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，steam教育作為一種對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)有效途徑，已成為世界各國教育界的共識，在這樣的教育浪潮下，小學信息技術應開展怎樣的改革？本文以小學scratch程序設計教學開展實踐研究，指出steam教育理念下的信息技術教學應考慮情境導入的真實性、學科設計的整合性、任務設置的分層性及開放性等原則，突出跨學科、趣味性、情境性和協(xié)作性特點。本研究旨在為steam教育理念下信息技術教學的開展提供參考。

關鍵詞：steam教育;scratch程序設計;教學研究

一、steam教育理念

STEAM 是以科學（Science）、技術（Technology）、 工程（Engineering）、數(shù)學（Mathematics）為主要課程的教育，是通過整合四門學科領域內容指引教學和學習的途徑和方法，STEM教育并不是將這四門課程知識的簡單疊加，強調將多學科內容的交叉融合形成有機整體的跨學科教育。學科知識的獲取是STEM 教育的基礎，而能夠理解學科知識之間的內在聯(lián)系是 STEM 教育的本質[1]。2006 年，美國弗吉尼亞理工大學 Georgette Yakman 教授及其團隊在原有 STEM 教育的基礎上融入了藝術（Arts）學科，使得原有偏理工科特點的 STEM 教育學科更加廣泛、視野更加開闊[2]，學生從更多視角認識不同學科之間的聯(lián)系。至此，STEAM 教育理念正式形成。2016年6月“STEAM教育”首次被我國寫入“十三五”規(guī)劃，“積極探索信息技術在“眾創(chuàng)空間”、跨學科學習（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應用，著力提升學生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，養(yǎng)成數(shù)字化學習習慣，促進學生的全面發(fā)展，發(fā)揮信息化面向未來培養(yǎng)高素質人才的支撐引領作用。”[3]。積極開展STEAM教育，塑造綜合型創(chuàng)新人才已成為世界各國教育界的共識。

二、scratch程序設計簡介

Scratch是一種圖形化的編程工具，也稱為貓抓，一款由麻省理工學院開發(fā)的兒童編程軟件。scratch包括動作、事件、外觀、控制、聲音、偵測、畫筆、數(shù)字和邏輯運算、數(shù)據等九大控件，其采用視覺化積木組合式程序設計概念，兒童可以通過拖曳、組合各類積木的方式來取代直接編寫程序代碼，避免輸入錯誤代碼的困擾，兒童直接用鼠標以點選、拖曳各類積木的方式將指令移到程序腳本區(qū)，實現(xiàn)玩轉編程。2019年1月2日麻省理工學院最新發(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言;文字朗讀模塊，可以讓角色真正的“說話”;新擴展的Makey Makey插件，把創(chuàng)意有趣味性的硬件加進來，實現(xiàn)更強大的智能互聯(lián)功能;樂高EV3在新版本中可以使用，增加了應用場景。此外Scratch還可以用來創(chuàng)造互動式故事、動畫、游戲、音樂和藝術，由此加強學習者對程序設計的認知。有了scratch工具，小學生的程序設計學習不再是一門枯燥的功課，而是一門充滿趣味性和創(chuàng)造性的課堂。

三、基于STEAM教育理念的小學scratch信息技術課堂

1、教學設計原則

STEAM教育從本質上來說是一種跨學科整合的教育，學生綜合運用各學科知識創(chuàng)造性的解決問題，基于STEAM教育本質上的考慮，筆者課堂設計從導入情境真實性、學科整合性、任務分層性及開放性三個方面來進行。在選擇scratch教學內容上，筆者特地挑選了蘇教版小學五年級信息技術《小貓出題》一課，課程中涉及數(shù)學知識比較多，適合與數(shù)學學科開展整合課堂。《小貓出題》一課主要介紹變量在Scratch中的運用，以小貓出題為主線，貫穿整個學習內容。本課內容分為三個部分，第一部分是新建所需要的變量，提醒學生輸入變量名稱時要注意它的意義，并且繪畫出運算符號;第二部分是對變量進行賦值，將隨機數(shù)的值賦給變量，并將輸入的結果與答案進行判斷，這也是一個難點;第三個部分是添加循環(huán)次數(shù)，主要是通過重復執(zhí)行次數(shù)的控件來實現(xiàn)。

2、課堂流程

“導入情境的真實性”是steam教育的首要考慮元素，課堂伊始，教師給學生拋出問題：一年級的弟弟要練習10以內的數(shù)學加法題，五年級的哥哥準備給弟弟設計一個簡易的出題器，要每次出題都不一樣，并且能夠判斷弟弟回答正確與否，一起來做一個簡易的出題器。學生觀看案例出題器的出題過程，分析出題器程序要實現(xiàn)的功能，教師引出新授概念——變量。學生完成變量賦值（隨機數(shù)）后，開始邏輯判斷過程，因為情境中是幫助一年級的弟弟完成出題功能，題目設置比較簡單。基于對steam教育跨學科整合性的考慮，五年級的學生數(shù)學上正學習小數(shù)加減法，筆者在課堂上設計了升級任務：哥哥要升級出題器程序，開發(fā)一款針對五年級學生的小數(shù)加法練習的出題器。此時學生需要考慮的數(shù)學學科知識比較多：根據小數(shù)的意義，如何讓小數(shù)呈賦值給變量，設計一位小數(shù)還是多位小數(shù)的加法運算？學生綜合運用數(shù)學與信息課堂知識，設計適合五年級學生練習用的出題器。基于分層次教學考慮，筆者設計分層任務和開放性的任務設計，在拓展任務環(huán)節(jié)，教師再次升級任務難度，出題器一直在出加法題目，如何讓它變“聰明”，實現(xiàn)減法題目的生成？學生開始進一步思考，適合一年級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)負數(shù)情況，因而在將產生的隨機數(shù)賦值給變量后需加以事先判斷——第一個數(shù)大于第二個數(shù);而針對哥哥本人的出題器，由于數(shù)學上已經了解了負數(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scratch制作過程中，學生一直需要考慮的是如何用美術知識讓出題器界面變得美觀、實用，這也再次體現(xiàn)了steam教育跨學科整合的理念。在開放性任務上，學生還有更多發(fā)揮的空間，如何將出題器設計成計算器，讓用戶隨心所欲的進行計算？甚至，結合3D打印知識和技術，設計出一款真正的實物版出題器和計算器，對數(shù)學知識、編程知識、科學知識、美術知識的學習更是進一步的探索，且具有現(xiàn)實意義，這顯然不是一兩節(jié)課就能實現(xiàn)的，這也正是steam教育的魅力，在實踐中朝著創(chuàng)新發(fā)展。

四、結語

Steam教育是以科學、技術、工程、藝術和數(shù)學知識為基礎對問題或項目進行探討，“整合性”是其鮮明特征，在整合的過程中，學生綜合運用各科知識創(chuàng)新性地解決實際問題。本研究知識針對小學scratch教學進行steam教育實踐初探，對課程設計上存在眾多的不足，也正是今后努力的方向。未來，steam教育方興未艾！

參考文獻：

[1] 李雁冰. “科學、技術、工程與數(shù)學”教育運動的本質反思與實踐問題———對話加拿大英屬哥倫比亞大學 Nashon 教授[J]. 全球教育展望，2014（11）：3-8.

[2] 趙慧臣 ，陸曉婷. 開展 STEAM 教育 ，提高學生創(chuàng)新能力 ———訪美國 STEAM 教育知名學者格雷特·亞克門教授[J]. 開放教育研究，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