“Scratch+科学”的STEAM教学案例开发

蔡艳妮 陈云柱

摘要：基于小学科学核心素养，尝试设计“Scratch+科学”的STEAM教学软件——星座连连看，探究将星空中不同的“恒星”模拟成“亮点”，按照一定的顺序连接起来，形成不同的视觉图像，构成不同的星座，从而帮助学生构建对“星座”这一科学概念的理解，并体验到信息技术编程与科学融合的乐趣。

关键词：Scratch+ ;星座;融合

一、案例开发背景

小学科学新课标提出以培养学生科学素养为宗旨，以探究活动为主要学习方式，让学生能够感知物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程中较直观、学生有兴趣参与的学习内容为载体，重在培养学生对科学的兴趣、正确的思维方式和学习习惯。“星座”是六年级科学下册第三单元“宇宙”中的第六课。地球是目前人们认识到的宇宙中唯一适合人类生存的星球。地球与宇宙中的有关现象、事物和规律，具有时间和空间的复杂性，需要对它们运用实地观察、长期观测、建构模型、模拟实验、逻辑推理等方法进行研究。

六年级学生的思维处于前运算阶段，依赖于形象的事物，他们喜欢动手探究，富有想象力，对宇宙中天体的关系充满好奇心。传统的星座辩认的教学重在制作星座模型，再对模型进行合理推理，缺乏探究的过程，停留在表面的认识。因此，我萌发了设计一款以让学生自己动手探究星座视觉图像为主题的学习软件——星座连连看，它将有助于学生形成星空的空间概念，学会找星座的方法，激发学生对星座观测的探究热情，发展空间想象、模型思维、逻辑推理等能力，为课后去观测星空做铺垫。

二、案例内容

（一）设计思路

本软件以STEAM理念为指导，将“两点连线”作为第一关，重在熟悉点与点间连接的操作，感受一笔成线的体验。第二关为“按点画北斗七星图”，在数字提示下，连成七星图，形成星座的概念。第三关为“看图连星座”，以白羊座为例，感受不同的连法可形成不同的图案星座。

（二）开发环境选择

Scratch是由MIT设计开发的可拖曳图形化的积木式编程工具，它包括固定的9种编程行为：动作、事件、外观、控制、声音、侦测、画笔、数字和逻辑运算、数据。Scratch功能强大，编程简易，趣味性强，它能轻松地实现交互式故事、动画、游戏等效果，故选择用它来创作这个教育软件。

（三）软件开发的过程

第一步：学习软件。学校开设了“Scratch+学科融合”的社团，每周上2节课，在两年的学习过程中，通过设计制作“图章小工具”“记忆大比拼”等软件，学生基本掌握了Scratch的编程语言和制作技术，具有设计和开发的技能基础。

第二步：初步设计软件的功能。如何确定星座的位置，如何用鼠标来连接不同的亮点，如何检测是否已经连好预设的星座点，从而形成某一星座的视觉效果，以及不同关卡的切换检测。

第三步：准备资料。通过百度检索“北斗七星图”“白羊星座图”和“手”的图片，并利用“美图秀秀”软件对图片进行处理——美化和透明化。

第四步：开始制作。第一关是两点连线，熟悉点与点间连接的操作。先做用来连线的点和画线的角色“手”，连线的点会在规定范围内随关卡变化在固定位置出现，如果线连完，即可进入下一关。当1点被点击时，就会发出先2的广播，否则发出后2的广播。另一个点是用来画线的，它会一直隐藏，如果接收到连线的广播信号，就会在两点之间画出线来，“手”会在两点之间来回移动，通过X与Y坐标的移动，指引使用者按照提示连线，动态地演示了“连一连”的过程。第二关是“按点画北斗七星图”。按照北斗七星的星座图，在对应的位置抽离出7个点，每一个点按照连接的顺序排列，并标注上数字1～7，让用户能根据提示找到点与点连接的方法。当鼠标点击1点和2点时，两点之间会画一条红线，作为图像的标注，依次连接，即可形成北斗七星的视效图像。第三关：“看图连星座”。以白羊星座图为例，它需要4个点按照一定的顺序连接。但本关加大难度，界面上出现7个点，增加辨认空间点排列关系的难度，也反映真实观测星座时，由于星空是无数个恒星的发光体，故连接不同的恒星，会出现不同的形状。让用户“眼见为实”地体验到“星座”是人类对恒星位置空间排列的想象。 接着制作任务提示按纽。它用于提示用户如何操作通过本关，并告诉用户注意事项。在游戏过程中，设计了忽明忽暗的效果，引起用户关注。提示按纽随不同关卡设计不同的文字说明。最后，当连成白羊星座图时，就显示你已成功的點赞图。

第五步：程序测试阶段，发现问题，解决问题。问题：发现画线的点从A点移到B点的中间那段时间里，如果快速点击C点，程序就会自相矛盾，画出一个奇怪的图形。后来，我建立了一个变量，在画线的时间里，这个变量的值始终为1，否则为0，如果在画线的时间里点击其他的点，会自动检测这个值是否为1，如果是，就不发出连线的广播;如果否，就发出连线的广播，从而解决问题。

（四）开发反思

实践是检验真理最好的途径。通过探究星座的视觉秘密——以“星座连连看”的开发案例来说明科学与Scratch融合的三点思考。

1.探究星座的视觉秘密后的完善构想

“星座连连看”软件设计完成后，拿给六年级5个班进行课堂上的教学练习，让同学们体验星空的构建秘密，感受不同的恒星位置排列会形成不同的视觉图像，让同学们无师自通地懂得“星座”的科学概念，突破了教学的重难点，大受欢迎。于是，大家提出能否加入“大熊星座”“小熊星座”的关卡，甚至是将某一片星空的点全布在界面上，让大家去连出自己认识的星座，并且计时比赛，比比看谁认的星座又快又准。

2.“Scratch+科学”与 STEAM教育理念相互成就

“Scratch+科学”与 STEAM教育理念相互成就，主要有以下三个方面的思考。（1）二者对学习者的培养目标是一致的。从学生的核心素养出发，发展学习能力、思维能力、实践能力和创新能力，从真实问题的解决过程中，能了解科学、技术、人类社会发展和文明的过程，形成创新意识和社会责任感。（2）二者对学习方法的要求是一致的。探究式学习是学生发现问题、分析问题、解决问题的重点方式之一。它突出真实问题的创设，提供探究的工具和资源，使学生在做中学和学中思的参与过程中，动手动脑，经历科学探究的过程，获取科学知识，领悟科学思想，培养科学思维。（3）二者对学习内容的定位是一致的。

科学的核心是发现，技术的核心是发明，工程的核心是建造，数学的核心是建模，艺术的核心是设计。STEAM教育强调让学生综合应用所学的跨学科知识，去解决个人生活和社会发展的问题，让学生通过科学技术与工 程实践活动培养解决问题的思维。

3.信息技术助力科学探究实验，打造体验式学习

小学科学课强调通过动手做来学习科学，如做实验、观察、测量、种植与饲养、制作实物模型等，这些方法符合儿童的天性，可以有效地激发儿童的学习兴趣。但不同的学习内容，有不同的理解和呈现特点。如电荷的相互作用、磁场的强弱对电流的影响、宇宙中地月系月球运行的规律、星空中的星座等内容，因看不见、摸不着，传统的教学方法无法解决学生对其概念的认识、对其原理的理解。此时，信息技术支持下的虚拟实验、模拟软件，将无形化为有形，让静止化为动态，提供学生探究的体验，能充分调动学生科学探究的欲望，符合其科学的认知发展规律，能起到化龙点睛的作用。

[本文系深圳市龙华区“ 十三五”教育科学规划课题“面向STEAM的“Scratch+绘画”课程开发及实践”（﹝2019﹞ LHQNFZ19150）的阶段性成果]

（责任编辑：韩晓洁）