融合信息技术的新加坡STEAM教育经验与启示

张一鸣 董贝贝 向金 白欣

STEAM教育是包括科学、技术、工程、艺术和数学在内的跨学科教育。近年来，STEAM教育在我国正如火如荼发展，同时也面临诸多问题。笔者对国内小学课程设置情况调查发现，分科教学仍是被普遍采用的教学方式。目前，我国开展信息技术教育的普遍方式是单独开设一门“信息技术”课程，将其与各个学科割裂开来进行教学。这是我国STEAM教育和信息技术教育发展面临的困境。2021年6月25日，国务院发布《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》，提出“推进信息技术与科学教育深度融合，推行场景式、体验式、沉浸式学习”^[1]。新加坡早在20世纪70年代末就意识到信息技术的发展对于国家经济发展具有重要的推动作用。1997—2015年，新加坡教育部共发布了四部教育信息化发展规划，每期规划都以培养学生能力为核心，明确提出要培养学生的综合能力，且每部发展规划都在继承前一部发展规划的基础上有所改进^[2]。新加坡编制教育信息化发展规划，致力于培养学生适应21世纪发展所需的技能，即成为自信的合作者、自主的学习者、关注社会的公民及积极的贡献者，重视教师信息化教学能力的培养和提升，融合教育信息技术建立起一套完善的体系。新加坡小学融合信息技术的STEAM教育理念和做法，可以为我国小学STEAM教育及教育信息化发展提供借鉴。

一、新加坡小学STEAM教学大纲解读

新加坡小学将信息技术融入各个学科的教学大纲中，并均体现STEAM教学的特点，指导各科教师进行跨学科的数字化教学。下面笔者以新加坡小学的科学、数学、社会学习（Social Studies）、跨学科专题作业（Interdisciplinary Project Work，IPW）的教学大纲为例，对新加坡小学各学科融合信息技术的教学要求进行解读。

（一）新加坡小学科学教学大纲有关信息技术的论述

新加坡颁布小学科学教学大纲，提出了教师开展研究性学习的教学策略：“鼓励教师将信息技术和国民教育融入研究性学习的活动中，在调查的过程运用信息技术，促进学生协作学习和自主学习。”例如，教师利用在线协作工具可以帮助学生在学校内分享和讨论他们的想法或发现，并咨询领域专家来扩展他们的学习内容。再如，联上互联网的设备可用于促进学生在情境学习中的数据收集和分析，其中模拟工具可用于研究和理解抽象概念，以操纵变量来推断变量之间的关系。新加坡小学科学采用融合信息技术的方式教学效果显著，一方面师生借助信息技术拓展了资源，另一方面学生使用信息技术实现了深度学习。

（二）新加坡小学数学教学大纲有关信息技术的论述

新加坡小学将信息技术教学放在培养学生适应21世纪发展所需技能的重要地位。新加坡小学数学教学大纲写明：“使用信息技术的能力是21世纪技能之一，而对于这一能力的培养也会促进21世纪技能中的其他技能，例如合作学习、批判性思考和问题解决能力的发展。”同时对教师提出要求：“教师应培养学生使用信息技术学习的能力。教师应使用信息技术对数学概念进行演示，将其可视化，从而帮助学生理解数学概念。同时还应利用信息技术支持学生的探索和实验，扩大学生可以接触到的问题的范围。”

以数学学科为例，学科知识内容对于学生来说往往是非常抽象的。对于学生解决数学问题涉及的“数学建模”，新加坡小学数学教学大纲给出了定义，“数学建模是制定和改进数学模型以表示和解决实际问题的过程。通过数学建模，学生学会处理歧义，建立联系，选择和应用适当的数学概念和技能，识别假设并思考现实世界问题的解决方案，并根据给定或收集的数据做出明智的决策”。同时要求学生在建模和解决问题的过程中，选择并使用适当的数学方法和工具解决问题并提出解决方案。教师教学应坚持三项原则，其中之一便是“教学应该将学习与现实世界联系起来，利用信息技术培养21世纪的核心能力”。教师在教学过程中应利用信息技术讲解数学在现实世界中的应用，并帮助学生理解和欣赏数学是如何应用在现实生活中，以及如何在现实世界中使用数学来建模和解决问题，从而让学生看到数学的意义和与现实的相关性。在这一过程中，信息技术起到将数学与现实联系的桥梁作用，使数学中抽象的概念具象化。

（三）新加坡小学社会学习教学大纲有关信息技术的论述

新加坡小学社会学习教学大纲结合21世纪技能框架明确要求学生通过实地学习活动，学会与他人合作，并收集和处理各类社会信息。包括“新加坡移民和领导人贡献;我们的共同身份、共同经验和价值观;如何团结我国人民;如何满足我们的需求，克服面临的挑战;新加坡的环境和发展;四种古代文明和过去其他文明遗产的信息”等。学生要在收集和处理各类社会信息的过程中，探索信息与周围的人和地方的关系，发展使用多种演示模式记录学习过程的能力，以及与他人交流的技能。社会学习中很重要的能力就是收集和处理社会信息的能力。教师借助信息技术教学能够让学生更充分、深入地理解社会。

（四）新加坡小学跨学科专题作业教学大纲有关信息技术的论述

新加坡小学跨学科专题作业课程大纲中建议：“课程的目标之一是通过同伴或小组分享活动和学生角色扮演，增强学生的社会责任感，使其具有一定程度的自我学习能力，学会如何查找参考资料和使用互联网等资源。”同时，大纲对于信息技术在合作学习中的重要性也通过具体案例进行说明。2002年7—8月，新加坡教育研究协会对一个IPW项目进行课堂观察：31名小学四年级学生被分成5组，每组4名学生。学生被分配角色并接受角色训练，根据给定的主题“植物及其生长”进行科学项目的规划和准备。在计划和准备之后，学生在计算机实验室准备设计的幻灯片。在教室和计算机实验室进行了五次观察后，他们开始渴望进行IPW学习，并在课程中不断利用信息技术，例如借助翻译软件查找“参考书目”等单词的英文拼写等^[3]。

IPW是新加坡小学和中学都开设的一门STEAM课程，不同学校以不同的活动内容为载体。例如，Concord小学以烹饪活动作为载体，开设了“思维厨师计划”课程。开设这一课程旨在为学生提供机会，让学生综合不同学习领域的知识，批判性和创造性地将其应用于现实生活中。通过IPW，学生将能够运用创造性和批判性思维技能，提高沟通技巧（口头和书面），培养协作学习技能，发展自主和自主学习和终身学习技能，体验烹饪或烘焙等。IPW的教学成果与教育预期结果一致（见表1）。

二、新加坡小学STEAM课程案例解析

新加坡教育部颁布小学各个学科的教学大纲，对信息技术在小学各个学科中的融入做出明确要求。2014年，新加坡政府发起“编码@新加坡政府”（CODE@SG）项目，在学校和社区开展基于Micro：bit的教育活动，旨在发展全民计算思维^[4]。下面笔者以CODE@SG项目网站上小学各个学科的典型课程为例进行分析，从而深入地理解新加坡融合信息技术的小学STEAM教育。

（一）科学：“节约用水”课程案例

“解决真实问题”一直是新加坡开展STEAM教育所积极倡导的理念。新加坡小学STEAM课程案例中的绝大多数主题都是基于与学习者生活、社会紧密相关的情境而设置的自然和社会问题，让学生在解决真实问题的过程中使用并掌握信息技术。新加坡小学科学课程“节约用水”，就是一个从节约用水的实际问题出发来设计的STEAM课例。以解决环境问题为目标，学生三人一组，使用Micro：bit编程设计并制作一部自动浇水装置。教师根据学生的认知水平，循序渐进地介绍各种测量和感应装置（土壤湿度感应器、DC水泵）的工作原理和使用方法，并让学生通过编程建立测量（或感应）装置与自动浇水装置之间的联系。学生建立植物自动浇水系统，运用信息技术收集并分析土壤湿度数据，深化对水资源保护的认识，引发对资源和环境保护的思考。学生掌握编程技能后，可将编程知识用于解决实际问题。

（二）数学：“十进制货币加法”课程案例

新加坡小学数学课程“十进制货币加法”是一个运用信息技术帮助学生学习加法运算的STEAM课例。学生需要使用Makecode和Micro：bit编程软件编写硬币计数器的代码并构建简单的原型，实现运用十进制进行货币加法运算;同时，使用吸管、连接器和可回收材料构建一个简单的数字硬币银行。该课例不仅涉及数学知识的教授，而且涉及使用电子表格和其他软件进行数学学习，融合数学、计算机编程以及实践操作进行跨学科学习。在此过程中，学生习得加法运算的能力，建构知识系统，并将其用于解决日常生活中的问题。学生学习这个案例后，在遇到如购物过程中付钱、找零等类似场景问题时，就会利用所学的知识和方法解决。

（三）社会学习：“emoji”课程案例

新加坡小学社会学习课程“emoji”是一个运用信息技术培养学生情感态度、协作能力的STEAM课程案例。该课例的情感学习目标包括“尊重和欣赏朋友”和“赞赏并接受意见分歧”。两个情感目标之下的学习目标为“使用Micro：bit编码在5x5LED上显示图像”和“使用LED显示动画”。教师以“emoji”为主题，激发学生的学习兴趣。在前期准备阶段，教师对Micro：bit编码软件、硬件设备进行详尽的介绍，确保学生在探究之前有足够的先验知识和背景信息。在活动安排上，教师设置了三个主要的活动，分别是熟悉Micro：bit编码软件与硬件设备建立连接、创建“跳跃小人”的表情、创建自己的表情。在授课过程中，教师对Micro：bit编码的具体操作过程进行演示，搭建学生学习编程的脚手架，指导学生探究。该课例中，教师以培养良好的社会情感为主题，以Micro：bit编程为依托展开数字化教学，帮助学生确立尊重朋友、欣赏朋友、赞赏并接受意见分歧的价值观，引导他们做有共情能力、有社会责任感的合格公民。

（四）跨学科专题作业：“回收塑料瓶”课程案例

合作学习是STEAM课程重要的教学过程之一。教师通过设计一系列小组合作活动来促使学生积极思考并主动展开交流与合作。新加坡小学STEAM课程很多案例中，教师有效利用信息技术来设计小组合作的课程活动，以此培养学生的自主学习和协作学习能力，从而让学生具备在未来社会取得成功的能力和品质。新加坡小学跨学科专题作业“回收塑料瓶”就是一个小组合作的STEAM课程案例。该课程从环保问题出发，教学内容主要涉及：使用Micro：bit软件编程;运动传感器的使用和安装;回收箱的设计与美化。教学过程中，学生需要利用Micro：bit编写程序计算回收箱收集到的塑料瓶数量。他们在小组中应用发散性思维进行头脑风暴，讨论如何设计回收箱，同时通过协作，将运动传感器正确安装到回收箱中，并用颜料和画笔对回收箱进行美化，最终设计出一个环保回收箱，增强了社会责任感，提高了实践和协作能力。

三、对我国小学STEAM教育发展的启示

（一）坚持以学生为中心的教育理念

新加坡明确，小学阶段STEAM课程教学中学生是活动的主体，教师开展一切教育教学活动要重点考虑学生的需要。数字化教学实现了学习环境的多样化，在教学材料的选择上，教师利用适切的教具、多媒体教材或自制的、贴近学生生活经验的材料，增强趣味性，促进了学生对知识的理解。新加坡实施STEAM教育时将学生放在主体地位，充分发挥了学生学习的自主性，有利于培养面向21世纪有创新能力的高质量人才。

（二）重视教师的TPACK素养

新加坡小学各个学科的教师开展STEAM课程活动时，都表现出良好的TPACK素养，即整合技术的学科教学法知识（Technological Pedagogical Content Knowledge），以学科内容知识、教学法知识和技术为基础，以它们之间的相互作用为纽带，设计教学方案，提高教学质量。新加坡小学STEAM课程教学中教师对Micro：bit软件使用非常多，注重进行数字化教学以培养学生的信息素养。在教学过程中，教师应遵循由简渐繁的原则，以学科内容为基础，灵活运用教学方法，将信息技术融入课堂，将抽象的概念转化成具体的表征，并以解决真实问题为驱动力，帮助学生及时对知识进行归纳、总结。教师还需要基于数据分析对学生进行反馈，综合学业成绩、实践表现、合作能力等方面为学生设计多元化的评量标准，帮助学生明白自身的优势和不足，实现自我价值。

（三）将STEAM作为一种教学方法

目前，我国中小学普遍将STEAM教育视为一门课程，认为课程内容应该同时包含科学、技术、艺术、工程、数学五个方面的内容，将其作为拓展、提高类课程单独开设。在新加坡，各个学科课程中不一定同时包含科学、技术、艺术、工程、数学五大件，而在课程中会采用多种技术手段辅助教学。新加坡将STEAM教育作为一种教学方法，这更接近我国的智慧教学，而不是一门课程。这样的理念更符合STEAM跨学科教学的本意，也更具可操作性，对于我国STEAM教育和信息技术教育均有借鉴价值。

注：本文系中国科协2020年度研究生科普能力提升项目“科技馆辅导员专门化研究”（编号：kxyjs202014）的阶段性研究成果。

参考文献

[1] 国务院.国务院关于印发全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）的通知[EB/OL].[2021-7-5].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2021-06/25/content_5620813.htm.

[2] 柴金焕.新加坡教育信息化发展战略研究与启示[J].中国教育技术装备，2020（2）：134-136.

[3] Saravanan V. Teaching & learning in a Singapore primary school： Integrated project work[C]. Educational Research Association of Singapore Conference， Singapore， 2003.

[4] Code@SG. Lesson Ideas-Primary Schools[EB/OL].[2021-7-5].https：//codesg.imda.gov.sg/in-schools/digital-maker/lesson-ideas-primary.

（作者张一鸣、董贝贝系首都师范大学教育学院博士研究生;向金系西安交通大学附属小学高级教师;白欣系首都师范大学教授、博士生导师，本文通信作者）

责任编辑：祝元志