實(shí)施建議”中提到“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)是指學(xué)生在教師的引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，以解決問(wèn)題為導(dǎo)向開(kāi)展方案設(shè)計(jì)、新知學(xué)習(xí)、實(shí)踐探索，具有創(chuàng)新特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)”。

研究概述

1.軟件介紹

研究選用Python3.8解釋器來(lái)開(kāi)展基于STEM理念的6E學(xué)習(xí)模式的中學(xué)項(xiàng)目學(xué)習(xí)。Python語(yǔ)言于20世紀(jì)90 年代初由荷蘭數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)研究學(xué)會(huì)的吉多·范羅蘇姆設(shè)計(jì)，Python語(yǔ)言由于具有簡(jiǎn)潔性、易讀性以及可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，已經(jīng)成為最受歡迎的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一。從2004年以后，Python的使用率呈線(xiàn)性增長(zhǎng)，2011年1月，它被TIOBE編程語(yǔ)言排行榜評(píng)為2010年度語(yǔ)言。由于Python解釋器比較容易擴(kuò)展，提供了高效的高級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還能簡(jiǎn)單有效地面向?qū)ο缶幊?，在?guó)外用Python做科學(xué)計(jì)算的研究機(jī)構(gòu)日益增多，一些知名大學(xué)已經(jīng)采用Python來(lái)教授程序設(shè)計(jì)課程。廣東信息技術(shù)2019粵教版已將Python語(yǔ)言納入課本教材。

2.學(xué)習(xí)者特征分析

研究中課程的授課對(duì)象是高中一年級(jí)學(xué)生，從學(xué)生對(duì)代碼編程知識(shí)的掌握情況來(lái)看，有兩種情況，一種是部分學(xué)生在初中階段接觸過(guò)圖形化編程，進(jìn)入高中學(xué)段后，對(duì)代碼編程有一定的畏難情緒，另一種是部分學(xué)生在高中以前沒(méi)有編程經(jīng)歷，編程思維基礎(chǔ)較差。總的來(lái)說(shuō)，高一學(xué)生思維活躍，對(duì)新的事物充滿(mǎn)好奇，且有探索的欲望，具備邏輯思維和推理演繹的能力。

在前一章的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)經(jīng)歷了利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的基本過(guò)程，已經(jīng)有了流程圖和基本語(yǔ)句語(yǔ)法的知識(shí)基礎(chǔ)，也具備一定的邏輯思維能力和Python代碼所需要的英語(yǔ)學(xué)科知識(shí)，但由于受定向思維習(xí)慣的影響，學(xué)生對(duì)情境問(wèn)題的分析和程序的應(yīng)用能力較弱。

課程案例活動(dòng)設(shè)計(jì)——以“防疫知識(shí)問(wèn)答”編程項(xiàng)目活動(dòng)為例

1.Engage（投入）

參與環(huán)節(jié)即課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，目的是吸引學(xué)生學(xué)習(xí)的好奇心和興趣，教師在該環(huán)節(jié)設(shè)置有意義的學(xué)習(xí)活動(dòng)，如提出問(wèn)題、創(chuàng)設(shè)情境，激活學(xué)生原有知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生在此環(huán)節(jié)中感受體驗(yàn)情境，明確目標(biāo)與任務(wù)，調(diào)用原有知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，為即將到來(lái)的“探索”活動(dòng)奠定組織基礎(chǔ)。

2.Explore（探索）

探索環(huán)節(jié)是6E學(xué)習(xí)環(huán)的中心環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)中教師組織和引導(dǎo)學(xué)生自己或以小組為單位對(duì)課程開(kāi)展探究活動(dòng)，觀(guān)察規(guī)律，了解概念，教師在探究過(guò)程中進(jìn)行指導(dǎo)，扮演引導(dǎo)者的角色，參與和反饋探究。學(xué)生在此環(huán)節(jié)要做到獨(dú)立探究、小組合作探究、分享與反思探究，最終做到了解新概念，培養(yǎng)自身的探究能力。詳細(xì)教學(xué)活動(dòng)如表1所示。

3.Explain（解釋?zhuān)?/p>

在完成探索環(huán)節(jié)后，教師通過(guò)提問(wèn)，細(xì)化所學(xué)知識(shí)，在引導(dǎo)學(xué)生完成自主探究后，對(duì)探究的過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行展示和分析。教師在此環(huán)節(jié)中可采用多種教學(xué)策略輔助概念解釋?zhuān)饕獛椭鷮W(xué)生進(jìn)一步修正和完善概念，并做出解釋?zhuān)瑸橄乱画h(huán)節(jié)做鋪墊。詳細(xì)教學(xué)活動(dòng)如下頁(yè)表2所示。

4.Engineer（工程）

在學(xué)習(xí)新概念之后，教師向?qū)W生介紹項(xiàng)目及所需資源，學(xué)生需要靈活運(yùn)用新概念，通過(guò)應(yīng)用概念實(shí)踐，利用學(xué)科知識(shí)和技術(shù)去建立問(wèn)題解決方案的程序，包括明確任務(wù)、初步設(shè)計(jì)、畫(huà)圖標(biāo)識(shí)、進(jìn)行項(xiàng)目相關(guān)制作與測(cè)試等，目的是讓學(xué)生有機(jī)會(huì)對(duì)知識(shí)點(diǎn)主題有更深入的理解，學(xué)生在探究過(guò)程中，進(jìn)一步檢驗(yàn)自己的理論探究成果。

5.Enrich（深化）

深化階段的目的是引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已掌握的知識(shí)與技能進(jìn)行發(fā)散思維，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到更廣泛的工程設(shè)計(jì)中，加強(qiáng)對(duì)新概念的提升和遷移，深入地探索他們所學(xué)的知識(shí)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸和拓展，并將概念轉(zhuǎn)化為更復(fù)雜的問(wèn)題。詳細(xì)教學(xué)活動(dòng)如下頁(yè)表3所示。

6.Evaluate（評(píng)價(jià)）

此環(huán)節(jié)可以促進(jìn)師生、生生之間的互動(dòng)與交流，可采用小組討論、提問(wèn)、學(xué)習(xí)成果展示、紙筆測(cè)驗(yàn)等多樣化評(píng)價(jià)方式，讓師生共同決定新概念的學(xué)習(xí)和理解程度。在教師的鼓勵(lì)下，學(xué)生樂(lè)于解釋、分享和總結(jié)探究過(guò)程和結(jié)果，進(jìn)行自評(píng)、互評(píng)。教師在此過(guò)程中根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，給予及時(shí)、恰當(dāng)、正確的反饋信息。

結(jié)論

著名教育學(xué)家皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論認(rèn)為，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，在外部環(huán)境的不斷作用下提升認(rèn)知。開(kāi)展基于6E學(xué)習(xí)模式的教學(xué)，通過(guò)創(chuàng)設(shè)學(xué)生所熟悉的項(xiàng)目情境，從填空題到選擇題再到完成項(xiàng)目，由淺入深地考查條件語(yǔ)句的基本應(yīng)用，讓學(xué)生在課堂中充分地進(jìn)行“自主、探究、合作、交流、評(píng)價(jià)、反思、內(nèi)化”，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)操作和實(shí)踐的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表自己的意見(jiàn)，與同伴交流，體驗(yàn)算法在解決問(wèn)題中的重要作用，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、解決復(fù)雜問(wèn)題能力，進(jìn)而提高學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)：

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