Steam教育理念下的課例研究

范竹青

摘要：在追求創(chuàng)新的21世紀(jì)，steam教育作為一種對(duì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)有效途徑，已成為世界各國(guó)教育界的共識(shí)，在這樣的教育浪潮下，小學(xué)信息技術(shù)應(yīng)開(kāi)展怎樣的改革？本文以小學(xué)scratch程序設(shè)計(jì)教學(xué)開(kāi)展實(shí)踐研究，指出steam教育理念下的信息技術(shù)教學(xué)應(yīng)考慮情境導(dǎo)入的真實(shí)性、學(xué)科設(shè)計(jì)的整合性、任務(wù)設(shè)置的分層性及開(kāi)放性等原則，突出跨學(xué)科、趣味性、情境性和協(xié)作性特點(diǎn)。本研究旨在為steam教育理念下信息技術(shù)教學(xué)的開(kāi)展提供參考。

關(guān)鍵詞：steam教育;scratch程序設(shè)計(jì);教學(xué)研究

一、steam教育理念

STEAM 是以科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、 工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）為主要課程的教育，是通過(guò)整合四門(mén)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)容指引教學(xué)和學(xué)習(xí)的途徑和方法，STEM教育并不是將這四門(mén)課程知識(shí)的簡(jiǎn)單疊加，強(qiáng)調(diào)將多學(xué)科內(nèi)容的交叉融合形成有機(jī)整體的跨學(xué)科教育。學(xué)科知識(shí)的獲取是STEM 教育的基礎(chǔ)，而能夠理解學(xué)科知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系是 STEM 教育的本質(zhì)[1]。2006 年，美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué) Georgette Yakman 教授及其團(tuán)隊(duì)在原有 STEM 教育的基礎(chǔ)上融入了藝術(shù)（Arts）學(xué)科，使得原有偏理工科特點(diǎn)的 STEM 教育學(xué)科更加廣泛、視野更加開(kāi)闊[2]，學(xué)生從更多視角認(rèn)識(shí)不同學(xué)科之間的聯(lián)系。至此，STEAM 教育理念正式形成。2016年6月“STEAM教育”首次被我國(guó)寫(xiě)入“十三五”規(guī)劃，“積極探索信息技術(shù)在“眾創(chuàng)空間”、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，養(yǎng)成數(shù)字化學(xué)習(xí)習(xí)慣，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，發(fā)揮信息化面向未來(lái)培養(yǎng)高素質(zhì)人才的支撐引領(lǐng)作用。”[3]。積極開(kāi)展STEAM教育，塑造綜合型創(chuàng)新人才已成為世界各國(guó)教育界的共識(shí)。

二、scratch程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

Scratch是一種圖形化的編程工具，也稱為貓抓，一款由麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的兒童編程軟件。scratch包括動(dòng)作、事件、外觀、控制、聲音、偵測(cè)、畫(huà)筆、數(shù)字和邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)等九大控件，其采用視覺(jué)化積木組合式程序設(shè)計(jì)概念，兒童可以通過(guò)拖曳、組合各類積木的方式來(lái)取代直接編寫(xiě)程序代碼，避免輸入錯(cuò)誤代碼的困擾，兒童直接用鼠標(biāo)以點(diǎn)選、拖曳各類積木的方式將指令移到程序腳本區(qū)，實(shí)現(xiàn)玩轉(zhuǎn)編程。2019年1月2日麻省理工學(xué)院最新發(fā)布的scratch3.0版本，更是整合并添加了拓展模塊，例如翻譯功能可以翻譯多種語(yǔ)言;文字朗讀模塊，可以讓角色真正的“說(shuō)話”;新擴(kuò)展的Makey Makey插件，把創(chuàng)意有趣味性的硬件加進(jìn)來(lái)，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的智能互聯(lián)功能;樂(lè)高EV3在新版本中可以使用，增加了應(yīng)用場(chǎng)景。此外Scratch還可以用來(lái)創(chuàng)造互動(dòng)式故事、動(dòng)畫(huà)、游戲、音樂(lè)和藝術(shù)，由此加強(qiáng)學(xué)習(xí)者對(duì)程序設(shè)計(jì)的認(rèn)知。有了scratch工具，小學(xué)生的程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)不再是一門(mén)枯燥的功課，而是一門(mén)充滿趣味性和創(chuàng)造性的課堂。

三、基于STEAM教育理念的小學(xué)scratch信息技術(shù)課堂

1、教學(xué)設(shè)計(jì)原則

STEAM教育從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是一種跨學(xué)科整合的教育，學(xué)生綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)創(chuàng)造性的解決問(wèn)題，基于STEAM教育本質(zhì)上的考慮，筆者課堂設(shè)計(jì)從導(dǎo)入情境真實(shí)性、學(xué)科整合性、任務(wù)分層性及開(kāi)放性三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行。在選擇scratch教學(xué)內(nèi)容上，筆者特地挑選了蘇教版小學(xué)五年級(jí)信息技術(shù)《小貓出題》一課，課程中涉及數(shù)學(xué)知識(shí)比較多，適合與數(shù)學(xué)學(xué)科開(kāi)展整合課堂?！缎∝埑鲱}》一課主要介紹變量在Scratch中的運(yùn)用，以小貓出題為主線，貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容。本課內(nèi)容分為三個(gè)部分，第一部分是新建所需要的變量，提醒學(xué)生輸入變量名稱時(shí)要注意它的意義，并且繪畫(huà)出運(yùn)算符號(hào);第二部分是對(duì)變量進(jìn)行賦值，將隨機(jī)數(shù)的值賦給變量，并將輸入的結(jié)果與答案進(jìn)行判斷，這也是一個(gè)難點(diǎn);第三個(gè)部分是添加循環(huán)次數(shù)，主要是通過(guò)重復(fù)執(zhí)行次數(shù)的控件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2、課堂流程

“導(dǎo)入情境的真實(shí)性”是steam教育的首要考慮元素，課堂伊始，教師給學(xué)生拋出問(wèn)題：一年級(jí)的弟弟要練習(xí)10以內(nèi)的數(shù)學(xué)加法題，五年級(jí)的哥哥準(zhǔn)備給弟弟設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的出題器，要每次出題都不一樣，并且能夠判斷弟弟回答正確與否，一起來(lái)做一個(gè)簡(jiǎn)易的出題器。學(xué)生觀看案例出題器的出題過(guò)程，分析出題器程序要實(shí)現(xiàn)的功能，教師引出新授概念——變量。學(xué)生完成變量賦值（隨機(jī)數(shù)）后，開(kāi)始邏輯判斷過(guò)程，因?yàn)榍榫持惺菐椭荒昙?jí)的弟弟完成出題功能，題目設(shè)置比較簡(jiǎn)單?；趯?duì)steam教育跨學(xué)科整合性的考慮，五年級(jí)的學(xué)生數(shù)學(xué)上正學(xué)習(xí)小數(shù)加減法，筆者在課堂上設(shè)計(jì)了升級(jí)任務(wù)：哥哥要升級(jí)出題器程序，開(kāi)發(fā)一款針對(duì)五年級(jí)學(xué)生的小數(shù)加法練習(xí)的出題器。此時(shí)學(xué)生需要考慮的數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)比較多：根據(jù)小數(shù)的意義，如何讓小數(shù)呈賦值給變量，設(shè)計(jì)一位小數(shù)還是多位小數(shù)的加法運(yùn)算？學(xué)生綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)與信息課堂知識(shí)，設(shè)計(jì)適合五年級(jí)學(xué)生練習(xí)用的出題器?；诜謱哟谓虒W(xué)考慮，筆者設(shè)計(jì)分層任務(wù)和開(kāi)放性的任務(wù)設(shè)計(jì)，在拓展任務(wù)環(huán)節(jié)，教師再次升級(jí)任務(wù)難度，出題器一直在出加法題目，如何讓它變“聰明”，實(shí)現(xiàn)減法題目的生成？學(xué)生開(kāi)始進(jìn)一步思考，適合一年級(jí)弟弟的出題器一定是滿足“被減數(shù)大于減數(shù)的條件”，不能出現(xiàn)負(fù)數(shù)情況，因而在將產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)賦值給變量后需加以事先判斷——第一個(gè)數(shù)大于第二個(gè)數(shù);而針對(duì)哥哥本人的出題器，由于數(shù)學(xué)上已經(jīng)了解了負(fù)數(shù)的概念，如果出現(xiàn)被減數(shù)小于減數(shù)情況，也能夠理解其意義。需要指出的是，在整個(gè)scratch制作過(guò)程中，學(xué)生一直需要考慮的是如何用美術(shù)知識(shí)讓出題器界面變得美觀、實(shí)用，這也再次體現(xiàn)了steam教育跨學(xué)科整合的理念。在開(kāi)放性任務(wù)上，學(xué)生還有更多發(fā)揮的空間，如何將出題器設(shè)計(jì)成計(jì)算器，讓用戶隨心所欲的進(jìn)行計(jì)算？甚至，結(jié)合3D打印知識(shí)和技術(shù)，設(shè)計(jì)出一款真正的實(shí)物版出題器和計(jì)算器，對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)、編程知識(shí)、科學(xué)知識(shí)、美術(shù)知識(shí)的學(xué)習(xí)更是進(jìn)一步的探索，且具有現(xiàn)實(shí)意義，這顯然不是一兩節(jié)課就能實(shí)現(xiàn)的，這也正是steam教育的魅力，在實(shí)踐中朝著創(chuàng)新發(fā)展。

四、結(jié)語(yǔ)

Steam教育是以科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)對(duì)問(wèn)題或項(xiàng)目進(jìn)行探討，“整合性”是其鮮明特征，在整合的過(guò)程中，學(xué)生綜合運(yùn)用各科知識(shí)創(chuàng)新性地解決實(shí)際問(wèn)題。本研究知識(shí)針對(duì)小學(xué)scratch教學(xué)進(jìn)行steam教育實(shí)踐初探，對(duì)課程設(shè)計(jì)上存在眾多的不足，也正是今后努力的方向。未來(lái)，steam教育方興未艾！

參考文獻(xiàn)：

[1] 李雁冰. “科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)”教育運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)反思與實(shí)踐問(wèn)題———對(duì)話加拿大英屬哥倫比亞大學(xué) Nashon 教授[J]. 全球教育展望，2014（11）：3-8.

[2] 趙慧臣 ，陸曉婷. 開(kāi)展 STEAM 教育 ，提高學(xué)生創(chuàng)新能力 ———訪美國(guó) STEAM 教育知名學(xué)者格雷特·亞克門(mén)教授[J]. 開(kāi)放教育研究，2016（5）：4-10.

[3]教育部.教育信息化“十三五”規(guī)劃[EB/OL]http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html