基于STEAM的初中信息科技項目式教學設計與實踐

曾海華

【摘 要】隨著科學技術日新月異的發展，基于STEAM的項目式學習的設計和實施指向讓學生更富創造性地解決問題。因此，我們要在STEAM項目式教學的引導下，使學生不僅能夠提高自身信息素養與認識水平，而且還能夠提高自身的創造性思維能力和解決問題的能力。本文首先分析STEAM理念下的項目式教學設計中某一項目的真實數據調查，從中得到這一項目的數據分析，最后給出本項目的實現效果及總結。

【關鍵詞】STEAM；項目式教學；調查；數據分析

【中圖分類號】G434 ? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）07-044-03

信息科技能力是我國未來可持續發展的重要支撐。然而，盡管信息科技得到了廣泛應用，學校中卻普遍存在信息科技課程建設滯后等問題。如在信息科技學科教學中，有的教師只是以知識傳授的方式教授學生，缺乏足夠的互動和實踐環節。此外，信息科技課程本身更多地關注知識和技能的傳授，缺乏與其他學科的融合。而學科融合正是提高學生核心素養的重要環節。

2022年教育部推出了義務教育信息科技課程標準，更明確地提出了跨學科融合的新要求。信息科技課程內容要“關注信息科技在其他學科中的應用場景，強化學科之間的知識整合，統籌設計跨學科主題學習活動，在滿足課程系統學習需要的同時，支持跨學科學習及與其他學科的融合學習”[1]。

因此，為使信息科技課程對于學生的綜合素質和實踐能力的提高更為有效，需要結合其他學科，借助跨學科融合的教學方式，將信息科技知識嵌入到實際項目中，并通過實踐的方式進行教學。這種基于STEAM理念的項目式教學，不僅有助于提升學生的學習成績和職業競爭力，還有助于讓他們成為具有創造性思維和實踐能力的人才。

STEAM與項目式教學

STEAM是指科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）、數學（Mathematics）五種綜合學科的集合。多學科融合的方式，幫助學生更好地掌握知識和技能，培養學生解決實際問題的能力和團隊協作精神。通過對實際問題的探究與發現，學生逐步發現問題的本質，從而激發學習興趣和創新能力。

項目式教學是一種以學生為中心、注重實踐和合作的教學方法。在項目式教學中，學生通過完成一個具體的項目來學習，并在項目過程中進行自主決策、主動學習和合作學習。與傳統的課堂教學相比，項目式教學更注重學生的實踐和應用能力，在項目中學會解決實際問題和解決實際挑戰的能力。

STEAM教育模式與項目式教學可以說是相輔相成的關系。項目式教學通常結合多學科知識，將學生的知識、技能和態度綜合運用，更符合現實世界的復雜性和多樣性。

基于STEAM的項目式教學設計思路

基于STEAM的初中信息科技項目式教學設計，可以從以下幾個方面進行思考。

選擇具有實際意義的項目：選定一個具體可行的主題，通常是與信息科技相關的熱門話題、實際生活應用或實際生活問題，通過項目學習的方式使學生了解實際應用和增強應對實際問題的能力。

注重團隊合作：將學生分成3～4人一組的若干個小組，注重培養學生的合作能力和交流能力，鼓勵學生互相幫助、分享信息、協同工作。

強調多學科融合：在項目中融合科學、技術、工程、藝術、數學等學科，通過數據統計和管理、程序設計、UI設計等多個角度讓學生了解信息技術的各個方面，提升學生的跨學科思維。

實踐與創新并重：讓學生通過實際項目的構建，掌握信息科技解決實際問題的能力，培養學生的創新能力和實踐能力。

綜合評價和反思：在項目結束后，學生需要對項目進行總結和評價，從項目的學習、實踐和團隊合作等方面給出自己的反思和評價，以提高學生的自主學習和創新思維能力。

在STEAM項目式教學設計中，教師可以提供項目的設計和設想，并呈現各種豐富的資源，讓學生探索和發現。教師應該鼓勵學生探索和思考，促進學生自主學習和合作學習的能力，保證計劃的成功實施，并鼓勵學生在一個團隊合作的環境中開展項目的實驗和操作。

基于STEAM的項目式教學案例分析

1.設計目標

信息科技的教學內容不只是簡單的知識傳授與技能操練，還需要通過跨學科整合的方式實現信息科技與多學科的融合，將信息科技創新教育理念落實于學習活動和動手實踐中[2]。本次項目旨在通過學生自主調查和數據分析的方式，了解學生最喜歡的一種運動，探究運動對學生身體和心理健康的影響，同時實現STEAM模式多學科知識的融合。

2.調查問卷設計

本項目的問卷設計，我們充分運用藝術學科（Art）的知識。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，從而獲取充足的數據。因此，我們從字體、顏色、布局等角度進行美學設計。具體的問卷設計要求如下。

（1）使用簡短而明確的問題；（2）確保整個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，因為它們可能會分散回答者的注意力，同時加重了學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）避免使用復雜的問句和術語。

對于問題的設計，我們不僅要考慮學生對運動的認知和喜好，還要考慮其對運動的看法及對身體和心理健康的影響等方面的問題。比如問卷可以設計以下幾個問題：你最喜歡的運動是什么？你喜歡這項運動的原因是什么？你每周進行這項運動的次數是多少？你認為自己在這項運動中的表現如何？你覺得參加這項運動對你的身體和心理健康有多大的幫助？

3.數據收集與清洗

通過問卷星，我們邀請了一些學生完成調查問卷。最終收到了355份有效問卷（男生問卷178份，女生問卷177份）。在這一環節中，我們使用了技術學科（Technology）的知識。為了方便數據的統計和分析，我們使用了Excel和Python這兩個工具。在數據清洗方面教師提醒學生需要注意以下要求：確認因變量和自變量是否與問題對應；避免出現重復數據的現象；刪除無效數據和異常值；對缺失數據進行處理。

通過清洗數據，我們得到了以下結論：（1）學生最喜歡的運動是籃球和羽毛球，占比均為28.5%；（2）對于學生喜好的原因（圖1），63.9%的學生認為它是鍛煉身體的好方式，14.4%的學生認為它可以打發時間，9.9%的學生喜歡這項運動的原因是它能夠增強自信心；（3）周活動頻率5次及以上的學生占46.5%；（4）大多數學生表現好，僅有4.8%的學生認為自己表現不佳；（5）96.9%的學生認為參加這項運動對自己的身心健康有幫助。

圖1 ?學生喜歡運動的原因分析

4.數據分析與可視化呈現

我們從數據方面對調查結果圖表化并進行分析。對于身體和心理健康方面的影響分析，我們需要運用科學學科（Science）的知識，從問題中提取相關因素，并進行統計比較分析；對于計算和可視化數據，運用數學學科（Mathematics）的知識。具體來說，包括以下步驟。

（1）使用統計方法分析數據中的相關性；（2）利用視覺化工具，將數據轉換為易于理解和比較的圖形和圖標，如在數據可視化方面，可以使用Python的Matplotlib圖形庫繪制柱狀圖和雷達圖，也可以使用Excel工具插入圖表的方式進行；（3）關于運動對人的身體和心理健康方面的影響，運用科學知識，我們了解到：適度運動有助于改善心臟功能和呼吸系統的健康狀況，提升免疫力、調節內分泌系統的工作，從而有利于身體健康；同時，運動還可以減少身體內的壓力代謝物，改善情緒和心理健康，從而提高心理素質；（4）在運動訓練計劃設計方面，我們根據數據分析的結果，布置不同類型、難度和影響程度的訓練計劃，以便不斷地提高學生的運動技能和能力。通過數據分析結果，我們可以設計更適合學生的運動計劃，鼓勵他們進行適度運動。

通過這些數據的可視化，我們得到了以下結論：（1）籃球與羽毛球是學生們最喜歡的運動，其次是跑步、跳繩、乒乓球和足球等（圖2）；（2）大部分學生認為參加運動對身體和心理健康都有幫助；（3）根據學生們的回答，我們了解到了運動對身體健康方面的影響，如提高心血管健康等；（4）不同性別的學生在運動選擇方面略有區別。我們還根據數據分析，進一步設計了運動訓練計劃，幫助學生提高運動能力及了解需要增強的技能。

圖2 ?學生最喜歡的運動項目分析

5.STEAM模式融合

本項目實踐中，我們將計算機編程及統計學、體育、心理學等學科知識與技能相結合，開展了多學科知識的融合。一是編程知識的應用。我們采用Python等計算機語言對數據進行分析及可視化，并借助互聯網在線工具進行調查。同時，通過編寫計算機程序和設計相應的工具，針對不同學生的身體數據、目標、習慣等，為其設計了個性化、自適應的運動訓練計劃。二是運動科學知識的應用。我們針對不同學生個體差異，根據每個學生的身體素質、目標、習慣等綜合因素，設計了不同類型、不同難度、不同內容的訓練計劃。三是心理學知識的應用。針對學生們在平時的訓練中出現的自信心不足、自我發掘不全面等問題，我們采用心理測評、咨詢輔導等手段，幫助學生們克服這些心理障礙。

6.實現效果與總結

通過本項目，學生們了解了大家喜歡的運動類型以及該運動對身體和心理健康的影響。他們學會了如何用數據分析和編程等技能，結合體育和心理學等知識，實現STEAM模式的多學科知識融合。他們了解了不同領域知識在實踐中的應用，拓寬了知識面，充實了實踐經驗，提高了解決實際問題的能力。除此之外，本項目的實踐很好地體現了跨學科、跨領域的學習方式。我們深入學科知識，拓展思維，以實際項目為載體，通過數據分析、編程等方法，讓學生們獲得更全面、深入的知識體驗。

總之，STEAM教育模式可以協助教師在課堂中更靈活、更有創造性地引導和激發學生。同時，它可以提高學生的學習興趣，增強學生的應用和探究能力，并為他們今后的職業生涯和社會生活奠定堅實的基礎，塑造出更具創造性和實踐能力的人才。

注：本文系廣東省中小學教師培訓中心專項科研項目2021年度課題“指向深度學習的STEAM項目式教學課例開發與實踐研究”（課題立項號：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. 新版課程標準解析與教學指導初中信息科技（2022年版）[M]. 北京： 北京師范大學出版社，2022： 8.