基于Scratch的小学STEAM教学设计与应用

崔志生

摘  要 首先梳理STEAM教育的理论基础以及国内外研究现状，在此基础上选取小学六年级科学课，开发基于Scratch的小学STEAM教学设计并实施。结果显示，实验组学生在创造力指数和对科学的积极态度两方面相比对照组有显著增长。研究表明，基于Scratch的小学STEAM教学设计有助于提高学习者的创造力，并能够促使学习者产生积极的科学情感态度。

关键词 STEAM;Scratch;科学课程;创新素养;教学设计

中图分类号：G623.6    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）19-0031-03

1 引言

21世纪以来，科学技术以一种比以往任何时候都更人性、更艺术的方式与人们的生活相结合。史蒂夫?乔布斯发布的iPhone就是一个很好的例子，它展示了科技如何以一种人性化和艺术化的方式融入人类生活。这种社会需求同样反映在教育领域，世界各国的教育部门已经着手制定各种教育政策，以培养学生创造融合的才能。

2009年，美国“21世纪技能与合作组织”提出，学生应该通过艺术、数学、科学、经济和历史知识来获得创造力、批判性思维、问题解决能力、沟通和协作等技能。也就是说，学习者需要培养基于创造力的综合能力，以适应21世纪快速变化的社会，走在时代前面。故此，STEAM教育应运而生[1]。

我国政府也已经注意到STEAM教育的重要性，并开始制定各种教育政策，旨在培养综合型人才。本研究试图开发基于Scratch的小学STEAM教学设计并验证其效果，以期为创造型人才的培养提供可参考依据。

2 Scratch与SETAM教育

Scratch是美国麻省理工学院开发的一款少儿编程工具。Scratch实现了可视化编程，孩子们无须写代码，仅通过直观的鼠标拖拽操作即可完成程序设计工作。在本研究中，Scratch将作为主要工具应用于融合教育——科学课程教学当中。学生能够借助Scratch软件清楚地学习科学原理，并能看到实时实验的过程和结果，因此可以有效减少实际操作过程中可能出现的错误，同时有机会更加创意地来运用和表达科学原理。

STEAM指的是与科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）学科相关的教育。与传统的分科教学不同，STEAM教育将相关的课程进行有机交叉融合，相互协调作用，形成一个知识体系，并将其应用于实际的问题解决之中。这一教育概念最早是由20世纪80年代的美国提出的，为了应对国际劳动力市场的激烈竞争和提高劳动者的职业胜任能力，美国的科学教育工作者最先提出STEM教育，并得到广泛认可，后来逐渐发展为STEAM教育[2]。

之后，STEAM教育不断得到来自政府以及各教育相关组织的支持，开发出相应的、成体系的教学方法和评价机制。雅克曼（2008）提出一个金字塔模型，该模型由几个层次组成，并指出跨学科整合层次适用于小学教育[3]。通过有效的STEAM教育，学生可以将科学、技术、工程、人文艺术和数学等多个学科进行交叉融合，经由实践解决现实问题，进行创新设计，不断培养和提升创新素养[4]。

3 STEAM教学设计的制定与实施

STEAM教学设计基础  本文根據Miaoulis（2009）提出的科学技术教学流程，以及韩国科技进步与创意基金会提出的跨学科综合创造能力教学流程（环境设置→计划→分析→制作→测试→评价），设计STEAM教学流程（表1）。该流程分为六个阶段，其中在制作、测试阶段需要不断地尝试和修改程序来完成创意，因此需要持续地测试和反馈[5]。

STEAM教学设计的制定  本文基于STEAM教学活动流程和小学科学课中的实验主题，构建全新的教学单元[6]。考虑到研究对象是小学生，他们对游戏有浓厚的兴趣，因此将Scratch游戏制作活动融入教学，其中包含各类艺术活动，如故事情节的构思、背景音乐的选择、角色的绘制等。

在每个单元的“想法启动”阶段，教师预先将Scratch游戏草稿发送给学生，帮助他们形成想法。

在“提出想法”阶段，学生可以展示并讨论他们想制作的游戏，同时相互分享创意。

在“规划与整合设计”阶段，学生可以根据教材中呈现的各种科学实验制作故事版，既可以制作多个故事版，也可以只详细制作一个故事版。学生对故事版的创作是自由的，主题和表现形式都不受限制。

在“制作与综合”阶段，学生可以根据自己制作的故事版制定“游戏设计说明”，并借助Scratch软件完成游戏制作。

在“测试”阶段，学生可以通过与同伴互玩游戏来修订游戏。实际上，在“制作与综合”和“测试”两个阶段之间并没有界限，学生可以根据需要进行制作、综合和修订活动。

在“评价”阶段，学生可以展示并试玩他们制作的游戏，进而对彼此的游戏进行评价。学生也可以通过与他人分享来不断完善自己的想法。

4 教学设计的应用及结果分析

实验变量  如表2所示，本研究选取某小学六年级的两个班级，分别作为实验组和对照组。实验持续为期10周，实验组采用基于Scratch的STEAM教学设计，对照组按照常规教学计划进行授课，教学内容为科学课本的两个单元。实验之前对实验组和对照组进行创造力测试和科学情感态度测试，并验证两组的同质性。

测试工具  本研究旨在通过应用基于Scratch的STEAM教学设计来验证其对培养学生创造力与科学情感态度的作用。为了检验学生在实验后创造力是否得到增强，在实验前后采用目前广泛使用的《托兰斯创造性思维测验》（TTCT）类型A进行测试[7]。此外，采用由徐海南开发的“科学情感态度评价体系”以及爱德华提出的“评价项目标准”，对学生的科学情感态度进行检验[8]。

创造力测试结果及分析  为了验证实验组和对照组创造力水平的同质性，在实验处理前使用SPSS 17.0对两组学生的创造力水平的平均值进行t检验（P=0.05）。结果如表3所示，创造力指数的显著性概率为P=0.929。因此，实验组和对照组在创造力上没有显著差异;创造力的其他指标，如流畅性、原创性、抽象性、详尽性，两组间差异均不显著（P>0.05）。

实验进行10周后，再次对实验组和对照组进行创造力测试。结果显示，两组之间的创造力、原创性与流畅性有显著差异，如表4所示，分别为P=0.036、P=0.039、P=

0.039，尤其是实验组的创造力指数在实验后增加了10.17。

然后对实验组在实验前后的创造力进行对比分析，结果如表5所示。在实验前后，实验组的流畅性、原创性与创造力指数方面，显著性概率P小于0.05，说明差异显著。实验结果表明，基于Scratch的STEAM教学设计对提高学生的流畅性、原创性和创造力指数方面有积极作用。

科学情感态度测试结果及分析  徐海南等对情感态度的评价分为三类（意识、兴趣、科学态度），每一项都按照李克特5点量表进行评分。实验前测试结果显示，与对照组相比，实验组的科学意识较低（低0.548），对科学的兴趣较高（高0.008），科学态度较高（高0.284），如表6所示。

实验后测结果表明，实验组科学意识的均值增加了0.168，科学兴趣均值增加了0.231，科学态度均值增加了0.281。与对照组相比，实验组的科学意识和兴趣明显增强。

实验证明，基于Scratch的STEAM教学设计对培养实验组的科学情感态度有积极影响。

5 结语

本研究旨在制定并实施基于Scratch的小学STEAM教学设计，并根据国家强调的培养综合性人才的要求验证该方案的效果。为此，本文梳理了国内外的STEAM相关研究，并选择适用于本方案的合适的科学主题和内容，同时结合一种教学编程语言——Scratch，进而初步形成基于Scratch的小学STEAM教学设计。

为了提高方案的可用性，在教学内容的选择和教学阶段的设计过程中，与中小学和高校的专家进行了讨论和交流。然后在尽可能控制所有变量的情况下，对实验组学生实施了所设计的STEAM教学设计，实验进行了10周时间。结果表明，与对照组相比，采用基于Scratch的小学STEAM教学设计的实验组在流畅性、原创性和创造力指数方面显著增加;同时，在情感态度方面，科学意识和兴趣也显著增强。这些结果表明，基于Scratch的STEAM教学设计对培养学生的创造力和科学情感态度具有积极影响。

此外，值得一提的是，本研究中设计的基于Scratch的小学STEAM教学设计具有积极意义：本文基于教育编程软件Scratch，提出将科学、技术、工程、艺术和数学知识相融合的方法，达到开展STEAM教育的目的。

参考文献

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[4]余勝泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015（4）：13-22.

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