STEM教育視角下的計算機專業課程教學活動構建

盧曦 潘良 王巖

摘要：將STEM多學科融合的教育理念引入計算機專業本科教學中，讓學生在專業學習的過程中能夠綜合運用科學、技術、工程、數學等多學科知識來分析和解決問題，有利于激發學生對專業課程的興趣，培養與提升學生的綜合素養。以《移動應用開發》課程為例，闡述圍繞STEM教育理念完成一個手機防盜器項目開發的完整教學活動設計過程。

關鍵詞：STEM教育;計算機;教學活動設計

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）36-0123-02

1概述

隨著STEM教育理念的引入，將STEM教育的特點與優勢與國內本科教育的實際情況相結合，通過不斷的探索和實踐，最終的目的是培養出具有較強綜合素質、能夠適應未來社會需要的創新型人才。

2 ADDIE教學設計模型

教學系統設計的概念最早出現在20世紀50年代，1975年ADDIE第一次被提出。如今，ADDIE模型已經成為教育技術解決問題的一種方法論。ADDIE模型主要包含了分析、沒計、開發、實施和評估，反映教學設計過程的系統性。

（1）分析：收集數據、全面分析。對學習者特征、已有認知及環境進行系統的分析。

（2）設計：形成課程的基礎要素。教師需確定學習目標，制定評價策略。

（3）發展：完成課程整體內容。教師利用收集的信息，在教學中開發最佳學習方案。

（4）實施：嚴格流程，完善并行。教師針對測試對象、內容，反饋后進行教學實踐。

（5）評估：體現價值的關鍵。教師利用調查問卷等方式了解學習反饋并調整與改善。

3面向STEM的計算機專業課程教學活動構建

本文以建構學習理論為基礎，將STEM教育理念和ADDIE教學設計模型相結合，提出面向STEM的計算機課程教學活動構建模型，圍繞STEM教育將教學活動分成五個環節。

（1）面向STEM的計算機專業課程教學環境分析

教學環境分析包括學校教學環境和課堂教學環境。其中課堂教學環境包括學習對象特征信息、教師TPACK能力、教學場地空間等。通過對教學環境的分析才能選擇匹配學習者學習需求的STEM學科融合方式和教學方法。

（2）面向STEM的計算機專業課程教學活動設計

本階段的主要任務是圍繞STEM教育理念完成學習情境、學習目標和學習活動設計。在學習情境設計方面是指以不同的STEM學科作為主題來為學習者構建認知情境。在學習目標的制定上采用STEM學科和目標領域間的學習目標矩陣。在學習活動設計方面包含活動過程與活動內容的設計。

（3）面向STEM的計算機專業課程教學活動與教學資源的開發

教師需要為學習者提供文本、視頻、軟件硬件資源等，以便學習者能夠課外自主學習。教師還需對教室、實驗器材等預先布局，對設備預先調試與驗證，以便教學活動的順利開展。

（4）面向STEM的計算機專業課程教學活動實施

活動實施是講預先設計好的教學活動進行實踐的過程，但這個過程應該根據不同學習對象的特性、理解程度、活動參與度等實際情況做出靈活的調整。

（5）面向STEM的計算機專業課程教學活動評價

教學評價是教與學雙方活動的綜合評價，包括對知識的理解、應用能力評價，對解決問題達成目標的過程評價。評價的形式應多元化，包括白我評價、他人評價與總結性評價等等。

4《移動應用開發》課程教學案例

4.1課程與學習者分析

《移動應用開發》課程包含Android應用程序開發環境搭建、手機防盜器、新聞閱讀器、地圖相冊等七個項目，共80課時。本文主要圍繞手機防盜器項目開展研究。 本課程的實施班級為2016級軟件工程專業（本科）1601班，共52名學生。本班學生在自愿的前提下按照多元化規則進行分組，分為14個小組，每個小組3人。通過前期網上的問卷調查可知大部分學生對移動應用開發課程的學習表現出了較大的興趣和期待。

4.2教學環境分析

本課程在專業實驗室進行，實驗室可以支持全班52名同學同時進行實驗活動。

4.3手機防盜器項目的學習與應用

手機防盜器項目著重闡述傳感器、短信和電子郵件發送技術，涉及傳感器、工程、物理、數學、計算機軟硬件等不同的學科領域，即包含了STEM教育的多個跨學科領域。

（1）教學目標

本案例教學活動是讓學生了解服務（service）組件、傳感器、短信和電子郵件發送技術，并掌握其使用方法，具體見表l。

（2）教法與學法

教學活動圍繞項目學習法展開，通過任務驅動法突出教學重點。手機防盜器項目包含三個子項，共6課時。第一節課介紹了設計原理和思路，明確了關鍵技術的實現技巧和方法、學習任務等，第二、三節課主要由學生自由支配設計與實現該項目。整個教學過程中以學生為主體，教師的主要任務是講授基礎知識，幫助學生解決問題，引導學生白主地解決問題。

（3）教學過程

課堂教學過程包含項目導入，理論與案例講解，小組協作學習，成果展示、交流分享五個環節，其中評價部分貫穿教學整個過程。表2呈現了項目的完整教學過程，以學生為主體。

5總結與反思

本文所采用的面向STEM的計算機專業教學活動設計旨在培養具有較強綜合素質、能夠適應未來計算機行業的實用型、創新型人才。以移動應用開發課程為例，從項目完結報告、課堂觀察、滿意度調查等方面綜合分析可知，學習對象在完成了一學期的課程以后初步形成了創造創新的意識，在將想法投入到實踐的過程中動手實踐能力得到了提升。

參考文獻：

[1]王娟.STEM整合視野下的機器人教學活動設計[D].溫州：溫州大學，2014.

[2]肖如，顧倩頤.面向STEAM教育的App Inventor課堂教學研究[J].中國信息技術教育，2016（17）.

[3]秦賽.項目教學視野下學前STEM教學活動的建構與反思[D].西安：陜西師范大學，2018.

【通聯編輯：光文玲】

收稿日期：2019-09-13

基金項目：本文系江蘇高校哲學社會科學研究基金項目“STEM教育視角下的高校計算機專業學生技術與工程素養培養研究”（項目

編號：2017SJB1297）的研究成果

作者簡介：盧曦（1984-），女（蒙古族），江蘇南通人，碩士研究生，講師，主要研究方向為計算機軟件技術、數字圖形圖像處理。