基于STEAM教育的App Inventor課堂教學研究

摘? 要：通過在中學App Inventor課堂教學中引入STEAM教育，著重培養學生的核心素養和解決實際問題的能力。可以使沒有任何編程經驗的中學生，經過簡單、系統的學習以后能開發出基于安卓手機系統的APP應用程序。該文以“制作手機聽單詞應用軟件”為例，以STEAM教育為指導，讓學生在App Inventor程序設計中運用科學、技術、工程、藝術、數學等多學科知識來完成這一項目，激發學生對App Inventor編程的興趣，培養他們的創新能力以及創造實現。

關鍵詞：App Inventor;STEAM;課堂教學

中圖分類號：TP311.5;G434? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）06-0182-04

Abstract：By introducing STEAM education into App Inventor classroom teaching in middle school，we focus on cultivating studentscore literacy and ability to solve practical problems. It can enable middle school students without any programming experience to develop APP applications based on Android mobile system after simple and systematic learning. This paper takes “making mobile phone listening word application software”as an example，under the guidance of steam education，let students use science，technology，engineering，art，mathematics and other multi-disciplinary knowledge in App Inventor programming to complete this project，stimulate studentsinterest in App Inventor programming，cultivate their innovation ability and creative realization.

Keywords：App Inventor;STEAM;classroom teaching

0? 引? 言

信息科技發展迅速，信息化設備推陳出新，人們的生活、工作和學習都離不開信息科技，隨著我國經濟的發展，信息化手段已逐漸融入到中學各學科、各學段的課堂教學中，如線上課程、微課傳授、遠程協助等。平板電腦、手機等移動終端早已在學生群體中全面普及。在信息化社會背景下，通過App Inventor編程，把學生從信息科技的消費者化身為創造者，讓他們設計與自己生活息息相關的APP應用程序，親手創造與享受屬于自己的科技成果。在現代教學理念中，我們提倡STEAM教育理念的“做中學”和“多學科整合教學”，為App Inventor程序設計課堂教學提供新的思路。

1? STEAM教育

STEAM教育是在盛名已久的STEM教育基礎上增加一個藝術（Arts），形成科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）和數學（Mathematics）等跨學科的教學框架。STEM教育鼓勵綜合應用多學科知識去解決實際問題，培養學生的綜合運用能力。STEAM教育則在強調多學科知識綜合運用的基礎上，更傾向于發展學習者的思維，注重教學過程的元素多元化，對各學科知識的應用更豐富多樣，更利于學生綜合能力的持續發展和核心素養的培育。

2? App Inventor積木式編程軟件

2012年1月，美國麻省理工學院推出基于安卓系統的積木式編程軟件——App Inventor，為學習者筑建起一個安卓智能手機應用APP開發平臺。對于中學生而言，他們缺乏傳統計算機編程的基礎和專業技能，但在積木式編程的App Inventor軟件上，學生可以發揮他們的想象力，根據自己的喜好自備素材去布局和配色應用軟件的界面，自主探究完成積木程序的拼接，最終創作一個手機應用APP。鑒于App Inventor編程的開放性和創新性等特點，筆者在中學App Inventor課堂教學中與STEAM教育相結合，旨在為學生提供一個藝術創作與科學創造的平臺，充分發揮他們的創造性思維和自主探究能力，增強學生多學科知識的運用能力，培養他們的核心素養。

3? 基于STEAM教育的App Inventor課堂教學過程

在基于STEAM教育的App Inventor課堂教學中，學生需要理解App Inventor編程的科學原理，規劃編程項目時采用工程的思維方式，軟件的界面設計滲透學生的藝術修養以及技術手段，最后用他們的數學知識進行邏輯運算與設計，通過以上多學科知識的綜合運用，解決APP設計與開發過程中遇到的問題，最終生成所需的手機應用程序。教師列舉生活中App Inventor編程的例子，如“天氣預報”“手機開關燈”“創意涂鴉”等手機應用軟件的功能實現，激發學生對App Inventor程序設計的興趣，利用STEAM教育的特點，借助App Inventor平臺的優勢，確確實實地培養學生的創新能力與問題解決能力，筆者設計如圖1所示的課堂教學過程。

教師為學生創設生活情境，學生聯系自我實際提出課堂上需要解決的問題——制作一款手機APP;確定項目后，分成若干學習小組，進行小組討論，分析其涉及的科學原理、概念等;學生以工程思維規劃該項目，確定設計方案;利用已掌握的技術手段和藝術素養收集與處理相關素材，進行界面的設計與布局;繪畫邏輯實現的流程圖，運用數學知識和工程思維完成程序代碼塊的拼接;軟件開發完成后打包分享，進行小組互評，鼓勵學生踴躍表達自己的意見，體現他們的社會人文藝術素養;學生根據大家的建議完善自己的編程項目，若已完成的同學可在此基礎上繼續拓展創新。

4? 基于STEAM教育的App Inventor課堂教學案例

App Inventor課堂教學過程中，教師基于STEAM教育框架，引導學生主動探索真知，避免向他們灌輸抽象的概念，鼓勵學生運用多個學科知識綜合分析問題并解決問題。本文以“制作手機聽單詞應用軟件”的設計和開發為例，分析基于STEAM教育的App Inventor課堂教學過程。筆者采用以學生為主體，教師為主導的教學模式，把學生的實際生活與課堂教學緊密聯系在一起，讓學生體會用自己能力去解決問題的成就感，讓學生成為科技的創造者。

4.1? 教學準備

為了培養學生的社會人文藝術素養，課堂上教師采用小組協作學習的形式，既要求學生獨立思考、主動探究，又鼓勵他們小組內互幫互助，協作學習。教師對學生進行分組時依據同組異質原則，要求各小組自主推選出一名組長，由組長帶領組員一同規劃與完成本項目。

4.2? 提出問題

教師以“學生通過手機APP可以隨時查詢英文單詞的正確讀音”進入教學情境。學生進行激烈討論，引出問題：如何開發安卓手機應用軟件？如何自己設計與開發一款個性化的手機聽單詞應用軟件？

4.3? 分析問題——科學

學生在教師的引導下確定本項目的主要問題：

（1）使用什么軟件開發手機APP;

（2）如何設計具有個性化界面的手機聽單詞應用軟件;

（3）如何在APP上實現英文單詞的發音功能。

學生小組內協作學習與討論，分析問題，通過查閱課本與相關資料，確定使用App Inventor軟件進行手機應用軟件開發。學生進入App Inventor軟件，依據聽單詞應用軟件的界面布局和功能實現的需求，參照表1的第一行標題內容，學生獨立思考、小組共同討論分析，整體把握本項目可能使用到的組件及其作用等，最后完成表格填寫的學習任務。

4.4? 設計界面——藝術、技術

學生把自己心儀的圖片素材添加到App Inventor素材庫。依據表1的組件列表，本項目需使用“文本輸入框”“按鈕”“圖像”和“文本語音轉換器”共四個主要組件，依次把它們拖到App Inventor軟件的“工作區域”。學生依據自己的設計理念、思維和藝術素養，對部分組件進行個性化設置：

（1）選擇“文本輸入框1”，在“組件屬性”里設置文本框的高度、寬度、顯示的文字提示和位置等信息;

（2）選擇“按鈕1”，通過“組件屬性”對“按鈕1”組件的背景顏色、文本、字體、字號、圖像、位置等信息進行自主設置，更可上傳喜歡的圖片作為按鈕的顯示標簽;

（3）選擇“圖像1”，在“組件屬性”里設置本應用軟件的主頁LOGO圖案，并根據聽單詞應用軟件頁面的整體美觀性對圖像進行大小、位置的調整;

（4）對整個軟件的界面進行個性化布局。通過以上的若干設置，學生制作出一款極具個性化的手機聽單詞應用軟件（如圖2所示），在設計過程中培養自己的藝術素養以及掌握App Inventor編程的基礎技能。

4.5? 邏輯設計——工程、數學

教師引導學生開展小組協作學習，小組成員共同討論項目的設計方案，積極完成程序流程圖的設計，讓他們將抽象的功能轉化為具體形象的步驟，增強本應用軟件的可操作性。聽單詞應用軟件的邏輯是在文本框錄入英文單詞后，單擊“聽單詞”按鈕，手機就可發出單詞的正確讀音。在編程時要理解事件的意義，事件是用來連接不同的程序動作，本項目使用的是“被點擊”事件，就是說當組件“按鈕1”被點擊時，連接至“文本語音轉換器1”組件，該組件根據文本框輸入的文本自動轉換成語音發出來，從而實現聽單詞的功能。在應用軟件邏輯設計的過程中學生根據自己設計的程序流程圖，運用數學知識與工程思維去自主探究，在小組內互相討論、協作，實時調整各組件的參數和代碼塊的拼接順序，完成聽單詞應用軟件的邏輯設計程序編程，如圖3所示。

4.6? 作品分享與評價——藝術

學生在自主探索學習和小組協作學習的過程中能力的培養與提升是STEAM教學課堂的關注焦點。故本次課的教學評價主要包括以下幾個方面;

（1）學生的自主探究積極性;

（2）小組協作學習情況;

（3）作品展示效果。

各小組成員在完成項目的基礎上，組長組織進行組內互相評價，每一小組推選一份作品代表本小組向全班同學展示。各小組代表在向全班同學展示自己作品的過程中需要詳細闡述該作品的創作思路、過程與組內協作、互評的效果。全班同學均可向該小組代表提出不同的意見，教師引導學生在作品展示過程中進行自我評價和生生互評，教師最后進行課堂的綜合點評。本教學環節鼓勵學生大膽地展現自我，鍛煉他們的溝通交際能力，培養學生的人文藝術素養。

4.7? 知識拓展

個別小組或學生通過努力，在規定時間內完成聽單詞應用軟件的設計與開發，教師為了激發他們產生更多的創意，不能單一固化他們的思維，可讓學生挑戰拓展任務：本次課的聽單詞應用軟件是錄入英文單詞后點擊按鈕就可聽到單詞的正確讀音，學生可嘗試使用其他組件（如傳感器），實現手機搖一搖就能聽到單詞的功能。

4.8? 教學效果

大部分學生已熟練掌握組件設計和編程設計的方法，但不同學生之間的動手能力和理解水平還是存在差異的，教師采用小組協作學習的方式，既能發揮學生“以點帶面”的功效，又能培養他們的溝通交流能力，更能保證課堂秩序的有條不紊。本次課程綜合運用多學科知識去設計與開發App Inventor項目，課堂上以學生為主體，教師為引導，讓學生“做中學，學中做”，完成真正的意義建構，體驗解決問題的完整過程，讓學生從科技的消費者化身為科技的創造者。

5? 結? 論

基于STEAM教育的App Inventor課堂教學，不只是關注學生最后是否開發出高質量的應用軟件，更看重課堂的教學過程，注重培養學生解決實際問題的能力，激發他們的創意。隨著App Inventor在國內中學階段的普及教學，越來越多學者關注它的教學價值。本文以“制作手機聽單詞應用軟件”為課例設計基于STEAM教育的App Inventor課堂教學模式，希望能為一線教師提供一些參考。

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作者簡介：謝學斌（1983-），男，漢族，廣東河源人，高級工程師，碩士學位，中學一級教師，研究方向：App Inventor、人工智能。