基于STEAM教育的App Inventor课堂教学研究

摘  要：通过在中学App Inventor课堂教学中引入STEAM教育，着重培养学生的核心素养和解决实际问题的能力。可以使没有任何编程经验的中学生，经过简单、系统的学习以后能开发出基于安卓手机系统的APP应用程序。该文以“制作手机听单词应用软件”为例，以STEAM教育为指导，让学生在App Inventor程序设计中运用科学、技术、工程、艺术、数学等多学科知识来完成这一项目，激发学生对App Inventor编程的兴趣，培养他们的创新能力以及创造实现。

关键词：App Inventor;STEAM;课堂教学

中图分类号：TP311.5;G434      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）06-0182-04

Abstract：By introducing STEAM education into App Inventor classroom teaching in middle school，we focus on cultivating studentscore literacy and ability to solve practical problems. It can enable middle school students without any programming experience to develop APP applications based on Android mobile system after simple and systematic learning. This paper takes “making mobile phone listening word application software”as an example，under the guidance of steam education，let students use science，technology，engineering，art，mathematics and other multi-disciplinary knowledge in App Inventor programming to complete this project，stimulate studentsinterest in App Inventor programming，cultivate their innovation ability and creative realization.

Keywords：App Inventor;STEAM;classroom teaching

0  引  言

信息科技发展迅速，信息化设备推陈出新，人们的生活、工作和学习都离不开信息科技，随着我国经济的发展，信息化手段已逐渐融入到中学各学科、各学段的课堂教学中，如线上课程、微课传授、远程协助等。平板电脑、手机等移动终端早已在学生群体中全面普及。在信息化社会背景下，通过App Inventor编程，把学生从信息科技的消费者化身为创造者，让他们设计与自己生活息息相关的APP应用程序，亲手创造与享受属于自己的科技成果。在现代教学理念中，我们提倡STEAM教育理念的“做中学”和“多学科整合教学”，为App Inventor程序设计课堂教学提供新的思路。

1  STEAM教育

STEAM教育是在盛名已久的STEM教育基础上增加一个艺术（Arts），形成科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）和数学（Mathematics）等跨学科的教学框架。STEM教育鼓励综合应用多学科知识去解决实际问题，培养学生的综合运用能力。STEAM教育则在强调多学科知识综合运用的基础上，更倾向于发展学习者的思维，注重教学过程的元素多元化，对各学科知识的应用更丰富多样，更利于学生综合能力的持续发展和核心素养的培育。

2  App Inventor积木式编程软件

2012年1月，美国麻省理工学院推出基于安卓系统的积木式编程软件——App Inventor，为学习者筑建起一个安卓智能手机应用APP开发平台。对于中学生而言，他们缺乏传統计算机编程的基础和专业技能，但在积木式编程的App Inventor软件上，学生可以发挥他们的想象力，根据自己的喜好自备素材去布局和配色应用软件的界面，自主探究完成积木程序的拼接，最终创作一个手机应用APP。鉴于App Inventor编程的开放性和创新性等特点，笔者在中学App Inventor课堂教学中与STEAM教育相结合，旨在为学生提供一个艺术创作与科学创造的平台，充分发挥他们的创造性思维和自主探究能力，增强学生多学科知识的运用能力，培养他们的核心素养。

3  基于STEAM教育的App Inventor课堂教学过程

在基于STEAM教育的App Inventor课堂教学中，学生需要理解App Inventor编程的科学原理，规划编程项目时采用工程的思维方式，软件的界面设计渗透学生的艺术修养以及技术手段，最后用他们的数学知识进行逻辑运算与设计，通过以上多学科知识的综合运用，解决APP设计与开发过程中遇到的问题，最终生成所需的手机应用程序。教师列举生活中App Inventor编程的例子，如“天气预报”“手机开关灯”“创意涂鸦”等手机应用软件的功能实现，激发学生对App Inventor程序设计的兴趣，利用STEAM教育的特点，借助App Inventor平台的优势，确确实实地培养学生的创新能力与问题解决能力，笔者设计如图1所示的课堂教学过程。

教师为学生创设生活情境，学生联系自我实际提出课堂上需要解决的问题——制作一款手机APP;确定项目后，分成若干学习小组，进行小组讨论，分析其涉及的科学原理、概念等;学生以工程思维规划该项目，确定设计方案;利用已掌握的技术手段和艺术素养收集与处理相关素材，进行界面的设计与布局;绘画逻辑实现的流程图，运用数学知识和工程思维完成程序代码块的拼接;软件开发完成后打包分享，进行小组互评，鼓励学生踊跃表达自己的意见，体现他们的社会人文艺术素养;学生根据大家的建议完善自己的编程项目，若已完成的同学可在此基础上继续拓展创新。

4  基于STEAM教育的App Inventor课堂教学案例

App Inventor课堂教学过程中，教师基于STEAM教育框架，引导学生主动探索真知，避免向他们灌输抽象的概念，鼓励学生运用多个学科知识综合分析问题并解决问题。本文以“制作手机听单词应用软件”的设计和开发为例，分析基于STEAM教育的App Inventor课堂教学过程。笔者采用以学生为主体，教师为主导的教学模式，把学生的实际生活与课堂教学紧密联系在一起，让学生体会用自己能力去解决问题的成就感，让学生成为科技的创造者。

4.1  教学准备

为了培养学生的社会人文艺术素养，课堂上教师采用小组协作学习的形式，既要求学生独立思考、主动探究，又鼓励他们小组内互帮互助，协作学习。教师对学生进行分组时依据同组异质原则，要求各小组自主推选出一名组长，由组长带领组员一同规划与完成本项目。

4.2  提出问题

教师以“学生通过手机APP可以随时查询英文单词的正确读音”进入教学情境。学生进行激烈讨论，引出问题：如何开发安卓手机应用软件？如何自己设计与开发一款个性化的手机听单词应用软件？

4.3  分析问题——科学

学生在教师的引导下确定本项目的主要问题：

（1）使用什么软件开发手机APP;

（2）如何设计具有个性化界面的手机听单词应用软件;

（3）如何在APP上实现英文单词的发音功能。

学生小组内协作学习与讨论，分析问题，通过查阅课本与相关资料，确定使用App Inventor软件进行手机应用软件开发。学生进入App Inventor软件，依据听单词应用软件的界面布局和功能实现的需求，参照表1的第一行标题内容，学生独立思考、小组共同讨论分析，整体把握本项目可能使用到的组件及其作用等，最后完成表格填写的学习任务。

4.4  设计界面——艺术、技术

学生把自己心仪的图片素材添加到App Inventor素材库。依据表1的组件列表，本项目需使用“文本输入框”“按钮”“图像”和“文本语音转换器”共四个主要组件，依次把它们拖到App Inventor软件的“工作区域”。学生依据自己的设计理念、思维和艺术素养，对部分组件进行个性化设置：

（1）选择“文本输入框1”，在“组件属性”里设置文本框的高度、宽度、显示的文字提示和位置等信息;

（2）选择“按钮1”，通过“组件属性”对“按钮1”组件的背景颜色、文本、字体、字号、图像、位置等信息进行自主设置，更可上传喜欢的图片作为按钮的显示标签;

（3）选择“图像1”，在“组件属性”里设置本应用软件的主页LOGO图案，并根据听单词应用软件页面的整体美观性对图像进行大小、位置的调整;

（4）对整个软件的界面进行个性化布局。通过以上的若干设置，学生制作出一款极具个性化的手机听单词应用软件（如图2所示），在设计过程中培养自己的艺术素养以及掌握App Inventor编程的基础技能。

4.5  逻辑设计——工程、数学

教师引导学生开展小组协作学习，小组成员共同讨论项目的设计方案，积极完成程序流程图的设计，让他们将抽象的功能转化为具体形象的步骤，增强本应用软件的可操作性。听单词应用软件的逻辑是在文本框录入英文单词后，单击“听单词”按钮，手机就可发出单词的正确读音。在编程时要理解事件的意义，事件是用来连接不同的程序动作，本项目使用的是“被点击”事件，就是说当组件“按钮1”被点击时，连接至“文本语音转换器1”组件，该组件根据文本框输入的文本自动转换成语音发出来，从而实现听单词的功能。在应用软件逻辑设计的过程中学生根据自己设计的程序流程图，运用数学知识与工程思维去自主探究，在小组内互相讨论、协作，实时调整各组件的参數和代码块的拼接顺序，完成听单词应用软件的逻辑设计程序编程，如图3所示。

4.6  作品分享与评价——艺术

学生在自主探索学习和小组协作学习的过程中能力的培养与提升是STEAM教学课堂的关注焦点。故本次课的教学评价主要包括以下几个方面;

（1）学生的自主探究积极性;

（2）小组协作学习情况;

（3）作品展示效果。

各小组成员在完成项目的基础上，组长组织进行组内互相评价，每一小组推选一份作品代表本小组向全班同学展示。各小组代表在向全班同学展示自己作品的过程中需要详细阐述该作品的创作思路、过程与组内协作、互评的效果。全班同学均可向该小组代表提出不同的意见，教师引导学生在作品展示过程中进行自我评价和生生互评，教师最后进行课堂的综合点评。本教学环节鼓励学生大胆地展现自我，锻炼他们的沟通交际能力，培养学生的人文艺术素养。

4.7  知识拓展

个别小组或学生通过努力，在规定时间内完成听单词应用软件的设计与开发，教师为了激发他们产生更多的创意，不能单一固化他们的思维，可让学生挑战拓展任务：本次课的听单词应用软件是录入英文单词后点击按钮就可听到单词的正确读音，学生可尝试使用其他组件（如传感器），实现手机摇一摇就能听到单词的功能。

4.8  教学效果

大部分学生已熟练掌握组件设计和编程设计的方法，但不同学生之间的动手能力和理解水平还是存在差异的，教师采用小组协作学习的方式，既能发挥学生“以点带面”的功效，又能培养他们的沟通交流能力，更能保证课堂秩序的有条不紊。本次课程综合运用多学科知识去设计与开发App Inventor项目，课堂上以学生为主体，教师为引导，让学生“做中学，学中做”，完成真正的意义建构，体验解决问题的完整过程，让学生从科技的消费者化身为科技的创造者。

5  结  论

基于STEAM教育的App Inventor课堂教学，不只是关注学生最后是否开发出高质量的应用软件，更看重课堂的教学过程，注重培养学生解决实际问题的能力，激发他们的创意。随着App Inventor在国内中学阶段的普及教学，越来越多学者关注它的教学价值。本文以“制作手机听单词应用软件”为课例设计基于STEAM教育的App Inventor课堂教学模式，希望能为一线教师提供一些参考。

参考文献：

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[2] 侯晔，刘凤娟.基于STEAM教育理念的中小学信息技术教学探究 [J].中国信息技术教育，2017（Z3）：167-168.

[3] 郭守超，周睿，邓常梅，等.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（3）：91-96.

[4] 王珊.STEAM教育理念下中职学生的手机编程课程设计 [D].重庆：重庆师范大学，2019.

作者简介：谢学斌（1983-），男，汉族，广东河源人，高级工程师，硕士学位，中学一级教师，研究方向：App Inventor、人工智能。