融合信息技術(shù)的新加坡STEAM教育經(jīng)驗(yàn)與啟示

張一鳴 董貝貝 向金 白欣

STEAM教育是包括科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)在內(nèi)的跨學(xué)科教育。近年來(lái)，STEAM教育在我國(guó)正如火如荼發(fā)展，同時(shí)也面臨諸多問(wèn)題。筆者對(duì)國(guó)內(nèi)小學(xué)課程設(shè)置情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，分科教學(xué)仍是被普遍采用的教學(xué)方式。目前，我國(guó)開(kāi)展信息技術(shù)教育的普遍方式是單獨(dú)開(kāi)設(shè)一門“信息技術(shù)”課程，將其與各個(gè)學(xué)科割裂開(kāi)來(lái)進(jìn)行教學(xué)。這是我國(guó)STEAM教育和信息技術(shù)教育發(fā)展面臨的困境。2021年6月25日，國(guó)務(wù)院發(fā)布《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)規(guī)劃綱要（2021—2035年）》，提出“推進(jìn)信息技術(shù)與科學(xué)教育深度融合，推行場(chǎng)景式、體驗(yàn)式、沉浸式學(xué)習(xí)”^[1]。新加坡早在20世紀(jì)70年代末就意識(shí)到信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。1997—2015年，新加坡教育部共發(fā)布了四部教育信息化發(fā)展規(guī)劃，每期規(guī)劃都以培養(yǎng)學(xué)生能力為核心，明確提出要培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，且每部發(fā)展規(guī)劃都在繼承前一部發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ)上有所改進(jìn)^[2]。新加坡編制教育信息化發(fā)展規(guī)劃，致力于培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)21世紀(jì)發(fā)展所需的技能，即成為自信的合作者、自主的學(xué)習(xí)者、關(guān)注社會(huì)的公民及積極的貢獻(xiàn)者，重視教師信息化教學(xué)能力的培養(yǎng)和提升，融合教育信息技術(shù)建立起一套完善的體系。新加坡小學(xué)融合信息技術(shù)的STEAM教育理念和做法，可以為我國(guó)小學(xué)STEAM教育及教育信息化發(fā)展提供借鑒。

一、新加坡小學(xué)STEAM教學(xué)大綱解讀

新加坡小學(xué)將信息技術(shù)融入各個(gè)學(xué)科的教學(xué)大綱中，并均體現(xiàn)STEAM教學(xué)的特點(diǎn)，指導(dǎo)各科教師進(jìn)行跨學(xué)科的數(shù)字化教學(xué)。下面筆者以新加坡小學(xué)的科學(xué)、數(shù)學(xué)、社會(huì)學(xué)習(xí)（Social Studies）、跨學(xué)科專題作業(yè)（Interdisciplinary Project Work，IPW）的教學(xué)大綱為例，對(duì)新加坡小學(xué)各學(xué)科融合信息技術(shù)的教學(xué)要求進(jìn)行解讀。

（一）新加坡小學(xué)科學(xué)教學(xué)大綱有關(guān)信息技術(shù)的論述

新加坡頒布小學(xué)科學(xué)教學(xué)大綱，提出了教師開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)策略：“鼓勵(lì)教師將信息技術(shù)和國(guó)民教育融入研究性學(xué)習(xí)的活動(dòng)中，在調(diào)查的過(guò)程運(yùn)用信息技術(shù)，促進(jìn)學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)?！崩纾處熇迷诰€協(xié)作工具可以幫助學(xué)生在學(xué)校內(nèi)分享和討論他們的想法或發(fā)現(xiàn)，并咨詢領(lǐng)域?qū)＜襾?lái)擴(kuò)展他們的學(xué)習(xí)內(nèi)容。再如，聯(lián)上互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備可用于促進(jìn)學(xué)生在情境學(xué)習(xí)中的數(shù)據(jù)收集和分析，其中模擬工具可用于研究和理解抽象概念，以操縱變量來(lái)推斷變量之間的關(guān)系。新加坡小學(xué)科學(xué)采用融合信息技術(shù)的方式教學(xué)效果顯著，一方面師生借助信息技術(shù)拓展了資源，另一方面學(xué)生使用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)。

（二）新加坡小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)大綱有關(guān)信息技術(shù)的論述

新加坡小學(xué)將信息技術(shù)教學(xué)放在培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)21世紀(jì)發(fā)展所需技能的重要地位。新加坡小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)大綱寫明：“使用信息技術(shù)的能力是21世紀(jì)技能之一，而對(duì)于這一能力的培養(yǎng)也會(huì)促進(jìn)21世紀(jì)技能中的其他技能，例如合作學(xué)習(xí)、批判性思考和問(wèn)題解決能力的發(fā)展?！蓖瑫r(shí)對(duì)教師提出要求：“教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生使用信息技術(shù)學(xué)習(xí)的能力。教師應(yīng)使用信息技術(shù)對(duì)數(shù)學(xué)概念進(jìn)行演示，將其可視化，從而幫助學(xué)生理解數(shù)學(xué)概念。同時(shí)還應(yīng)利用信息技術(shù)支持學(xué)生的探索和實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)大學(xué)生可以接觸到的問(wèn)題的范圍?！?/p>

以數(shù)學(xué)學(xué)科為例，學(xué)科知識(shí)內(nèi)容對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)往往是非常抽象的。對(duì)于學(xué)生解決數(shù)學(xué)問(wèn)題涉及的“數(shù)學(xué)建?！?，新加坡小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)大綱給出了定義，“數(shù)學(xué)建模是制定和改進(jìn)數(shù)學(xué)模型以表示和解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程。通過(guò)數(shù)學(xué)建模，學(xué)生學(xué)會(huì)處理歧義，建立聯(lián)系，選擇和應(yīng)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)概念和技能，識(shí)別假設(shè)并思考現(xiàn)實(shí)世界問(wèn)題的解決方案，并根據(jù)給定或收集的數(shù)據(jù)做出明智的決策”。同時(shí)要求學(xué)生在建模和解決問(wèn)題的過(guò)程中，選擇并使用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法和工具解決問(wèn)題并提出解決方案。教師教學(xué)應(yīng)堅(jiān)持三項(xiàng)原則，其中之一便是“教學(xué)應(yīng)該將學(xué)習(xí)與現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)系起來(lái)，利用信息技術(shù)培養(yǎng)21世紀(jì)的核心能力”。教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)利用信息技術(shù)講解數(shù)學(xué)在現(xiàn)實(shí)世界中的應(yīng)用，并幫助學(xué)生理解和欣賞數(shù)學(xué)是如何應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)生活中，以及如何在現(xiàn)實(shí)世界中使用數(shù)學(xué)來(lái)建模和解決問(wèn)題，從而讓學(xué)生看到數(shù)學(xué)的意義和與現(xiàn)實(shí)的相關(guān)性。在這一過(guò)程中，信息技術(shù)起到將數(shù)學(xué)與現(xiàn)實(shí)聯(lián)系的橋梁作用，使數(shù)學(xué)中抽象的概念具象化。

（三）新加坡小學(xué)社會(huì)學(xué)習(xí)教學(xué)大綱有關(guān)信息技術(shù)的論述

新加坡小學(xué)社會(huì)學(xué)習(xí)教學(xué)大綱結(jié)合21世紀(jì)技能框架明確要求學(xué)生通過(guò)實(shí)地學(xué)習(xí)活動(dòng)，學(xué)會(huì)與他人合作，并收集和處理各類社會(huì)信息。包括“新加坡移民和領(lǐng)導(dǎo)人貢獻(xiàn);我們的共同身份、共同經(jīng)驗(yàn)和價(jià)值觀;如何團(tuán)結(jié)我國(guó)人民;如何滿足我們的需求，克服面臨的挑戰(zhàn);新加坡的環(huán)境和發(fā)展;四種古代文明和過(guò)去其他文明遺產(chǎn)的信息”等。學(xué)生要在收集和處理各類社會(huì)信息的過(guò)程中，探索信息與周圍的人和地方的關(guān)系，發(fā)展使用多種演示模式記錄學(xué)習(xí)過(guò)程的能力，以及與他人交流的技能。社會(huì)學(xué)習(xí)中很重要的能力就是收集和處理社會(huì)信息的能力。教師借助信息技術(shù)教學(xué)能夠讓學(xué)生更充分、深入地理解社會(huì)。

（四）新加坡小學(xué)跨學(xué)科專題作業(yè)教學(xué)大綱有關(guān)信息技術(shù)的論述

新加坡小學(xué)跨學(xué)科專題作業(yè)課程大綱中建議：“課程的目標(biāo)之一是通過(guò)同伴或小組分享活動(dòng)和學(xué)生角色扮演，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，使其具有一定程度的自我學(xué)習(xí)能力，學(xué)會(huì)如何查找參考資料和使用互聯(lián)網(wǎng)等資源?！蓖瑫r(shí)，大綱對(duì)于信息技術(shù)在合作學(xué)習(xí)中的重要性也通過(guò)具體案例進(jìn)行說(shuō)明。2002年7—8月，新加坡教育研究協(xié)會(huì)對(duì)一個(gè)IPW項(xiàng)目進(jìn)行課堂觀察：31名小學(xué)四年級(jí)學(xué)生被分成5組，每組4名學(xué)生。學(xué)生被分配角色并接受角色訓(xùn)練，根據(jù)給定的主題“植物及其生長(zhǎng)”進(jìn)行科學(xué)項(xiàng)目的規(guī)劃和準(zhǔn)備。在計(jì)劃和準(zhǔn)備之后，學(xué)生在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備設(shè)計(jì)的幻燈片。在教室和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了五次觀察后，他們開(kāi)始渴望進(jìn)行IPW學(xué)習(xí)，并在課程中不斷利用信息技術(shù)，例如借助翻譯軟件查找“參考書目”等單詞的英文拼寫等^[3]。

IPW是新加坡小學(xué)和中學(xué)都開(kāi)設(shè)的一門STEAM課程，不同學(xué)校以不同的活動(dòng)內(nèi)容為載體。例如，Concord小學(xué)以烹飪活動(dòng)作為載體，開(kāi)設(shè)了“思維廚師計(jì)劃”課程。開(kāi)設(shè)這一課程旨在為學(xué)生提供機(jī)會(huì)，讓學(xué)生綜合不同學(xué)習(xí)領(lǐng)域的知識(shí)，批判性和創(chuàng)造性地將其應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中。通過(guò)IPW，學(xué)生將能夠運(yùn)用創(chuàng)造性和批判性思維技能，提高溝通技巧（口頭和書面），培養(yǎng)協(xié)作學(xué)習(xí)技能，發(fā)展自主和自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)技能，體驗(yàn)烹飪或烘焙等。IPW的教學(xué)成果與教育預(yù)期結(jié)果一致（見(jiàn)表1）。

二、新加坡小學(xué)STEAM課程案例解析

新加坡教育部頒布小學(xué)各個(gè)學(xué)科的教學(xué)大綱，對(duì)信息技術(shù)在小學(xué)各個(gè)學(xué)科中的融入做出明確要求。2014年，新加坡政府發(fā)起“編碼@新加坡政府”（CODE@SG）項(xiàng)目，在學(xué)校和社區(qū)開(kāi)展基于Micro：bit的教育活動(dòng)，旨在發(fā)展全民計(jì)算思維^[4]。下面筆者以CODE@SG項(xiàng)目網(wǎng)站上小學(xué)各個(gè)學(xué)科的典型課程為例進(jìn)行分析，從而深入地理解新加坡融合信息技術(shù)的小學(xué)STEAM教育。

（一）科學(xué)：“節(jié)約用水”課程案例

“解決真實(shí)問(wèn)題”一直是新加坡開(kāi)展STEAM教育所積極倡導(dǎo)的理念。新加坡小學(xué)STEAM課程案例中的絕大多數(shù)主題都是基于與學(xué)習(xí)者生活、社會(huì)緊密相關(guān)的情境而設(shè)置的自然和社會(huì)問(wèn)題，讓學(xué)生在解決真實(shí)問(wèn)題的過(guò)程中使用并掌握信息技術(shù)。新加坡小學(xué)科學(xué)課程“節(jié)約用水”，就是一個(gè)從節(jié)約用水的實(shí)際問(wèn)題出發(fā)來(lái)設(shè)計(jì)的STEAM課例。以解決環(huán)境問(wèn)題為目標(biāo)，學(xué)生三人一組，使用Micro：bit編程設(shè)計(jì)并制作一部自動(dòng)澆水裝置。教師根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，循序漸進(jìn)地介紹各種測(cè)量和感應(yīng)裝置（土壤濕度感應(yīng)器、DC水泵）的工作原理和使用方法，并讓學(xué)生通過(guò)編程建立測(cè)量（或感應(yīng)）裝置與自動(dòng)澆水裝置之間的聯(lián)系。學(xué)生建立植物自動(dòng)澆水系統(tǒng)，運(yùn)用信息技術(shù)收集并分析土壤濕度數(shù)據(jù)，深化對(duì)水資源保護(hù)的認(rèn)識(shí)，引發(fā)對(duì)資源和環(huán)境保護(hù)的思考。學(xué)生掌握編程技能后，可將編程知識(shí)用于解決實(shí)際問(wèn)題。

（二）數(shù)學(xué)：“十進(jìn)制貨幣加法”課程案例

新加坡小學(xué)數(shù)學(xué)課程“十進(jìn)制貨幣加法”是一個(gè)運(yùn)用信息技術(shù)幫助學(xué)生學(xué)習(xí)加法運(yùn)算的STEAM課例。學(xué)生需要使用Makecode和Micro：bit編程軟件編寫硬幣計(jì)數(shù)器的代碼并構(gòu)建簡(jiǎn)單的原型，實(shí)現(xiàn)運(yùn)用十進(jìn)制進(jìn)行貨幣加法運(yùn)算;同時(shí)，使用吸管、連接器和可回收材料構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字硬幣銀行。該課例不僅涉及數(shù)學(xué)知識(shí)的教授，而且涉及使用電子表格和其他軟件進(jìn)行數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)，融合數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)編程以及實(shí)踐操作進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)。在此過(guò)程中，學(xué)生習(xí)得加法運(yùn)算的能力，建構(gòu)知識(shí)系統(tǒng)，并將其用于解決日常生活中的問(wèn)題。學(xué)生學(xué)習(xí)這個(gè)案例后，在遇到如購(gòu)物過(guò)程中付錢、找零等類似場(chǎng)景問(wèn)題時(shí)，就會(huì)利用所學(xué)的知識(shí)和方法解決。

（三）社會(huì)學(xué)習(xí)：“emoji”課程案例

新加坡小學(xué)社會(huì)學(xué)習(xí)課程“emoji”是一個(gè)運(yùn)用信息技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生情感態(tài)度、協(xié)作能力的STEAM課程案例。該課例的情感學(xué)習(xí)目標(biāo)包括“尊重和欣賞朋友”和“贊賞并接受意見(jiàn)分歧”。兩個(gè)情感目標(biāo)之下的學(xué)習(xí)目標(biāo)為“使用Micro：bit編碼在5x5LED上顯示圖像”和“使用LED顯示動(dòng)畫”。教師以“emoji”為主題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在前期準(zhǔn)備階段，教師對(duì)Micro：bit編碼軟件、硬件設(shè)備進(jìn)行詳盡的介紹，確保學(xué)生在探究之前有足夠的先驗(yàn)知識(shí)和背景信息。在活動(dòng)安排上，教師設(shè)置了三個(gè)主要的活動(dòng)，分別是熟悉Micro：bit編碼軟件與硬件設(shè)備建立連接、創(chuàng)建“跳躍小人”的表情、創(chuàng)建自己的表情。在授課過(guò)程中，教師對(duì)Micro：bit編碼的具體操作過(guò)程進(jìn)行演示，搭建學(xué)生學(xué)習(xí)編程的腳手架，指導(dǎo)學(xué)生探究。該課例中，教師以培養(yǎng)良好的社會(huì)情感為主題，以Micro：bit編程為依托展開(kāi)數(shù)字化教學(xué)，幫助學(xué)生確立尊重朋友、欣賞朋友、贊賞并接受意見(jiàn)分歧的價(jià)值觀，引導(dǎo)他們做有共情能力、有社會(huì)責(zé)任感的合格公民。

（四）跨學(xué)科專題作業(yè)：“回收塑料瓶”課程案例

合作學(xué)習(xí)是STEAM課程重要的教學(xué)過(guò)程之一。教師通過(guò)設(shè)計(jì)一系列小組合作活動(dòng)來(lái)促使學(xué)生積極思考并主動(dòng)展開(kāi)交流與合作。新加坡小學(xué)STEAM課程很多案例中，教師有效利用信息技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)小組合作的課程活動(dòng)，以此培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)能力，從而讓學(xué)生具備在未來(lái)社會(huì)取得成功的能力和品質(zhì)。新加坡小學(xué)跨學(xué)科專題作業(yè)“回收塑料瓶”就是一個(gè)小組合作的STEAM課程案例。該課程從環(huán)保問(wèn)題出發(fā)，教學(xué)內(nèi)容主要涉及：使用Micro：bit軟件編程;運(yùn)動(dòng)傳感器的使用和安裝;回收箱的設(shè)計(jì)與美化。教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生需要利用Micro：bit編寫程序計(jì)算回收箱收集到的塑料瓶數(shù)量。他們?cè)谛〗M中應(yīng)用發(fā)散性思維進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，討論如何設(shè)計(jì)回收箱，同時(shí)通過(guò)協(xié)作，將運(yùn)動(dòng)傳感器正確安裝到回收箱中，并用顏料和畫筆對(duì)回收箱進(jìn)行美化，最終設(shè)計(jì)出一個(gè)環(huán)?；厥障洌鰪?qiáng)了社會(huì)責(zé)任感，提高了實(shí)踐和協(xié)作能力。

三、對(duì)我國(guó)小學(xué)STEAM教育發(fā)展的啟示

（一）堅(jiān)持以學(xué)生為中心的教育理念

新加坡明確，小學(xué)階段STEAM課程教學(xué)中學(xué)生是活動(dòng)的主體，教師開(kāi)展一切教育教學(xué)活動(dòng)要重點(diǎn)考慮學(xué)生的需要。數(shù)字化教學(xué)實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)環(huán)境的多樣化，在教學(xué)材料的選擇上，教師利用適切的教具、多媒體教材或自制的、貼近學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的材料，增強(qiáng)趣味性，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。新加坡實(shí)施STEAM教育時(shí)將學(xué)生放在主體地位，充分發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，有利于培養(yǎng)面向21世紀(jì)有創(chuàng)新能力的高質(zhì)量人才。

（二）重視教師的TPACK素養(yǎng)

新加坡小學(xué)各個(gè)學(xué)科的教師開(kāi)展STEAM課程活動(dòng)時(shí)，都表現(xiàn)出良好的TPACK素養(yǎng)，即整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)法知識(shí)（Technological Pedagogical Content Knowledge），以學(xué)科內(nèi)容知識(shí)、教學(xué)法知識(shí)和技術(shù)為基礎(chǔ)，以它們之間的相互作用為紐帶，設(shè)計(jì)教學(xué)方案，提高教學(xué)質(zhì)量。新加坡小學(xué)STEAM課程教學(xué)中教師對(duì)Micro：bit軟件使用非常多，注重進(jìn)行數(shù)字化教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)。在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)遵循由簡(jiǎn)漸繁的原則，以學(xué)科內(nèi)容為基礎(chǔ)，靈活運(yùn)用教學(xué)方法，將信息技術(shù)融入課堂，將抽象的概念轉(zhuǎn)化成具體的表征，并以解決真實(shí)問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)力，幫助學(xué)生及時(shí)對(duì)知識(shí)進(jìn)行歸納、總結(jié)。教師還需要基于數(shù)據(jù)分析對(duì)學(xué)生進(jìn)行反饋，綜合學(xué)業(yè)成績(jī)、實(shí)踐表現(xiàn)、合作能力等方面為學(xué)生設(shè)計(jì)多元化的評(píng)量標(biāo)準(zhǔn)，幫助學(xué)生明白自身的優(yōu)勢(shì)和不足，實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值。

（三）將STEAM作為一種教學(xué)方法

目前，我國(guó)中小學(xué)普遍將STEAM教育視為一門課程，認(rèn)為課程內(nèi)容應(yīng)該同時(shí)包含科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)、工程、數(shù)學(xué)五個(gè)方面的內(nèi)容，將其作為拓展、提高類課程單獨(dú)開(kāi)設(shè)。在新加坡，各個(gè)學(xué)科課程中不一定同時(shí)包含科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)、工程、數(shù)學(xué)五大件，而在課程中會(huì)采用多種技術(shù)手段輔助教學(xué)。新加坡將STEAM教育作為一種教學(xué)方法，這更接近我國(guó)的智慧教學(xué)，而不是一門課程。這樣的理念更符合STEAM跨學(xué)科教學(xué)的本意，也更具可操作性，對(duì)于我國(guó)STEAM教育和信息技術(shù)教育均有借鑒價(jià)值。

注：本文系中國(guó)科協(xié)2020年度研究生科普能力提升項(xiàng)目“科技館輔導(dǎo)員專門化研究”（編號(hào)：kxyjs202014）的階段性研究成果。

參考文獻(xiàn)

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[3] Saravanan V. Teaching & learning in a Singapore primary school： Integrated project work[C]. Educational Research Association of Singapore Conference， Singapore， 2003.

[4] Code@SG. Lesson Ideas-Primary Schools[EB/OL].[2021-7-5].https：//codesg.imda.gov.sg/in-schools/digital-maker/lesson-ideas-primary.

（作者張一鳴、董貝貝系首都師范大學(xué)教育學(xué)院博士研究生;向金系西安交通大學(xué)附屬小學(xué)高級(jí)教師;白欣系首都師范大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，本文通信作者）

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