基于STEAM的初中信息科技項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

曾海華

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，基于STEAM的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)和實(shí)施指向讓學(xué)生更富創(chuàng)造性地解決問題。因此，我們要在STEAM項(xiàng)目式教學(xué)的引導(dǎo)下，使學(xué)生不僅能夠提高自身信息素養(yǎng)與認(rèn)識(shí)水平，而且還能夠提高自身的創(chuàng)造性思維能力和解決問題的能力。本文首先分析STEAM理念下的項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)中某一項(xiàng)目的真實(shí)數(shù)據(jù)調(diào)查，從中得到這一項(xiàng)目的數(shù)據(jù)分析，最后給出本項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)效果及總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】STEAM；項(xiàng)目式教學(xué)；調(diào)查；數(shù)據(jù)分析

【中圖分類號(hào)】G434 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2023）07-044-03

信息科技能力是我國未來可持續(xù)發(fā)展的重要支撐。然而，盡管信息科技得到了廣泛應(yīng)用，學(xué)校中卻普遍存在信息科技課程建設(shè)滯后等問題。如在信息科技學(xué)科教學(xué)中，有的教師只是以知識(shí)傳授的方式教授學(xué)生，缺乏足夠的互動(dòng)和實(shí)踐環(huán)節(jié)。此外，信息科技課程本身更多地關(guān)注知識(shí)和技能的傳授，缺乏與其他學(xué)科的融合。而學(xué)科融合正是提高學(xué)生核心素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。

2022年教育部推出了義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)，更明確地提出了跨學(xué)科融合的新要求。信息科技課程內(nèi)容要“關(guān)注信息科技在其他學(xué)科中的應(yīng)用場景，強(qiáng)化學(xué)科之間的知識(shí)整合，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)，在滿足課程系統(tǒng)學(xué)習(xí)需要的同時(shí)，支持跨學(xué)科學(xué)習(xí)及與其他學(xué)科的融合學(xué)習(xí)”[1]。

因此，為使信息科技課程對于學(xué)生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力的提高更為有效，需要結(jié)合其他學(xué)科，借助跨學(xué)科融合的教學(xué)方式，將信息科技知識(shí)嵌入到實(shí)際項(xiàng)目中，并通過實(shí)踐的方式進(jìn)行教學(xué)。這種基于STEAM理念的項(xiàng)目式教學(xué)，不僅有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和職業(yè)競爭力，還有助于讓他們成為具有創(chuàng)造性思維和實(shí)踐能力的人才。

STEAM與項(xiàng)目式教學(xué)

STEAM是指科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）五種綜合學(xué)科的集合。多學(xué)科融合的方式，幫助學(xué)生更好地掌握知識(shí)和技能，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。通過對實(shí)際問題的探究與發(fā)現(xiàn)，學(xué)生逐步發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。

項(xiàng)目式教學(xué)是一種以學(xué)生為中心、注重實(shí)踐和合作的教學(xué)方法。在項(xiàng)目式教學(xué)中，學(xué)生通過完成一個(gè)具體的項(xiàng)目來學(xué)習(xí)，并在項(xiàng)目過程中進(jìn)行自主決策、主動(dòng)學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)相比，項(xiàng)目式教學(xué)更注重學(xué)生的實(shí)踐和應(yīng)用能力，在項(xiàng)目中學(xué)會(huì)解決實(shí)際問題和解決實(shí)際挑戰(zhàn)的能力。

STEAM教育模式與項(xiàng)目式教學(xué)可以說是相輔相成的關(guān)系。項(xiàng)目式教學(xué)通常結(jié)合多學(xué)科知識(shí)，將學(xué)生的知識(shí)、技能和態(tài)度綜合運(yùn)用，更符合現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性和多樣性。

基于STEAM的項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)思路

基于STEAM的初中信息科技項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行思考。

選擇具有實(shí)際意義的項(xiàng)目：選定一個(gè)具體可行的主題，通常是與信息科技相關(guān)的熱門話題、實(shí)際生活應(yīng)用或?qū)嶋H生活問題，通過項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式使學(xué)生了解實(shí)際應(yīng)用和增強(qiáng)應(yīng)對實(shí)際問題的能力。

注重團(tuán)隊(duì)合作：將學(xué)生分成3～4人一組的若干個(gè)小組，注重培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和交流能力，鼓勵(lì)學(xué)生互相幫助、分享信息、協(xié)同工作。

強(qiáng)調(diào)多學(xué)科融合：在項(xiàng)目中融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和管理、程序設(shè)計(jì)、UI設(shè)計(jì)等多個(gè)角度讓學(xué)生了解信息技術(shù)的各個(gè)方面，提升學(xué)生的跨學(xué)科思維。

實(shí)踐與創(chuàng)新并重：讓學(xué)生通過實(shí)際項(xiàng)目的構(gòu)建，掌握信息科技解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

綜合評價(jià)和反思：在項(xiàng)目結(jié)束后，學(xué)生需要對項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)和評價(jià)，從項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、實(shí)踐和團(tuán)隊(duì)合作等方面給出自己的反思和評價(jià)，以提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維能力。

在STEAM項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師可以提供項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和設(shè)想，并呈現(xiàn)各種豐富的資源，讓學(xué)生探索和發(fā)現(xiàn)。教師應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生探索和思考，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的能力，保證計(jì)劃的成功實(shí)施，并鼓勵(lì)學(xué)生在一個(gè)團(tuán)隊(duì)合作的環(huán)境中開展項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)和操作。

基于STEAM的項(xiàng)目式教學(xué)案例分析

1.設(shè)計(jì)目標(biāo)

信息科技的教學(xué)內(nèi)容不只是簡單的知識(shí)傳授與技能操練，還需要通過跨學(xué)科整合的方式實(shí)現(xiàn)信息科技與多學(xué)科的融合，將信息科技創(chuàng)新教育理念落實(shí)于學(xué)習(xí)活動(dòng)和動(dòng)手實(shí)踐中[2]。本次項(xiàng)目旨在通過學(xué)生自主調(diào)查和數(shù)據(jù)分析的方式，了解學(xué)生最喜歡的一種運(yùn)動(dòng)，探究運(yùn)動(dòng)對學(xué)生身體和心理健康的影響，同時(shí)實(shí)現(xiàn)STEAM模式多學(xué)科知識(shí)的融合。

2.調(diào)查問卷設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的問卷設(shè)計(jì)，我們充分運(yùn)用藝術(shù)學(xué)科（Art）的知識(shí)。比如問卷需要簡潔明了、容易閱讀并引人矚目，才能吸引回答者的興趣，提高回收率，從而獲取充足的數(shù)據(jù)。因此，我們從字體、顏色、布局等角度進(jìn)行美學(xué)設(shè)計(jì)。具體的問卷設(shè)計(jì)要求如下。

（1）使用簡短而明確的問題；（2）確保整個(gè)問卷有邏輯性和層次性，使回答者能夠清晰地了解問卷的全貌；（3）避免使用過多的圖形和圖片，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)分散回答者的注意力，同時(shí)加重了學(xué)生的填表壓力和疲勞；（4）使用簡單、易于理解和回答的語言；（5）避免使用復(fù)雜的問句和術(shù)語。

對于問題的設(shè)計(jì)，我們不僅要考慮學(xué)生對運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知和喜好，還要考慮其對運(yùn)動(dòng)的看法及對身體和心理健康的影響等方面的問題。比如問卷可以設(shè)計(jì)以下幾個(gè)問題：你最喜歡的運(yùn)動(dòng)是什么？你喜歡這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的原因是什么？你每周進(jìn)行這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)是多少？你認(rèn)為自己在這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)中的表現(xiàn)如何？你覺得參加這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)對你的身體和心理健康有多大的幫助？

3.數(shù)據(jù)收集與清洗

通過問卷星，我們邀請了一些學(xué)生完成調(diào)查問卷。最終收到了355份有效問卷（男生問卷178份，女生問卷177份）。在這一環(huán)節(jié)中，我們使用了技術(shù)學(xué)科（Technology）的知識(shí)。為了方便數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，我們使用了Excel和Python這兩個(gè)工具。在數(shù)據(jù)清洗方面教師提醒學(xué)生需要注意以下要求：確認(rèn)因變量和自變量是否與問題對應(yīng)；避免出現(xiàn)重復(fù)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象；刪除無效數(shù)據(jù)和異常值；對缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

通過清洗數(shù)據(jù)，我們得到了以下結(jié)論：（1）學(xué)生最喜歡的運(yùn)動(dòng)是籃球和羽毛球，占比均為28.5%；（2）對于學(xué)生喜好的原因（圖1），63.9%的學(xué)生認(rèn)為它是鍛煉身體的好方式，14.4%的學(xué)生認(rèn)為它可以打發(fā)時(shí)間，9.9%的學(xué)生喜歡這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的原因是它能夠增強(qiáng)自信心；（3）周活動(dòng)頻率5次及以上的學(xué)生占46.5%；（4）大多數(shù)學(xué)生表現(xiàn)好，僅有4.8%的學(xué)生認(rèn)為自己表現(xiàn)不佳；（5）96.9%的學(xué)生認(rèn)為參加這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)對自己的身心健康有幫助。

圖1 ?學(xué)生喜歡運(yùn)動(dòng)的原因分析

4.數(shù)據(jù)分析與可視化呈現(xiàn)

我們從數(shù)據(jù)方面對調(diào)查結(jié)果圖表化并進(jìn)行分析。對于身體和心理健康方面的影響分析，我們需要運(yùn)用科學(xué)學(xué)科（Science）的知識(shí)，從問題中提取相關(guān)因素，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較分析；對于計(jì)算和可視化數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)學(xué)學(xué)科（Mathematics）的知識(shí)。具體來說，包括以下步驟。

（1）使用統(tǒng)計(jì)方法分析數(shù)據(jù)中的相關(guān)性；（2）利用視覺化工具，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為易于理解和比較的圖形和圖標(biāo)，如在數(shù)據(jù)可視化方面，可以使用Python的Matplotlib圖形庫繪制柱狀圖和雷達(dá)圖，也可以使用Excel工具插入圖表的方式進(jìn)行；（3）關(guān)于運(yùn)動(dòng)對人的身體和心理健康方面的影響，運(yùn)用科學(xué)知識(shí)，我們了解到：適度運(yùn)動(dòng)有助于改善心臟功能和呼吸系統(tǒng)的健康狀況，提升免疫力、調(diào)節(jié)內(nèi)分泌系統(tǒng)的工作，從而有利于身體健康；同時(shí)，運(yùn)動(dòng)還可以減少身體內(nèi)的壓力代謝物，改善情緒和心理健康，從而提高心理素質(zhì)；（4）在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練計(jì)劃設(shè)計(jì)方面，我們根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，布置不同類型、難度和影響程度的訓(xùn)練計(jì)劃，以便不斷地提高學(xué)生的運(yùn)動(dòng)技能和能力。通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果，我們可以設(shè)計(jì)更適合學(xué)生的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃，鼓勵(lì)他們進(jìn)行適度運(yùn)動(dòng)。

通過這些數(shù)據(jù)的可視化，我們得到了以下結(jié)論：（1）籃球與羽毛球是學(xué)生們最喜歡的運(yùn)動(dòng)，其次是跑步、跳繩、乒乓球和足球等（圖2）；（2）大部分學(xué)生認(rèn)為參加運(yùn)動(dòng)對身體和心理健康都有幫助；（3）根據(jù)學(xué)生們的回答，我們了解到了運(yùn)動(dòng)對身體健康方面的影響，如提高心血管健康等；（4）不同性別的學(xué)生在運(yùn)動(dòng)選擇方面略有區(qū)別。我們還根據(jù)數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練計(jì)劃，幫助學(xué)生提高運(yùn)動(dòng)能力及了解需要增強(qiáng)的技能。

圖2 ?學(xué)生最喜歡的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目分析

5.STEAM模式融合

本項(xiàng)目實(shí)踐中，我們將計(jì)算機(jī)編程及統(tǒng)計(jì)學(xué)、體育、心理學(xué)等學(xué)科知識(shí)與技能相結(jié)合，開展了多學(xué)科知識(shí)的融合。一是編程知識(shí)的應(yīng)用。我們采用Python等計(jì)算機(jī)語言對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及可視化，并借助互聯(lián)網(wǎng)在線工具進(jìn)行調(diào)查。同時(shí)，通過編寫計(jì)算機(jī)程序和設(shè)計(jì)相應(yīng)的工具，針對不同學(xué)生的身體數(shù)據(jù)、目標(biāo)、習(xí)慣等，為其設(shè)計(jì)了個(gè)性化、自適應(yīng)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練計(jì)劃。二是運(yùn)動(dòng)科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。我們針對不同學(xué)生個(gè)體差異，根據(jù)每個(gè)學(xué)生的身體素質(zhì)、目標(biāo)、習(xí)慣等綜合因素，設(shè)計(jì)了不同類型、不同難度、不同內(nèi)容的訓(xùn)練計(jì)劃。三是心理學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。針對學(xué)生們在平時(shí)的訓(xùn)練中出現(xiàn)的自信心不足、自我發(fā)掘不全面等問題，我們采用心理測評、咨詢輔導(dǎo)等手段，幫助學(xué)生們克服這些心理障礙。

6.實(shí)現(xiàn)效果與總結(jié)

通過本項(xiàng)目，學(xué)生們了解了大家喜歡的運(yùn)動(dòng)類型以及該運(yùn)動(dòng)對身體和心理健康的影響。他們學(xué)會(huì)了如何用數(shù)據(jù)分析和編程等技能，結(jié)合體育和心理學(xué)等知識(shí)，實(shí)現(xiàn)STEAM模式的多學(xué)科知識(shí)融合。他們了解了不同領(lǐng)域知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用，拓寬了知識(shí)面，充實(shí)了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提高了解決實(shí)際問題的能力。除此之外，本項(xiàng)目的實(shí)踐很好地體現(xiàn)了跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的學(xué)習(xí)方式。我們深入學(xué)科知識(shí)，拓展思維，以實(shí)際項(xiàng)目為載體，通過數(shù)據(jù)分析、編程等方法，讓學(xué)生們獲得更全面、深入的知識(shí)體驗(yàn)。

總之，STEAM教育模式可以協(xié)助教師在課堂中更靈活、更有創(chuàng)造性地引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生。同時(shí)，它可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用和探究能力，并為他們今后的職業(yè)生涯和社會(huì)生活奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，塑造出更具創(chuàng)造性和實(shí)踐能力的人才。

注：本文系廣東省中小學(xué)教師培訓(xùn)中心專項(xiàng)科研項(xiàng)目2021年度課題“指向深度學(xué)習(xí)的STEAM項(xiàng)目式教學(xué)課例開發(fā)與實(shí)踐研究”（課題立項(xiàng)號(hào)：GDSP-2021-Q008）的階段性研究成果，受廣東省周莉萍名教師工作室資助

[2] 李鋒. 新版課程標(biāo)準(zhǔn)解析與教學(xué)指導(dǎo)初中信息科技（2022年版）[M]. 北京： 北京師范大學(xué)出版社，2022： 8.