面向STEAM教育的App Inventor課堂教學(xué)研究

肖如 顧倩頤

摘要：App Inventor作為積木式的可視化編程平臺，對學(xué)生的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)要求不高，能夠讓學(xué)生快速開發(fā)安卓應(yīng)用程序，有利于學(xué)生實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意與提高創(chuàng)新能力。同時(shí)，引入STEAM教育開展課堂教學(xué)，讓學(xué)生在創(chuàng)造的過程中靈活運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識來解決問題，有利于培養(yǎng)與提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。鑒于此，本文以“母親節(jié)禮物”設(shè)計(jì)為例，借助App Inventor平臺，以STEAM教育為指引設(shè)計(jì)具體的教學(xué)過程，致力于激發(fā)學(xué)生對程序設(shè)計(jì)的興趣，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力以及解決實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞：App Inventor；STEAM；教學(xué)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2016）17-0061-04

在信息化時(shí)代，手機(jī)、平板等智能移動終端已經(jīng)高度融入我們的生活，一些與時(shí)俱進(jìn)的教育工作者看到了智能移動終端與教育教學(xué)之間存在的契合性，并在不斷嘗試充分利用這些設(shè)備的優(yōu)勢來促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。然而，僅僅將學(xué)生培養(yǎng)成為信息時(shí)代優(yōu)秀的消費(fèi)者，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足時(shí)代的需求，引導(dǎo)學(xué)生從信息科技的消費(fèi)者轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)造者才是最終目標(biāo)。App Inventor可以讓學(xué)生盡情發(fā)揮創(chuàng)意，創(chuàng)建并分享自己的App，逐漸實(shí)現(xiàn)由消費(fèi)到創(chuàng)造的過渡，是一個(gè)不錯(cuò)的程序設(shè)計(jì)教學(xué)工具。

選擇合適的教學(xué)工具僅僅是個(gè)開始，接下來需要我們仔細(xì)思量的是如何開展具體可行的教學(xué)實(shí)踐。當(dāng)前信息技術(shù)課程中的算法與程序設(shè)計(jì)教學(xué)，在教學(xué)方法上仍傾向于講授法與演示法，在教學(xué)內(nèi)容上著重于程序編寫規(guī)則及語法的講解，與其他學(xué)科分離開來，略顯抽象與枯燥，學(xué)生興趣不大，從而影響了課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。STEAM教育推崇“在做中學(xué)”“過程體驗(yàn)”“多學(xué)科整合教學(xué)”，為程序設(shè)計(jì)類課堂教學(xué)提供了新的思路。

● STEAM與App Inventor

STEAM（Science、Technology、Engineering、Arts、Mathematics）是由美國弗吉尼亞理工大學(xué)的Georgette Yakaman提出的一種跨學(xué)科教學(xué)框架（Framework）。[1]STEAM教育是關(guān)于科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)與數(shù)學(xué)的教育，在STEM的基礎(chǔ)上增加了A（即Arts）。[2]

STEM注重聚合思維，而Arts傾向于發(fā)散思維，Arts的融入有利于促進(jìn)學(xué)生對知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生從多個(gè)角度去思考問題并找到多種有創(chuàng)意的問題解決方法，從而有助于學(xué)生STEM能力的提升。同時(shí)，學(xué)生在利用人文藝術(shù)與同伴交流分享創(chuàng)意的過程中，也能夠?qū)ε兴季S進(jìn)行培養(yǎng)。但就目前來看，藝術(shù)與科學(xué)仍被很多人視為兩個(gè)迥然不同的領(lǐng)域，無論是教師還是學(xué)生，都還沒有適應(yīng)藝術(shù)與科學(xué)的融合，要完全實(shí)現(xiàn)從STEM到STEAM的跨越，還需要一定的時(shí)間。

App Inventor起初是一款谷歌推出的免費(fèi)Android智能手機(jī)應(yīng)用App開發(fā)平臺，自2012年1月起，轉(zhuǎn)由麻省理工學(xué)院移動學(xué)習(xí)中心維護(hù)與運(yùn)營。[3]App Inventor同時(shí)為學(xué)生提供了藝術(shù)創(chuàng)作與科學(xué)創(chuàng)作的平臺，他們可以充分發(fā)揮想象力，根據(jù)自己的喜好來對界面進(jìn)行配色和布局，并按照各自的思維方式拼接代碼直至項(xiàng)目的完工。App Inventor教學(xué)為Arts與STEM的結(jié)合提供了一個(gè)可選方案。

● 面向STEAM教育的App Inventor課堂教學(xué)一般過程

在面向STEAM教育的App Inventor課堂中，學(xué)生要在理解科學(xué)原理的基礎(chǔ)上，用工程思維來規(guī)劃整個(gè)項(xiàng)目，用藝術(shù)思想設(shè)計(jì)界面，用數(shù)學(xué)知識進(jìn)行邏輯運(yùn)算，綜合運(yùn)用上述知識或方法逐步解決技術(shù)問題。基于STEAM教育的特點(diǎn)，充分利用App Inventor平臺的優(yōu)勢，結(jié)合生活中的實(shí)際問題，激發(fā)學(xué)生對程序設(shè)計(jì)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與問題解決能力。因此，我們結(jié)合STEAM教育與App Inventor教學(xué)的特點(diǎn)，構(gòu)建如圖1所示的課堂教學(xué)過程。

學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的情境下，聯(lián)系自己的生活經(jīng)驗(yàn)以提煉出亟待解決的問題；在確定問題之后，與小組成員共同討論，將大問題劃分成小問題，并分析其涉及的科學(xué)概念、原理等；然后確定方案，即以工程思維規(guī)劃項(xiàng)目，使思路更加清晰；接下來進(jìn)入正式開發(fā)階段，首先利用藝術(shù)思想、技術(shù)手段收集處理素材并設(shè)計(jì)界面布局，隨后畫出邏輯實(shí)現(xiàn)的流程圖，并靈活運(yùn)用工程思維與數(shù)學(xué)知識完成代碼拼接，整個(gè)開發(fā)階段都需要進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試，以便掌握開發(fā)情況；完成了設(shè)計(jì)開發(fā)即可打包分享，進(jìn)入互評階段，該階段主要體現(xiàn)學(xué)生的社會人文藝術(shù)素養(yǎng)，要鼓勵學(xué)生踴躍表達(dá)；各組可根據(jù)大家的建議不斷完善App Inventor項(xiàng)目，率先完成的小組可在基礎(chǔ)項(xiàng)目上進(jìn)行拓展創(chuàng)新。

● 面向STEAM教育的App Inventor課堂教學(xué)案例

在面向STEAM教育的App Inventor課堂教學(xué)中，教師應(yīng)盡量避免大量抽象概念的灌輸，要引導(dǎo)學(xué)生主動探索真知，從多個(gè)學(xué)科角度分析問題并創(chuàng)造性地解決問題。本文以母親節(jié)禮物的設(shè)計(jì)和開發(fā)為例，分析面向STEAM教育的App Inventor課堂教學(xué)過程。筆者采用“以教師為主導(dǎo)—以學(xué)生為主體”的教學(xué)模式，緊密聯(lián)系課堂與實(shí)際生活，讓學(xué)生學(xué)以致用，體會作為創(chuàng)造者的樂趣。

1.教學(xué)準(zhǔn)備

高中一年級的學(xué)生獨(dú)立完成項(xiàng)目還存在很多問題，因此協(xié)作學(xué)習(xí)顯得頗為重要。在小組合作開始之前，教師先根據(jù)同組異質(zhì)原則對學(xué)生進(jìn)行分組，同時(shí)考慮男女比例、能力強(qiáng)弱等因素。將每組能力最強(qiáng)的學(xué)生選為組長，屆時(shí)由組長帶領(lǐng)組員共同規(guī)劃項(xiàng)目并討論分工事宜。

2.創(chuàng)設(shè)情境

筆者以“為母親大人準(zhǔn)備母親節(jié)禮物”進(jìn)入情境，在引起學(xué)生激烈討論之后提出自己的友情建議——利用App Inventor平臺做一個(gè)禮物，從而引出問題，將學(xué)生的注意力轉(zhuǎn)移到App Inventor上來：①你的母親點(diǎn)開你為她安裝好的一款A(yù)pp，手機(jī)上開始響起溫馨的音樂；②許多記載著你們甜美回憶的照片不斷循環(huán)播放；③當(dāng)母親被感動之時(shí)一定會想對你說些什么，此時(shí)她可以按住屏幕上的按鈕語音；④為了不打擾你上課，這個(gè)應(yīng)用會將她的語音轉(zhuǎn)換成文本信息并以短信形式發(fā)送給你。

3.學(xué)生確定問題并分析問題

學(xué)生在筆者的引導(dǎo)下確定問題，并將問題劃分成幾個(gè)子問題：①如何循環(huán)播放溫馨的音樂；②如何按預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔循環(huán)展示照片；③怎樣獲取母親的語音，并且轉(zhuǎn)換成文本信息；④怎樣將轉(zhuǎn)換的文本以短信的形式發(fā)送。分析各項(xiàng)子問題涉及的科學(xué)原理，獲得科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)：音量數(shù)值與播放出來的音頻聲音大小之間的關(guān)系；音樂前臺播放與后臺播放有何不同；圖片循環(huán)播放有何原理；平常手機(jī)上語音識別與發(fā)送短信的功能是如何使用的；等等。然后，學(xué)生列出可能需要的組件。上表為學(xué)生提供一個(gè)界面設(shè)計(jì)所需組件表，讓學(xué)生在填寫表格的過程中，整體把握本項(xiàng)目可能要用到的組件及其作用。

4.界面設(shè)計(jì)

引導(dǎo)學(xué)生利用瀏覽器搜索素材，或者將自己手機(jī)上的圖片傳送到計(jì)算機(jī)上，并提醒學(xué)生所選素材要符合自己的主題需求，一個(gè)項(xiàng)目的素材應(yīng)保持風(fēng)格統(tǒng)一。學(xué)生在收集好素材以后，使用畫圖軟件、Photoshop、格式工廠等工具編輯素材，隨后上傳到App Inventor素材庫。接下來在組件設(shè)計(jì)面板對界面排版，先從組件庫里拖出水平布局、垂直布局或表格布局組件對屏幕界面進(jìn)行整體布局，再拖入圖像組件用于顯示圖片、按鈕用于點(diǎn)擊、計(jì)時(shí)器控制圖片播放間隔、語音識別器獲取語音、信息分享器發(fā)送短信。學(xué)生可根據(jù)自己的喜好來設(shè)置這些組件的屬性，如背景顏色、背景圖片、字體大小和顏色等，鼓勵學(xué)生自由發(fā)揮想象力創(chuàng)造自己的風(fēng)格，在做的過程中獲得技術(shù)素養(yǎng)與藝術(shù)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

5.邏輯設(shè)計(jì)

筆者在學(xué)生討論好方案之后，引導(dǎo)他們畫出相關(guān)的流程圖，使方案更具有操作性。以圖片循環(huán)播放的流程圖為例（如圖2），引導(dǎo)學(xué)生將抽象的功能轉(zhuǎn)化為具體形象的步驟流程圖，也便于修改錯(cuò)誤的時(shí)候有據(jù)可依。

圖片循環(huán)播放需要涉及變量。對于學(xué)生來說，變量的定義和調(diào)用不太容易理解，教師要盡可能地引用生活實(shí)例來促進(jìn)學(xué)生的理解。例如，將圖片列表比作一本書，所有的圖片類似書中所有的內(nèi)容，索引則為書的頁碼。另外，還要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識來處理“翻頁”“判斷索引值”“回到首頁”這些問題，會用到App Inventor數(shù)學(xué)塊里的加法、關(guān)系運(yùn)算符等。

接下來學(xué)生要根據(jù)畫好的流程圖，依次完成四種功能的代碼拼接，這個(gè)過程需要學(xué)生充分利用工程思維與數(shù)學(xué)知識來解決問題。為保證功能的完善，學(xué)生要實(shí)時(shí)監(jiān)控開發(fā)狀態(tài)，以便及時(shí)調(diào)整各組件的參數(shù)和代碼塊的拼接順序。碰到問題時(shí)，可以跨組交流，互相學(xué)習(xí)。整個(gè)邏輯設(shè)計(jì)階段主要培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)與數(shù)學(xué)素養(yǎng)，“母親節(jié)禮物”邏輯設(shè)計(jì)如圖3所示。

6.打包作品，分享評價(jià)

基于STEAM理念的教學(xué)課堂，關(guān)注的焦點(diǎn)是學(xué)生在探索的過程中得到能力的培養(yǎng)與提升。因此本課的效果評價(jià)要考慮三個(gè)方面的內(nèi)容：①個(gè)體對小組的貢獻(xiàn)情況；②小組協(xié)作情況；③作品展示情況。采取的評價(jià)形式為：各組完成項(xiàng)目以后，分別派一名組員為大家匯報(bào)項(xiàng)目情況。將自我評價(jià)、生生互評與教師評價(jià)相互結(jié)合，使評價(jià)更為全面，學(xué)生對自己的表現(xiàn)情況更為清楚。值得注意的是，教師評價(jià)時(shí)要盡力做到系統(tǒng)、客觀。該階段要鼓勵學(xué)生大膽提出自己的想法，鍛煉溝通交流能力，從而獲得人文藝術(shù)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

7.拓展創(chuàng)新

已經(jīng)出色完成任務(wù)的小組可挑戰(zhàn)拓展任務(wù)；作品仍有缺陷的小組，可以根據(jù)大家給出的修改建議繼續(xù)完善作品。為了激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生更多的創(chuàng)意，同時(shí)又不限制他們的思維，筆者給出了四種問題形式的參考建議：如何控制音樂的暫停與播放？如何添加多個(gè)屏幕？如何添加小視頻？如何調(diào)用電話撥號器打電話？

8.教學(xué)實(shí)踐效果分析

從課堂表現(xiàn)情況來看，大部分學(xué)生已經(jīng)掌握了組件屬性的設(shè)置方法，但是在實(shí)現(xiàn)圖片輪播功能時(shí)碰到了許多問題，此時(shí)同伴的幫助與教師適時(shí)的引導(dǎo)起了重要作用。換個(gè)角度來看，也正是因?yàn)檫@些問題才使課堂變得更加生動。不同學(xué)生之間的理解水平與動手能力存在很大差異，如果教師放任學(xué)生單獨(dú)行動會讓課堂變得很混亂，嚴(yán)重影響教學(xué)效果。因此，教師需要選幾個(gè)得力的小組長來輔助教學(xué)，讓他們帶領(lǐng)其他學(xué)生展開協(xié)作學(xué)習(xí)。整個(gè)課堂以學(xué)生為主體，教師擔(dān)任引導(dǎo)者的角色，讓學(xué)生在“做”的過程中逐漸形成概念，并綜合運(yùn)用多學(xué)科知識去設(shè)計(jì)App Inventor項(xiàng)目，從而體驗(yàn)解決問題的完整過程，實(shí)現(xiàn)真正的意義建構(gòu)。學(xué)生既體會到了通過程序設(shè)計(jì)開發(fā)來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意的樂趣，又得到了創(chuàng)新能力與問題解決能力的培養(yǎng)。

● 總結(jié)與展望

STEAM教育理念注重的是過程，而非結(jié)果。面向STEAM教育的App Inventor課堂教學(xué)，重點(diǎn)不是讓學(xué)生開發(fā)出高質(zhì)量的應(yīng)用程序，而是激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)意，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力以及解決實(shí)際問題的能力。目前，隨著各類App Inventor培訓(xùn)與競賽活動的開展，App Inventor逐漸在中國普及，它的教學(xué)價(jià)值引起了越來越多學(xué)者的關(guān)注。本文設(shè)計(jì)了一種App Inventor課堂教學(xué)的方式，希望能為一線教師提供一些參考，藉由本文，筆者相信會有更多深層次的相關(guān)研究出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Yakman G.STEAM education：An overview of creating a model of integrative education[C]//Pupils' Attitudes Towards Technology （PATT-19） Conference：Research on Technology，Innovation，Design & Engineering Teaching，Salt Lake City，Utah，USA.2008.

[2]Connor A M，Karmokar S，Whittington C，et al.Full STEAM ahead a manifesto for integrating arts pedagogics into STEM education[C]//Teaching，Assessment and Learning （TALE），2014 International Conference on.IEEE，2014：319-326.

[3]郭守超，周睿，鄧常梅，狄長艷，周慶國.基于App Inventor和計(jì)算思維的信息技術(shù)課堂教學(xué)研究[J].中國電化教育，2014（03）：91-96.

作者簡介：肖如（1994—），女，湖南省祁東縣人，四川師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院在讀碩士研究生，近期研究方向?yàn)橹悄芙虒W(xué)系統(tǒng)；顧倩頤（1977—），男，四川省成都市人，四川師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院副教授，碩士研究生導(dǎo)師，近期研究方向?yàn)橹悄芙虒W(xué)系統(tǒng)。