基于STEAM教育理念的小學信息技術課程設計與實踐

趙澤昆 高志軍

摘? 要? STEAM教育基于項目活動讓學習者以探索的視角展開學習，在交流、合作、探索的過程中學習多樣化的知識。對小學信息技術課程展開思考，將STEAM教育理念融入小學信息技術課程的教學設計中，以五年級信息技術課“初識3D打印技術”為例，運用STEAM教育理念，展開基于項目活動探究與作品展示，通過實踐結果分析得出在學生學習興趣激發、綜合實踐能力培養、跨學科知識獲取等方面都有一定的改善。

關鍵詞? STEAM教育；小學信息技術課程；核心素養；3D打印技術

中圖分類號：G623.58? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）07-0089-04

0? 引言

STEAM教育理念是美國政府提出的教育倡議，以加強美國K12階段關于科學、技術、工程、藝術以及數學的教育。它是由STEM理念發展而來的，STEM即科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）的首字母組合。后來，隨著STEM理論的發展，藝術（Arts）也被引入其中，形成現在的STEAM教育理念。有別于傳統分科教學，STEAM理念意在將各科學習內容進行有機融合，通過讓學習者動手完成相應的項目，在此過程中獲得相應的學科知識與各項能力。

2015年9月，教育部在《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》中明確提出，要“有效利用信息技術推進‘眾創空間建設，探索STEAM教育、創客教育等新教育模式，使學生具有較強的信息意識與創新意識”[1]。自此，許多專家學者以及一線教師開始從課堂實踐中對STEAM教育開展積極的探索。

1? STEAM教育的基本內涵

STEAM教育是基于建構主義學習理論提出的，其教學設計的核心是要為學習者設計相應的學習活動，因此，它強調學習的體驗性、情境性、協作性和設計性等。余勝泉認為：“STEAM教育的核心理念是跨學科融合，通過知識的情景化，讓學生綜合運用學科知識，創造性地解決實際問題。”[2]由此可見，STEAM教育理念是要設計者通過設計多樣化的主題項目活動，讓學習者以探索的視角展開學習，在交流、合作、探索的過程中學習多樣化的知識甚至是跨學科內容，從而提高對學習內容的興趣與參與度，在動手建構中習得知識，培養動手能力和分析、解決問題的能力以及創新精神。

一般來說，STEAM教育主要基于真實的、復雜的項目或情景展開，更強調學科融合教學和知識的多維性，注重培養學生的綜合學科應用能力。它具有一些顯著的特征，主要表現為跨學科性、藝術性、體驗性、情境性、協作性以及設計性。

1.1? 跨學科性

跨學科性是STEAM教育最核心的特征。與傳統教學不同的是，在STEAM教育中，教師的教學重點不再是關注某個特定學科的知識點或學科界限，而是強調讓學生運用科學、技術、工程、數學或藝術等綜合性的知識去解決問題，實現跨學科界限、從知識的綜合運用角度提高學生的解決問題能力。

1.2? 藝術性

STEAM教育的藝術性體現在要求教師在教學中更加關注與重視人文科學和社會科學的相關知識內容。相較于自然科學的枯燥性，在對學生的活動設計與成果評價中加入藝術性元素，不但可以提高學生的藝術性與審美能力，也可以在一定程度上激發學生的興趣與參與感。

1.3? 體驗性

相較于傳統教學中主張通過教師教授或學生自學的手段習得抽象知識，STEAM教育更傾向于設計相應的問題或項目，使學生動手、動腦，參與學習過程。STEAM教育為學生提供了豐富的真實情境，方便學生應用所學知識應對現實問題，通過自己動手或小組協作等方式創造性解決問題，不但獲得結果性知識，而且獲取解決問題過程中所蘊含的過程性知識。

1.4? 情境性

正如前文所說，STEAM教育不是以教授或引導學生自學抽象知識為教學目標，而是強調“從做中學”，結合生活中可能會遇到的真實問題，通過讓學生解決問題來達成教學目標。由此可見，相較于獲取知識，SETAM教育更傾向于能夠靈活地將學習到的知識運用到真實情境中。這也符合SETAM教育的理論基礎——建構主義的主張：知識是學習者主動建構而產生的，而非是外界灌輸。

1.5? 協作性

STEAM教育強調協作性，因為在STEAM教育中要求學生基于真實情境解決問題，這往往離不開教師或其他學生的幫助。因此，學生在交流、協作、探討中相互啟發、共同完成任務是STEAM教育的顯著特征。

1.6? 設計性

STEAM教育的教學評價環節一般以生成性作品為導向。作品設計是綜合性能力的體現，有助于提高學生的STEAM素養。學生通過設計相應的作品促進跨學科知識的融合與遷移運用，通過作品外化學習的結果、外顯習得的知識和能力[3]，既是其學習成果的體現，也可以激發學生的學習興趣。

將STEAM教育的這些理念融入小學信息技術教學中，有利于通過問題解決或實驗探究等方式培養學生的實踐能力、協作能力與創新能力。

2? 基于STEAM教育理念的小學信息技術

課教學設計

STEAM教育強調以問題解決、協作學習為主要的學習方式，融合科學、技術、藝術、工程和數學教育，旨在培養具有綜合素養、問題解決能力和創新能力的優秀人才，這與小學信息技術課程提出的“運用信息技術創造性解決問題”的要求不謀而合。小學信息技術課程內容大多是通過解決問題來掌握相應知識與技術，這與STEAM教育要解決真實的問題是很契合的。小學STEAM教育理念與課程深度融合是落實小學信息技術核心素養教育的關鍵，因此，基于STEAM教育理念的小學信息技術課程教學設計與實踐研究具有重要的現實意義。

2.1? 基于STEAM教育理念的小學信息技術課程教學

前端分析

STEAM教育理念要求教學活動建立在明確的項目或真實問題的基礎上。要想確定這類項目或問題，教師需要在進行教學設計時考慮以下內容：

1）教學目標；

2）學習者特征；

3）教學內容。

本研究以五年級信息技術課程“初識3D打印技術——我為黃河造座橋”為例進行分析。

2.1.1? 課程教學目標的預設? 教學的首要環節是教學目標的預設。

1）知識與技能：掌握使用3D打印筆的方法流程，學會使用3D打印筆進行建模。

2）過程與方法：通過小組合作、動手實踐建造自己小組的大橋，了解科學探究的基本過程和方法，培養學生的動手能力、團隊協作能力以及創新能力。

3）情感、態度、價值觀：通過小組協作與探究，使學生感知新型技術的魅力及在生活中的運用，并形成正確的審美觀、價值觀。

2.1.2? 學習者特征分析? 選擇小學五年級學生為研究對象，該年齡段學生對新鮮事物有濃厚興趣，動手能力強，敢于實踐、探索且有一定的動手能力。學生在此之前學習幾何、繪圖、材料成本等各學科知識，對于學習本課程有良好的知識與技能基礎。黃河流經寧夏中衛，學生在生活中也都對黃河大橋有一些了解。因此，本課程選擇案例與學生的現實生活緊密相關，與學生已有的認知經驗相符合，更能激發學生的學習興趣與參與感。學生已具備一定的自主學習與小組協作學習能力，愿意接受在真實情境中協作學習、探討問題，提出自己的見解。分析這些因素，進而為后續STEAM課程教學的開展提供依據。

2.1.3? 選擇教學內容? STEAM教育最核心的特征就是跨學科性。根據這一特征，教師可以根據當前所創設的情境或設置的項目，借助各種知識圖譜工具，使各學科知識的關聯可視化，方便各科知識均衡覆蓋。以本節課的知識圖譜為例，如圖1所示。

2.2? STEAM課程教學的設計

2.2.1? 課程資源的預設? STEAM課程是跨學科學習，一般沒有明確的選擇標準約束，因此，教師在進行課程資源預設時具有很大的靈活性。但是課程資源的預設也應當考慮以下幾方面因素。

1）學生認知水平。準確定位學生的最近發展區，選擇符合學生現有認知水平的課程資源，才能保障教學的有效性。

2）主題相關性。STEAM教育是基于真實情境或項目展開的，因此選擇與項目主題高度相關的課程資源是確保教學不偏離預設、避免節外生枝的重要手段。

2.2.2? 學習支架的設計? 維果茨基的“最近發展區”理論認為：學習者發展有現有水平與可能的發展水平兩種水平，而學習支架就是從現有水平到目標水平的橋梁，因此，教學支架的預設尤為重要。學生在解決問題過程中通常會遇到各種問題與困難，比如不能很好地綜合科學、技術、工程、數學或藝術等跨學科知識解決問題。這個時候，教師就要提供相應的學習支架使學生掌握、建構、內化那些能使其從事更高認知活動的技能，在提供學習支架時要根據學生的“最近發展區”情況而定。典型的支架包括情境型支架、問題性支架、范例型支架及訓練型支架等。

2.2.3? 教學活動的設計? STEAM課程教學具有情境性與體驗性特點，學習活動應當圍繞情境或項目展開。在課堂教學中主要的學習活動包括教師講解、組建學習小組、小組探討交流；課下活動則由學生按照學習目標或教師的任務要求，通過自學或小組協作運用跨學科知識完成學習任務，生成相應作品。在組建學習小組時，教師可考慮采取組內異質分組、組間同質分組的方法，實現組員間的優勢互補。鼓勵組員之間團結協作與組間良性競爭，從多方面提高學生的參與感，培養學生問題解決能力與團隊協作能力。

2.2.4? 教學評價的設計? STEAM課程教學關注學生能力的提升，應當注重評價方式的多元化。從學科核心素養的角度建立STEAM的教育評價體系，不僅關注學習任務完成度的總結性評價，也應注意學生項目完成過程中的過程性評價?？梢圆捎媒M內自評、組間互評以及教師評價等方式進行評價，評價的重點集中在學生的學習過程、知識技能的掌握和應用、探究性實踐活動的參與度，以及完成項目過程中所習得的過程性知識。

3? 案例應用

教學案例“初識3D打印技術——我為黃河造座橋”，從項目前期、中期及后期等幾個方面進行具體介紹。

3.1? 教學設計思路與實施

STEAM課程教學以小學五年級信息技術課程為主線，通過整合多學科的知識，基于學生已有認知水平為他們提供情境化的學習場景。從學生生活中真實的問題出發，教師給予一定的指導與學習支架，引導學生通過查詢網絡資源以小組協作的形式完成本節課的學習內容，在解決問題的過程中獲取相關學科知識，達成本節課教學目標，從而培養學生的動手能力，分析、解決問題的能力以及創新精神。

下面以小學五年級信息技術課程中的“初識3D打印技術——我為黃河造座橋”為例，介紹基于STEAM課程教學理念的信息技術課程實施過程。本課程的教學實施過程主要包括前期準備、中期授課和后期評價三個階段。

3.1.1? 前期準備階段? 課程的前期準備階段主要包括學習者特征分析、依據學習內容確定案例、確定學習小組、確定項目任務及預設課程資源等準備工作。在這一階段梳理出項目活動中可能涉及的主要學科知識和能力，繪制出知識地圖。這樣做有助于教師在授課時針對項目進行指導，同時提供明確的學習目標[4]。

3.1.2? 中期授課階段? 本階段由教師介紹本課程的學習內容、學生需要完成的學習材料與任務、課程的成績或作品的評定方式以及課程學習的信息通道等。學生要根據任務需求設計并開發相應的作品，教師要在這個過程中扮演引導者與輔導者的角色。STEAM課程是基于設計的學習，因此，教師應當指導學生將自己的項目規劃設計落實在筆尖上，指導學生有意識地記錄任務完成過程中的創意或想法。

“我為黃河造座橋”的實施過程如下。

第一步：創設情境，激發興趣。通過觀看視頻引出課題“我為黃河造座橋”。

第二步：講授新知，設置任務。

【任務一】觀察各式各樣大橋的圖片，并提出問題：這些大橋都是什么形狀的，為什么設計成這個樣子？

【任務二】組建學習小組，完成學習材料，動手設計大橋，并畫出設計圖。

【任務三】根據工具圖紙使用3D打印筆開始進行制作。

第三步：設置評價量規。提前設置評價量規，使評價標準公開化，幫助學生清楚“如何做”才能達到目標，也有助于教學評價的展開。

3.1.3? 后期評價階段? 這一部分的主要任務是作品演示與評價，教師會要求各小組對自己作品的設計思路及完成情況進行匯報，并總結成功或失敗的原因。通過組間互評以及教師評價對小組表現作出評價。

3.2? 教學實踐與效果

2020年第二學期在實習學校中衛××小學五年級信息技術課堂中實施本研究STEAM課程教學實踐，經過一個月的教學實踐，得出以下結論。

3.2.1? 激發了學生學習的興趣，提高了學生的參與感? 本節課基于STEAM教育理念，通過對項目任務進行精心設計、探究、實施，讓學生在學習跨學科知識的過程中也感受到不同的情境體驗，極大地激發了學生學習興趣。項目完成過程中的“小組協作”“動手制作”“作品展示”“組間互評”等環節非常符合小學生的身心特點，極大提高了他們對信息技術課堂的參與感。由此可見，本次教學實踐激發了學生對信息技術課程的學習興趣，提高了學生的自我效能感，有助于增強學習效果[5]。

3.2.2? 培養了學生的綜合實踐能力? STEAM課程教學重在使學生動手、動腦，參與學習過程。本節課，學生在小組協作學習中提高了團隊協作能力，通過自己觀察圖片、學習課程材料以及利用網絡資源自學，親自動手設計并用3D打印筆制作出黃河大橋作品，提高了動手實踐能力，也提高了藝術審美能力。在作品展示與評價環節，通過學生匯報作品以及開展組間互評，不但訓練了學生口頭表述的能力，也提升了學生的評價能力。這些都為學生綜合能力的提升打下堅實基礎。

3.2.3? 提高了學生的問題解決能力? 本節課的教學設計環節體現了STEAM教育理念。學生觀察各種大橋的結構和組成，繪制大橋設計圖，培養了科學素養和數學素養；利用繪制的設計圖，使用3D打印筆完成大橋的建模，培養了工程素養和技術素養；大橋外觀的設計，培養了藝術素養。通過設計項目，引導學生運用跨學科的知識自己動手解決問題，生成作品，提高了學生綜合運用各學科知識解決問題的能力。

4? 結束語

基于STEAM教育理念的小學信息技術課堂有利于學生科學素養、技術素養、工程素養、藝術素養和數學素養等素養的發展[6]。STEAM教育理念是以學生為中心的教育理念，使學生在動手做中獲取知識，在這個過程中學生的創意轉變為真實作品，不僅可以幫助學生獲取跨學科知識，也有助于培養學生的團隊協作能力、語言表達能力、實踐能力、評價能力以及問題解決能力。因此，教育工作者應有意識地將基于STEAM教育理念的教學設計運用到各個學科的實際教學中，培養學生的綜合能力，增強教學效果。

參考文獻

[1] 教育部辦公廳關于征求對《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》意見的通知[A/OL].（2015-09-02）[2021-12-24].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201509/t20150907_206045.html.

[2] 陳瑩.STEAM玩的就是學科“跨界”[J].創新時代，2016（8）：10-12.

[3] 邢迎春，秦健.基于STEAM教育的中小學機器人教育研究[M]//2016互聯網+智慧教育（西部）高峰論壇、西安教育技術與網絡學會金秋學術年會、第四屆教育信息化高峰論壇論文集.西安教育技術與網絡學會，2016：77-80.

[4] 葉天萍.STEAM課程的五大教學策略[J].中小學信息技術教育，2016（7）：72-74.

[5] 馮瑩瑩.基于同伴互助的高校翻轉課堂教學研究：以《教育傳播學》為例[D].河南：河南大學，2015.

[6] 趙玉.基于混合式學習的“中職課程設計與開發”課程學習效果研究[J].電化教育研究，2014（5）：91-96.

作者：趙澤昆，寧夏大學教育學院研究生，研究方向為信息技術教育應用；高志軍，寧夏大學，教授，碩士研究生導師，研究方向為信息技術教育應用（750021）。