面向STEAM教育的App Inventor课堂教学研究

肖如 顾倩颐

摘要：App Inventor作为积木式的可视化编程平台，对学生的程序设计基础要求不高，能够让学生快速开发安卓应用程序，有利于学生实现创意与提高创新能力。同时，引入STEAM教育开展课堂教学，让学生在创造的过程中灵活运用科学、技术、工程、艺术、数学等多学科知识来解决问题，有利于培养与提升学生的综合素养。鉴于此，本文以“母亲节礼物”设计为例，借助App Inventor平台，以STEAM教育为指引设计具体的教学过程，致力于激发学生对程序设计的兴趣，培养他们的创新能力以及解决实际问题的能力。

关键词：App Inventor；STEAM；教学

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2016）17-0061-04

在信息化时代，手机、平板等智能移动终端已经高度融入我们的生活，一些与时俱进的教育工作者看到了智能移动终端与教育教学之间存在的契合性，并在不断尝试充分利用这些设备的优势来促进学生的学习。然而，仅仅将学生培养成为信息时代优秀的消费者，远远不能满足时代的需求，引导学生从信息科技的消费者转变为创造者才是最终目标。App Inventor可以让学生尽情发挥创意，创建并分享自己的App，逐渐实现由消费到创造的过渡，是一个不错的程序设计教学工具。

选择合适的教学工具仅仅是个开始，接下来需要我们仔细思量的是如何开展具体可行的教学实践。当前信息技术课程中的算法与程序设计教学，在教学方法上仍倾向于讲授法与演示法，在教学内容上着重于程序编写规则及语法的讲解，与其他学科分离开来，略显抽象与枯燥，学生兴趣不大，从而影响了课程目标的实现。STEAM教育推崇“在做中学”“过程体验”“多学科整合教学”，为程序设计类课堂教学提供了新的思路。

● STEAM与App Inventor

STEAM（Science、Technology、Engineering、Arts、Mathematics）是由美国弗吉尼亚理工大学的Georgette Yakaman提出的一种跨学科教学框架（Framework）。[1]STEAM教育是关于科学、技术、工程、艺术与数学的教育，在STEM的基础上增加了A（即Arts）。[2]

STEM注重聚合思维，而Arts倾向于发散思维，Arts的融入有利于促进学生对知识的理解，培养学生从多个角度去思考问题并找到多种有创意的问题解决方法，从而有助于学生STEM能力的提升。同时，学生在利用人文艺术与同伴交流分享创意的过程中，也能够对批判思维进行培养。但就目前来看，艺术与科学仍被很多人视为两个迥然不同的领域，无论是教师还是学生，都还没有适应艺术与科学的融合，要完全实现从STEM到STEAM的跨越，还需要一定的时间。

App Inventor起初是一款谷歌推出的免费Android智能手机应用App开发平台，自2012年1月起，转由麻省理工学院移动学习中心维护与运营。[3]App Inventor同时为学生提供了艺术创作与科学创作的平台，他们可以充分发挥想象力，根据自己的喜好来对界面进行配色和布局，并按照各自的思维方式拼接代码直至项目的完工。App Inventor教学为Arts与STEM的结合提供了一个可选方案。

● 面向STEAM教育的App Inventor课堂教学一般过程

在面向STEAM教育的App Inventor课堂中，学生要在理解科学原理的基础上，用工程思维来规划整个项目，用艺术思想设计界面，用数学知识进行逻辑运算，综合运用上述知识或方法逐步解决技术问题。基于STEAM教育的特点，充分利用App Inventor平台的优势，结合生活中的实际问题，激发学生对程序设计的兴趣，培养学生的创新能力与问题解决能力。因此，我们结合STEAM教育与App Inventor教学的特点，构建如图1所示的课堂教学过程。

学生在教师创设的情境下，联系自己的生活经验以提炼出亟待解决的问题；在确定问题之后，与小组成员共同讨论，将大问题划分成小问题，并分析其涉及的科学概念、原理等；然后确定方案，即以工程思维规划项目，使思路更加清晰；接下来进入正式开发阶段，首先利用艺术思想、技术手段收集处理素材并设计界面布局，随后画出逻辑实现的流程图，并灵活运用工程思维与数学知识完成代码拼接，整个开发阶段都需要进行实时调试，以便掌握开发情况；完成了设计开发即可打包分享，进入互评阶段，该阶段主要体现学生的社会人文艺术素养，要鼓励学生踊跃表达；各组可根据大家的建议不断完善App Inventor项目，率先完成的小组可在基础项目上进行拓展创新。

● 面向STEAM教育的App Inventor课堂教学案例

在面向STEAM教育的App Inventor课堂教学中，教师应尽量避免大量抽象概念的灌输，要引导学生主动探索真知，从多个学科角度分析问题并创造性地解决问题。本文以母亲节礼物的设计和开发为例，分析面向STEAM教育的App Inventor课堂教学过程。笔者采用“以教师为主导—以学生为主体”的教学模式，紧密联系课堂与实际生活，让学生学以致用，体会作为创造者的乐趣。

1.教学准备

高中一年级的学生独立完成项目还存在很多问题，因此协作学习显得颇为重要。在小组合作开始之前，教师先根据同组异质原则对学生进行分组，同时考虑男女比例、能力强弱等因素。将每组能力最强的学生选为组长，届时由组长带领组员共同规划项目并讨论分工事宜。

2.创设情境

笔者以“为母亲大人准备母亲节礼物”进入情境，在引起学生激烈讨论之后提出自己的友情建议——利用App Inventor平台做一个礼物，从而引出问题，将学生的注意力转移到App Inventor上来：①你的母亲点开你为她安装好的一款App，手机上开始响起温馨的音乐；②许多记载着你们甜美回忆的照片不断循环播放；③当母亲被感动之时一定会想对你说些什么，此时她可以按住屏幕上的按钮语音；④为了不打扰你上课，这个应用会将她的语音转换成文本信息并以短信形式发送给你。

3.学生确定问题并分析问题

学生在笔者的引导下确定问题，并将问题划分成几个子问题：①如何循环播放温馨的音乐；②如何按预设的时间间隔循环展示照片；③怎样获取母亲的语音，并且转换成文本信息；④怎样将转换的文本以短信的形式发送。分析各项子问题涉及的科学原理，获得科学素养的培养：音量数值与播放出来的音频声音大小之间的关系；音乐前台播放与后台播放有何不同；图片循环播放有何原理；平常手机上语音识别与发送短信的功能是如何使用的；等等。然后，学生列出可能需要的组件。上表为学生提供一个界面设计所需组件表，让学生在填写表格的过程中，整体把握本项目可能要用到的组件及其作用。

4.界面设计

引导学生利用浏览器搜索素材，或者将自己手机上的图片传送到计算机上，并提醒学生所选素材要符合自己的主题需求，一个项目的素材应保持风格统一。学生在收集好素材以后，使用画图软件、Photoshop、格式工厂等工具编辑素材，随后上传到App Inventor素材库。接下来在组件设计面板对界面排版，先从组件库里拖出水平布局、垂直布局或表格布局组件对屏幕界面进行整体布局，再拖入图像组件用于显示图片、按钮用于点击、计时器控制图片播放间隔、语音识别器获取语音、信息分享器发送短信。学生可根据自己的喜好来设置这些组件的属性，如背景颜色、背景图片、字体大小和颜色等，鼓励学生自由发挥想象力创造自己的风格，在做的过程中获得技术素养与艺术素养的培养。

5.逻辑设计

笔者在学生讨论好方案之后，引导他们画出相关的流程图，使方案更具有操作性。以图片循环播放的流程图为例（如图2），引导学生将抽象的功能转化为具体形象的步骤流程图，也便于修改错误的时候有据可依。

图片循环播放需要涉及变量。对于学生来说，变量的定义和调用不太容易理解，教师要尽可能地引用生活实例来促进学生的理解。例如，将图片列表比作一本书，所有的图片类似书中所有的内容，索引则为书的页码。另外，还要引导学生运用数学知识来处理“翻页”“判断索引值”“回到首页”这些问题，会用到App Inventor数学块里的加法、关系运算符等。

接下来学生要根据画好的流程图，依次完成四种功能的代码拼接，这个过程需要学生充分利用工程思维与数学知识来解决问题。为保证功能的完善，学生要实时监控开发状态，以便及时调整各组件的参数和代码块的拼接顺序。碰到问题时，可以跨组交流，互相学习。整个逻辑设计阶段主要培养学生的工程素养与数学素养，“母亲节礼物”逻辑设计如图3所示。

6.打包作品，分享评价

基于STEAM理念的教学课堂，关注的焦点是学生在探索的过程中得到能力的培养与提升。因此本课的效果评价要考虑三个方面的内容：①个体对小组的贡献情况；②小组协作情况；③作品展示情况。采取的评价形式为：各组完成项目以后，分别派一名组员为大家汇报项目情况。将自我评价、生生互评与教师评价相互结合，使评价更为全面，学生对自己的表现情况更为清楚。值得注意的是，教师评价时要尽力做到系统、客观。该阶段要鼓励学生大胆提出自己的想法，锻炼沟通交流能力，从而获得人文艺术素养的培养。

7.拓展创新

已经出色完成任务的小组可挑战拓展任务；作品仍有缺陷的小组，可以根据大家给出的修改建议继续完善作品。为了激发学生产生更多的创意，同时又不限制他们的思维，笔者给出了四种问题形式的参考建议：如何控制音乐的暂停与播放？如何添加多个屏幕？如何添加小视频？如何调用电话拨号器打电话？

8.教学实践效果分析

从课堂表现情况来看，大部分学生已经掌握了组件属性的设置方法，但是在实现图片轮播功能时碰到了许多问题，此时同伴的帮助与教师适时的引导起了重要作用。换个角度来看，也正是因为这些问题才使课堂变得更加生动。不同学生之间的理解水平与动手能力存在很大差异，如果教师放任学生单独行动会让课堂变得很混乱，严重影响教学效果。因此，教师需要选几个得力的小组长来辅助教学，让他们带领其他学生展开协作学习。整个课堂以学生为主体，教师担任引导者的角色，让学生在“做”的过程中逐渐形成概念，并综合运用多学科知识去设计App Inventor项目，从而体验解决问题的完整过程，实现真正的意义建构。学生既体会到了通过程序设计开发来实现创意的乐趣，又得到了创新能力与问题解决能力的培养。

● 总结与展望

STEAM教育理念注重的是过程，而非结果。面向STEAM教育的App Inventor课堂教学，重点不是让学生开发出高质量的应用程序，而是激发学生的创意，培养他们的创新能力以及解决实际问题的能力。目前，随着各类App Inventor培训与竞赛活动的开展，App Inventor逐渐在中国普及，它的教学价值引起了越来越多学者的关注。本文设计了一种App Inventor课堂教学的方式，希望能为一线教师提供一些参考，藉由本文，笔者相信会有更多深层次的相关研究出现。

参考文献：

[1]Yakman G.STEAM education：An overview of creating a model of integrative education[C]//Pupils' Attitudes Towards Technology （PATT-19） Conference：Research on Technology，Innovation，Design & Engineering Teaching，Salt Lake City，Utah，USA.2008.

[2]Connor A M，Karmokar S，Whittington C，et al.Full STEAM ahead a manifesto for integrating arts pedagogics into STEM education[C]//Teaching，Assessment and Learning （TALE），2014 International Conference on.IEEE，2014：319-326.

[3]郭守超，周睿，邓常梅，狄长艳，周庆国.基于App Inventor和计算思维的信息技术课堂教学研究[J].中国电化教育，2014（03）：91-96.

作者简介：肖如（1994—），女，湖南省祁东县人，四川师范大学计算机科学学院在读硕士研究生，近期研究方向为智能教学系统；顾倩颐（1977—），男，四川省成都市人，四川师范大学计算机科学学院副教授，硕士研究生导师，近期研究方向为智能教学系统。