基于STEM理念6E学习模式的中学编程项目学习与案例设计

王雅芸

概念界定

1.STEM理念

习近平总书记在十九大报告中指出，创新是建设现代化经济体系的战略支撑，是引领发展的第一动力[1]。而创新主要来自科学、技术、工程和数学学科的进步[2]，是一个高度互动和多学科融合过程。1896年，为了适应学科综合化发展和社会对高素质复合型人才的需求趋势，美国最先提出STEM[Science（科学），Technology（技术），Engineering（工程）and Mathematics（数学）]教育，建立了一种全新的教育理念和培养范式，于是STEM这种有目的地整合各学科的“协同式”教育教学模式进入我们的视野。

2.6E学习模式

美国国际技术与工程教育学会于2014年提出6E[3]，即6E学习模式，在原有的皮亚杰（Piaget）的5E学习环模式的基础上增加了一个E，形成了6个E环节，即投入（Engagement）、探索（Exploration）、解释（Explanation）、深化（Enrich）、工程 （Engineer）和评价（Evaluation）。这6个学习环节相对独立且相互联系，是基于STEM教育理念的典型学习模式[4]，该学习模式广泛运用于工科类学科的教学工作，强调以学习参与者为“活动中心”，相比传统学习模式更适合培养创新型和探究型人才。

3.项目学习

基于项目的学习（Project-Based Learning，简称PBL）模式是STEM教育理念主要的学习方式之一，主要是以现实问题解决或项目式学习为主。在中学项目式学习教学活动中，教师可以根据学生兴趣和不同学科知识的特點进行教学活动设计，即以项目设计与实施为载体，将学术性的学科知识转化为可解决实际问题的生活性知识[5]。2017版高中信息技术课程标准倡导开展基于项目的学习，新课标在“实施建议”中提到“基于项目的学习是指学生在教师的引导下发现问题，以解决问题为导向开展方案设计、新知学习、实践探索，具有创新特质的学习活动”。

研究概述

1.软件介绍

研究选用Python3.8解释器来开展基于STEM理念的6E学习模式的中学项目学习。Python语言于20世纪90 年代初由荷兰数学和计算机科学研究学会的吉多·范罗苏姆设计，Python语言由于具有简洁性、易读性以及可扩展性等特点，已经成为最受欢迎的程序设计语言之一。从2004年以后，Python的使用率呈线性增长，2011年1月，它被TIOBE编程语言排行榜评为2010年度语言。由于Python解释器比较容易扩展，提供了高效的高级数据结构，还能简单有效地面向对象编程，在国外用Python做科学计算的研究机构日益增多，一些知名大学已经采用Python来教授程序设计课程。广东信息技术2019粤教版已将Python语言纳入课本教材。

2.学习者特征分析

研究中课程的授课对象是高中一年级学生，从学生对代码编程知识的掌握情况来看，有两种情况，一种是部分学生在初中阶段接触过图形化编程，进入高中学段后，对代码编程有一定的畏难情绪，另一种是部分学生在高中以前没有编程经历，编程思维基础较差。总的来说，高一学生思维活跃，对新的事物充满好奇，且有探索的欲望，具备逻辑思维和推理演绎的能力。

在前一章的学习中，学生已经经历了利用计算机解决问题的基本过程，已经有了流程图和基本语句语法的知识基础，也具备一定的逻辑思维能力和Python代码所需要的英语学科知识，但由于受定向思维习惯的影响，学生对情境问题的分析和程序的应用能力较弱。

课程案例活动设计——以“防疫知识问答”编程项目活动为例

1.Engage（投入）

参与环节即课堂导入环节，目的是吸引学生学习的好奇心和兴趣，教师在该环节设置有意义的学习活动，如提出问题、创设情境，激活学生原有知识与经验。学生在此环节中感受体验情境，明确目标与任务，调用原有知识与经验，为即将到来的“探索”活动奠定组织基础。

2.Explore（探索）

探索环节是6E学习环的中心环节，在此环节中教师组织和引导学生自己或以小组为单位对课程开展探究活动，观察规律，了解概念，教师在探究过程中进行指导，扮演引导者的角色，参与和反馈探究。学生在此环节要做到独立探究、小组合作探究、分享与反思探究，最终做到了解新概念，培养自身的探究能力。详细教学活动如表1所示。

3.Explain（解释）

在完成探索环节后，教师通过提问，细化所学知识，在引导学生完成自主探究后，对探究的过程和结果进行展示和分析。教师在此环节中可采用多种教学策略辅助概念解释，主要帮助学生进一步修正和完善概念，并做出解释，为下一环节做铺垫。详细教学活动如下页表2所示。

4.Engineer（工程）

在学习新概念之后，教师向学生介绍项目及所需资源，学生需要灵活运用新概念，通过应用概念实践，利用学科知识和技术去建立问题解决方案的程序，包括明确任务、初步设计、画图标识、进行项目相关制作与测试等，目的是让学生有机会对知识点主题有更深入的理解，学生在探究过程中，进一步检验自己的理论探究成果。

5.Enrich（深化）

深化阶段的目的是引导学生根据已掌握的知识与技能进行发散思维，将所学知识应用到更广泛的工程设计中，加强对新概念的提升和迁移，深入地探索他们所学的知识，在此基础上进行延伸和拓展，并将概念转化为更复杂的问题。详细教学活动如下页表3所示。

6.Evaluate（评价）

此环节可以促进师生、生生之间的互动与交流，可采用小组讨论、提问、学习成果展示、纸笔测验等多样化评价方式，让师生共同决定新概念的学习和理解程度。在教师的鼓励下，学生乐于解释、分享和总结探究过程和结果，进行自评、互评。教师在此过程中根据学生的学习情况，给予及时、恰当、正确的反馈信息。

结论

著名教育学家皮亚杰的认知发展理论认为，学生是学习的主体，在外部环境的不断作用下提升认知。开展基于6E学习模式的教学，通过创设学生所熟悉的项目情境，从填空题到选择题再到完成项目，由浅入深地考查条件语句的基本应用，让学生在课堂中充分地进行“自主、探究、合作、交流、评价、反思、内化”，为学生创设操作和实践的机会，鼓励学生发表自己的意见，与同伴交流，体验算法在解决问题中的重要作用，培养学生的逻辑思维能力、解决复杂问题能力，进而提高学生应用知识解决实际问题的能力。

参考文献：

[1]人民网.权威发布：十九大报告全文[EB/OL].http：//sh.people.com.cn/n2/2018/0313/c134768-31338145.html， 2018-03-13.

[2]M. Sencer Corlu，Robert M. Capraro，Mary M. Capraro.Introducing STEM Education： Implications for Educating Our Teachers For the Age of Innovation[J].Education and Science，2014（39）：74-85.

[3]余胜全，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015（04）：13-22.

[4]徐蓓玲，高国元.基于6E设计型学习模式的STEM活动设计——以Scratch“打地鼠”程序为例[J].现代中小学教育，2020（36）：24-30.

[5]黄桦.基于STEM教育理念的科学教学[J].教学与管理，2018（21）：109-112.