基于Scratch的小學STEAM教學設計與應用

崔志生

摘? 要 首先梳理STEAM教育的理論基礎以及國內外研究現狀，在此基礎上選取小學六年級科學課，開發基于Scratch的小學STEAM教學設計并實施。結果顯示，實驗組學生在創造力指數和對科學的積極態度兩方面相比對照組有顯著增長。研究表明，基于Scratch的小學STEAM教學設計有助于提高學習者的創造力，并能夠促使學習者產生積極的科學情感態度。

關鍵詞 STEAM;Scratch;科學課程;創新素養;教學設計

中圖分類號：G623.6??? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）19-0031-03

1 引言

21世紀以來，科學技術以一種比以往任何時候都更人性、更藝術的方式與人們的生活相結合。史蒂夫?喬布斯發布的iPhone就是一個很好的例子，它展示了科技如何以一種人性化和藝術化的方式融入人類生活。這種社會需求同樣反映在教育領域，世界各國的教育部門已經著手制定各種教育政策，以培養學生創造融合的才能。

2009年，美國“21世紀技能與合作組織”提出，學生應該通過藝術、數學、科學、經濟和歷史知識來獲得創造力、批判性思維、問題解決能力、溝通和協作等技能。也就是說，學習者需要培養基于創造力的綜合能力，以適應21世紀快速變化的社會，走在時代前面。故此，STEAM教育應運而生[1]。

我國政府也已經注意到STEAM教育的重要性，并開始制定各種教育政策，旨在培養綜合型人才。本研究試圖開發基于Scratch的小學STEAM教學設計并驗證其效果，以期為創造型人才的培養提供可參考依據。

2 Scratch與SETAM教育

Scratch是美國麻省理工學院開發的一款少兒編程工具。Scratch實現了可視化編程，孩子們無須寫代碼，僅通過直觀的鼠標拖拽操作即可完成程序設計工作。在本研究中，Scratch將作為主要工具應用于融合教育——科學課程教學當中。學生能夠借助Scratch軟件清楚地學習科學原理，并能看到實時實驗的過程和結果，因此可以有效減少實際操作過程中可能出現的錯誤，同時有機會更加創意地來運用和表達科學原理。

STEAM指的是與科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）、數學（Mathematics）學科相關的教育。與傳統的分科教學不同，STEAM教育將相關的課程進行有機交叉融合，相互協調作用，形成一個知識體系，并將其應用于實際的問題解決之中。這一教育概念最早是由20世紀80年代的美國提出的，為了應對國際勞動力市場的激烈競爭和提高勞動者的職業勝任能力，美國的科學教育工作者最先提出STEM教育，并得到廣泛認可，后來逐漸發展為STEAM教育[2]。

之后，STEAM教育不斷得到來自政府以及各教育相關組織的支持，開發出相應的、成體系的教學方法和評價機制。雅克曼（2008）提出一個金字塔模型，該模型由幾個層次組成，并指出跨學科整合層次適用于小學教育[3]。通過有效的STEAM教育，學生可以將科學、技術、工程、人文藝術和數學等多個學科進行交叉融合，經由實踐解決現實問題，進行創新設計，不斷培養和提升創新素養[4]。

3 STEAM教學設計的制定與實施

STEAM教學設計基礎? 本文根據Miaoulis（2009）提出的科學技術教學流程，以及韓國科技進步與創意基金會提出的跨學科綜合創造能力教學流程（環境設置→計劃→分析→制作→測試→評價），設計STEAM教學流程（表1）。該流程分為六個階段，其中在制作、測試階段需要不斷地嘗試和修改程序來完成創意，因此需要持續地測試和反饋[5]。

STEAM教學設計的制定? 本文基于STEAM教學活動流程和小學科學課中的實驗主題，構建全新的教學單元[6]。考慮到研究對象是小學生，他們對游戲有濃厚的興趣，因此將Scratch游戲制作活動融入教學，其中包含各類藝術活動，如故事情節的構思、背景音樂的選擇、角色的繪制等。

在每個單元的“想法啟動”階段，教師預先將Scratch游戲草稿發送給學生，幫助他們形成想法。

在“提出想法”階段，學生可以展示并討論他們想制作的游戲，同時相互分享創意。

在“規劃與整合設計”階段，學生可以根據教材中呈現的各種科學實驗制作故事版，既可以制作多個故事版，也可以只詳細制作一個故事版。學生對故事版的創作是自由的，主題和表現形式都不受限制。

在“制作與綜合”階段，學生可以根據自己制作的故事版制定“游戲設計說明”，并借助Scratch軟件完成游戲制作。

在“測試”階段，學生可以通過與同伴互玩游戲來修訂游戲。實際上，在“制作與綜合”和“測試”兩個階段之間并沒有界限，學生可以根據需要進行制作、綜合和修訂活動。

在“評價”階段，學生可以展示并試玩他們制作的游戲，進而對彼此的游戲進行評價。學生也可以通過與他人分享來不斷完善自己的想法。

4 教學設計的應用及結果分析

實驗變量? 如表2所示，本研究選取某小學六年級的兩個班級，分別作為實驗組和對照組。實驗持續為期10周，實驗組采用基于Scratch的STEAM教學設計，對照組按照常規教學計劃進行授課，教學內容為科學課本的兩個單元。實驗之前對實驗組和對照組進行創造力測試和科學情感態度測試，并驗證兩組的同質性。

測試工具? 本研究旨在通過應用基于Scratch的STEAM教學設計來驗證其對培養學生創造力與科學情感態度的作用。為了檢驗學生在實驗后創造力是否得到增強，在實驗前后采用目前廣泛使用的《托蘭斯創造性思維測驗》（TTCT）類型A進行測試[7]。此外，采用由徐海南開發的“科學情感態度評價體系”以及愛德華提出的“評價項目標準”，對學生的科學情感態度進行檢驗[8]。

創造力測試結果及分析? 為了驗證實驗組和對照組創造力水平的同質性，在實驗處理前使用SPSS 17.0對兩組學生的創造力水平的平均值進行t檢驗（P=0.05）。結果如表3所示，創造力指數的顯著性概率為P=0.929。因此，實驗組和對照組在創造力上沒有顯著差異;創造力的其他指標，如流暢性、原創性、抽象性、詳盡性，兩組間差異均不顯著（P>0.05）。

實驗進行10周后，再次對實驗組和對照組進行創造力測試。結果顯示，兩組之間的創造力、原創性與流暢性有顯著差異，如表4所示，分別為P=0.036、P=0.039、P=

0.039，尤其是實驗組的創造力指數在實驗后增加了10.17。

然后對實驗組在實驗前后的創造力進行對比分析，結果如表5所示。在實驗前后，實驗組的流暢性、原創性與創造力指數方面，顯著性概率P小于0.05，說明差異顯著。實驗結果表明，基于Scratch的STEAM教學設計對提高學生的流暢性、原創性和創造力指數方面有積極作用。

科學情感態度測試結果及分析? 徐海南等對情感態度的評價分為三類（意識、興趣、科學態度），每一項都按照李克特5點量表進行評分。實驗前測試結果顯示，與對照組相比，實驗組的科學意識較低（低0.548），對科學的興趣較高（高0.008），科學態度較高（高0.284），如表6所示。

實驗后測結果表明，實驗組科學意識的均值增加了0.168，科學興趣均值增加了0.231，科學態度均值增加了0.281。與對照組相比，實驗組的科學意識和興趣明顯增強。

實驗證明，基于Scratch的STEAM教學設計對培養實驗組的科學情感態度有積極影響。

5 結語

本研究旨在制定并實施基于Scratch的小學STEAM教學設計，并根據國家強調的培養綜合性人才的要求驗證該方案的效果。為此，本文梳理了國內外的STEAM相關研究，并選擇適用于本方案的合適的科學主題和內容，同時結合一種教學編程語言——Scratch，進而初步形成基于Scratch的小學STEAM教學設計。

為了提高方案的可用性，在教學內容的選擇和教學階段的設計過程中，與中小學和高校的專家進行了討論和交流。然后在盡可能控制所有變量的情況下，對實驗組學生實施了所設計的STEAM教學設計，實驗進行了10周時間。結果表明，與對照組相比，采用基于Scratch的小學STEAM教學設計的實驗組在流暢性、原創性和創造力指數方面顯著增加;同時，在情感態度方面，科學意識和興趣也顯著增強。這些結果表明，基于Scratch的STEAM教學設計對培養學生的創造力和科學情感態度具有積極影響。

此外，值得一提的是，本研究中設計的基于Scratch的小學STEAM教學設計具有積極意義：本文基于教育編程軟件Scratch，提出將科學、技術、工程、藝術和數學知識相融合的方法，達到開展STEAM教育的目的。

參考文獻

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