“Scratch+科學”的STEAM教學案例開發(fā)

蔡艷妮 陳云柱

摘要：基于小學科學核心素養(yǎng)，嘗試設計“Scratch+科學”的STEAM教學軟件——星座連連看，探究將星空中不同的“恒星”模擬成“亮點”，按照一定的順序連接起來，形成不同的視覺圖像，構(gòu)成不同的星座，從而幫助學生構(gòu)建對“星座”這一科學概念的理解，并體驗到信息技術(shù)編程與科學融合的樂趣。

關(guān)鍵詞：Scratch+ ;星座;融合

一、案例開發(fā)背景

小學科學新課標提出以培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)為宗旨，以探究活動為主要學習方式，讓學生能夠感知物質(zhì)科學、生命科學、地球與宇宙科學、技術(shù)與工程中較直觀、學生有興趣參與的學習內(nèi)容為載體，重在培養(yǎng)學生對科學的興趣、正確的思維方式和學習習慣?！靶亲笔橇昙壙茖W下冊第三單元“宇宙”中的第六課。地球是目前人們認識到的宇宙中唯一適合人類生存的星球。地球與宇宙中的有關(guān)現(xiàn)象、事物和規(guī)律，具有時間和空間的復雜性，需要對它們運用實地觀察、長期觀測、建構(gòu)模型、模擬實驗、邏輯推理等方法進行研究。

六年級學生的思維處于前運算階段，依賴于形象的事物，他們喜歡動手探究，富有想象力，對宇宙中天體的關(guān)系充滿好奇心。傳統(tǒng)的星座辯認的教學重在制作星座模型，再對模型進行合理推理，缺乏探究的過程，停留在表面的認識。因此，我萌發(fā)了設計一款以讓學生自己動手探究星座視覺圖像為主題的學習軟件——星座連連看，它將有助于學生形成星空的空間概念，學會找星座的方法，激發(fā)學生對星座觀測的探究熱情，發(fā)展空間想象、模型思維、邏輯推理等能力，為課后去觀測星空做鋪墊。

二、案例內(nèi)容

（一）設計思路

本軟件以STEAM理念為指導，將“兩點連線”作為第一關(guān)，重在熟悉點與點間連接的操作，感受一筆成線的體驗。第二關(guān)為“按點畫北斗七星圖”，在數(shù)字提示下，連成七星圖，形成星座的概念。第三關(guān)為“看圖連星座”，以白羊座為例，感受不同的連法可形成不同的圖案星座。

（二）開發(fā)環(huán)境選擇

Scratch是由MIT設計開發(fā)的可拖曳圖形化的積木式編程工具，它包括固定的9種編程行為：動作、事件、外觀、控制、聲音、偵測、畫筆、數(shù)字和邏輯運算、數(shù)據(jù)。Scratch功能強大，編程簡易，趣味性強，它能輕松地實現(xiàn)交互式故事、動畫、游戲等效果，故選擇用它來創(chuàng)作這個教育軟件。

（三）軟件開發(fā)的過程

第一步：學習軟件。學校開設了“Scratch+學科融合”的社團，每周上2節(jié)課，在兩年的學習過程中，通過設計制作“圖章小工具”“記憶大比拼”等軟件，學生基本掌握了Scratch的編程語言和制作技術(shù)，具有設計和開發(fā)的技能基礎(chǔ)。

第二步：初步設計軟件的功能。如何確定星座的位置，如何用鼠標來連接不同的亮點，如何檢測是否已經(jīng)連好預設的星座點，從而形成某一星座的視覺效果，以及不同關(guān)卡的切換檢測。

第三步：準備資料。通過百度檢索“北斗七星圖”“白羊星座圖”和“手”的圖片，并利用“美圖秀秀”軟件對圖片進行處理——美化和透明化。

第四步：開始制作。第一關(guān)是兩點連線，熟悉點與點間連接的操作。先做用來連線的點和畫線的角色“手”，連線的點會在規(guī)定范圍內(nèi)隨關(guān)卡變化在固定位置出現(xiàn)，如果線連完，即可進入下一關(guān)。當1點被點擊時，就會發(fā)出先2的廣播，否則發(fā)出后2的廣播。另一個點是用來畫線的，它會一直隱藏，如果接收到連線的廣播信號，就會在兩點之間畫出線來，“手”會在兩點之間來回移動，通過X與Y坐標的移動，指引使用者按照提示連線，動態(tài)地演示了“連一連”的過程。第二關(guān)是“按點畫北斗七星圖”。按照北斗七星的星座圖，在對應的位置抽離出7個點，每一個點按照連接的順序排列，并標注上數(shù)字1～7，讓用戶能根據(jù)提示找到點與點連接的方法。當鼠標點擊1點和2點時，兩點之間會畫一條紅線，作為圖像的標注，依次連接，即可形成北斗七星的視效圖像。第三關(guān)：“看圖連星座”。以白羊星座圖為例，它需要4個點按照一定的順序連接。但本關(guān)加大難度，界面上出現(xiàn)7個點，增加辨認空間點排列關(guān)系的難度，也反映真實觀測星座時，由于星空是無數(shù)個恒星的發(fā)光體，故連接不同的恒星，會出現(xiàn)不同的形狀。讓用戶“眼見為實”地體驗到“星座”是人類對恒星位置空間排列的想象。 接著制作任務提示按紐。它用于提示用戶如何操作通過本關(guān)，并告訴用戶注意事項。在游戲過程中，設計了忽明忽暗的效果，引起用戶關(guān)注。提示按紐隨不同關(guān)卡設計不同的文字說明。最后，當連成白羊星座圖時，就顯示你已成功的點贊圖。

第五步：程序測試階段，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。問題：發(fā)現(xiàn)畫線的點從A點移到B點的中間那段時間里，如果快速點擊C點，程序就會自相矛盾，畫出一個奇怪的圖形。后來，我建立了一個變量，在畫線的時間里，這個變量的值始終為1，否則為0，如果在畫線的時間里點擊其他的點，會自動檢測這個值是否為1，如果是，就不發(fā)出連線的廣播;如果否，就發(fā)出連線的廣播，從而解決問題。

（四）開發(fā)反思

實踐是檢驗真理最好的途徑。通過探究星座的視覺秘密——以“星座連連看”的開發(fā)案例來說明科學與Scratch融合的三點思考。

1.探究星座的視覺秘密后的完善構(gòu)想

“星座連連看”軟件設計完成后，拿給六年級5個班進行課堂上的教學練習，讓同學們體驗星空的構(gòu)建秘密，感受不同的恒星位置排列會形成不同的視覺圖像，讓同學們無師自通地懂得“星座”的科學概念，突破了教學的重難點，大受歡迎。于是，大家提出能否加入“大熊星座”“小熊星座”的關(guān)卡，甚至是將某一片星空的點全布在界面上，讓大家去連出自己認識的星座，并且計時比賽，比比看誰認的星座又快又準。

2.“Scratch+科學”與 STEAM教育理念相互成就

“Scratch+科學”與 STEAM教育理念相互成就，主要有以下三個方面的思考。（1）二者對學習者的培養(yǎng)目標是一致的。從學生的核心素養(yǎng)出發(fā)，發(fā)展學習能力、思維能力、實踐能力和創(chuàng)新能力，從真實問題的解決過程中，能了解科學、技術(shù)、人類社會發(fā)展和文明的過程，形成創(chuàng)新意識和社會責任感。（2）二者對學習方法的要求是一致的。探究式學習是學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的重點方式之一。它突出真實問題的創(chuàng)設，提供探究的工具和資源，使學生在做中學和學中思的參與過程中，動手動腦，經(jīng)歷科學探究的過程，獲取科學知識，領(lǐng)悟科學思想，培養(yǎng)科學思維。（3）二者對學習內(nèi)容的定位是一致的。

科學的核心是發(fā)現(xiàn)，技術(shù)的核心是發(fā)明，工程的核心是建造，數(shù)學的核心是建模，藝術(shù)的核心是設計。STEAM教育強調(diào)讓學生綜合應用所學的跨學科知識，去解決個人生活和社會發(fā)展的問題，讓學生通過科學技術(shù)與工 程實踐活動培養(yǎng)解決問題的思維。

3.信息技術(shù)助力科學探究實驗，打造體驗式學習

小學科學課強調(diào)通過動手做來學習科學，如做實驗、觀察、測量、種植與飼養(yǎng)、制作實物模型等，這些方法符合兒童的天性，可以有效地激發(fā)兒童的學習興趣。但不同的學習內(nèi)容，有不同的理解和呈現(xiàn)特點。如電荷的相互作用、磁場的強弱對電流的影響、宇宙中地月系月球運行的規(guī)律、星空中的星座等內(nèi)容，因看不見、摸不著，傳統(tǒng)的教學方法無法解決學生對其概念的認識、對其原理的理解。此時，信息技術(shù)支持下的虛擬實驗、模擬軟件，將無形化為有形，讓靜止化為動態(tài)，提供學生探究的體驗，能充分調(diào)動學生科學探究的欲望，符合其科學的認知發(fā)展規(guī)律，能起到化龍點睛的作用。

[本文系深圳市龍華區(qū)“ 十三五”教育科學規(guī)劃課題“面向STEAM的“Scratch+繪畫”課程開發(fā)及實踐”（﹝2019﹞ LHQNFZ19150）的階段性成果]

（責任編輯：韓曉潔）