Steam教育理念下的课例研究

范竹青

摘要：在追求创新的21世纪，steam教育作为一种对创新型人才培养有效途径，已成为世界各国教育界的共识，在这样的教育浪潮下，小学信息技术应开展怎样的改革？本文以小学scratch程序设计教学开展实践研究，指出steam教育理念下的信息技术教学应考虑情境导入的真实性、学科设计的整合性、任务设置的分层性及开放性等原则，突出跨学科、趣味性、情境性和协作性特点。本研究旨在为steam教育理念下信息技术教学的开展提供参考。

关键词：steam教育;scratch程序设计;教学研究

一、steam教育理念

STEAM 是以科学（Science）、技术（Technology）、 工程（Engineering）、数学（Mathematics）为主要课程的教育，是通过整合四门学科领域内容指引教学和学习的途径和方法，STEM教育并不是将这四门课程知识的简单叠加，强调将多学科内容的交叉融合形成有机整体的跨学科教育。学科知识的获取是STEM 教育的基础，而能够理解学科知识之间的内在联系是 STEM 教育的本质[1]。2006 年，美国弗吉尼亚理工大学 Georgette Yakman 教授及其团队在原有 STEM 教育的基础上融入了艺术（Arts）学科，使得原有偏理工科特点的 STEM 教育学科更加广泛、视野更加开阔[2]，学生从更多视角认识不同学科之间的联系。至此，STEAM 教育理念正式形成。2016年6月“STEAM教育”首次被我国写入“十三五”规划，“积极探索信息技术在“众创空间”、跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力，养成数字化学习习惯，促进学生的全面发展，发挥信息化面向未来培养高素质人才的支撑引领作用。”[3]。积极开展STEAM教育，塑造综合型创新人才已成为世界各国教育界的共识。

二、scratch程序设计简介

Scratch是一种图形化的编程工具，也称为猫抓，一款由麻省理工学院开发的儿童编程软件。scratch包括动作、事件、外观、控制、声音、侦测、画笔、数字和逻辑运算、数据等九大控件，其采用视觉化积木组合式程序设计概念，儿童可以通过拖曳、组合各类积木的方式来取代直接编写程序代码，避免输入错误代码的困扰，儿童直接用鼠标以点选、拖曳各类积木的方式将指令移到程序脚本区，实现玩转编程。2019年1月2日麻省理工学院最新发布的scratch3.0版本，更是整合并添加了拓展模块，例如翻译功能可以翻译多种语言;文字朗读模块，可以让角色真正的“说话”;新扩展的Makey Makey插件，把创意有趣味性的硬件加进来，实现更强大的智能互联功能;乐高EV3在新版本中可以使用，增加了应用场景。此外Scratch还可以用来创造互动式故事、动画、游戏、音乐和艺术，由此加强学习者对程序设计的认知。有了scratch工具，小学生的程序设计学习不再是一门枯燥的功课，而是一门充满趣味性和创造性的课堂。

三、基于STEAM教育理念的小学scratch信息技術课堂

1、教学设计原则

STEAM教育从本质上来说是一种跨学科整合的教育，学生综合运用各学科知识创造性的解决问题，基于STEAM教育本质上的考虑，笔者课堂设计从导入情境真实性、学科整合性、任务分层性及开放性三个方面来进行。在选择scratch教学内容上，笔者特地挑选了苏教版小学五年级信息技术《小猫出题》一课，课程中涉及数学知识比较多，适合与数学学科开展整合课堂。《小猫出题》一课主要介绍变量在Scratch中的运用，以小猫出题为主线，贯穿整个学习内容。本课内容分为三个部分，第一部分是新建所需要的变量，提醒学生输入变量名称时要注意它的意义，并且绘画出运算符号;第二部分是对变量进行赋值，将随机数的值赋给变量，并将输入的结果与答案进行判断，这也是一个难点;第三个部分是添加循环次数，主要是通过重复执行次数的控件来实现。

2、课堂流程

“导入情境的真实性”是steam教育的首要考虑元素，课堂伊始，教师给学生抛出问题：一年级的弟弟要练习10以内的数学加法题，五年级的哥哥准备给弟弟设计一个简易的出题器，要每次出题都不一样，并且能够判断弟弟回答正确与否，一起来做一个简易的出题器。学生观看案例出题器的出题过程，分析出题器程序要实现的功能，教师引出新授概念——变量。学生完成变量赋值（随机数）后，开始逻辑判断过程，因为情境中是帮助一年级的弟弟完成出题功能，题目设置比较简单。基于对steam教育跨学科整合性的考虑，五年级的学生数学上正学习小数加减法，笔者在课堂上设计了升级任务：哥哥要升级出题器程序，开发一款针对五年级学生的小数加法练习的出题器。此时学生需要考虑的数学学科知识比较多：根据小数的意义，如何让小数呈赋值给变量，设计一位小数还是多位小数的加法运算？学生综合运用数学与信息课堂知识，设计适合五年级学生练习用的出题器。基于分层次教学考虑，笔者设计分层任务和开放性的任务设计，在拓展任务环节，教师再次升级任务难度，出题器一直在出加法题目，如何让它变“聪明”，实现减法题目的生成？学生开始进一步思考，适合一年级弟弟的出题器一定是满足“被减数大于减数的条件”，不能出现负数情况，因而在将产生的随机数赋值给变量后需加以事先判断——第一个数大于第二个数;而针对哥哥本人的出题器，由于数学上已经了解了负数的概念，如果出现被减数小于减数情况，也能够理解其意义。需要指出的是，在整个scratch制作过程中，学生一直需要考虑的是如何用美术知识让出题器界面变得美观、实用，这也再次体现了steam教育跨学科整合的理念。在开放性任务上，学生还有更多发挥的空间，如何将出题器设计成计算器，让用户随心所欲的进行计算？甚至，结合3D打印知识和技术，设计出一款真正的实物版出题器和计算器，对数学知识、编程知识、科学知识、美术知识的学习更是进一步的探索，且具有现实意义，这显然不是一两节课就能实现的，这也正是steam教育的魅力，在实践中朝着创新发展。

四、结语

Steam教育是以科学、技术、工程、艺术和数学知识为基础对问题或项目进行探讨，“整合性”是其鲜明特征，在整合的过程中，学生综合运用各科知识创新性地解决实际问题。本研究知识针对小学scratch教学进行steam教育实践初探，对课程设计上存在众多的不足，也正是今后努力的方向。未来，steam教育方兴未艾！

参考文献：

[1] 李雁冰. “科学、技术、工程与数学”教育运动的本质反思与实践问题———对话加拿大英属哥伦比亚大学 Nashon 教授[J]. 全球教育展望，2014（11）：3-8.

[2] 赵慧臣 ，陆晓婷. 开展 STEAM 教育 ，提高学生创新能力 ———访美国 STEAM 教育知名学者格雷特·亚克门教授[J]. 开放教育研究，2016（5）：4-10.

[3]教育部.教育信息化“十三五”规划[EB/OL]http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html