STEAM教學模式在大學計算機公共課中的實踐

白 雪

(吉林化工學院 信息中心，吉林 吉林 132022)

STEAM教學模式是在信息化與大數據時代發展浪潮中應運而生的一種新型教學模式。它側重強調在情境任務中綜合運用多學科知識與技能解決實際問題。我國《教育信息化“十三五”規劃》和《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見》均指出要進一步探究STEAM等新型教學模式，從而進一步培養學生的信息素養，豐富教育教學創新性[1]，促進學生全面發展。大學計算機公共課是培養學生信息化技能的訓練場，也是提升學生信息素養的重要實踐基地[2]。將STEAM教學模式與大學計算機公共課相融合，對進一步豐富課堂教學形式和發展學生信息素養均有積極影響。

一、STEAM教學模式的內涵

“STEAM”一詞由“STEM”發展而來，最早由美國國家科學基金會于20世紀90年代提出，其每個字母代表的含義為科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)、數學(Mathematics)，后隨著理念的不斷探究增加了藝術(Arts)元素[3]。時代變遷，技術更迭，STEAM已從起初的一種教育理念逐步與真實教學過程相整合形成了STEAM教學模式。STEAM教學模式可以概括為采用基于問題(或項目)的任務驅動形式創設情境，并將STEAM理念中的五大要素與學習任務充分融合加以實踐，從而幫助學生更好地完成有意義的學習。在STEAM教學模式的具體應用中，科學(S)強調學生通過各種渠道獲得的多學科知識。技術(T)強調解決問題使用的方式和方法。工程(E)強調學習成果產出的實踐過程。藝術(A)強調學習過程中的情感態度以及人文關懷。數學(M)則強調學習過程中的研究思路與解決問題的思維方式[4]。STEAM教學模式更加強調學習任務的情境性，注重將知識與多學科融合，并進一步強調學習協作性與實踐體驗感[5]。

二、STEAM教學模式實踐案例設計與分析

本研究選取大學計算機公共課《數據庫技術及應用》課程對STEAM教學模式加以實踐。該課程注重對學生實踐操作能力以及信息素養的培養，采用自主學習與協作學習相結合的形式完成具體的實例操作從而完成電子成果制作。其課程特點剛好與STEAM教學模式內涵有諸多共通之處。

(一) STEAM教學模式在《數據庫技術及應用》課程中的實施路徑模型構建

STEAM教學模式在《數據庫技術及應用》課程中的實施過程大致分為創設情境、確定研究問題、組織探究、展示與評價四步進行，其實施路徑模型如圖1所示。

圖1 STEAM教學模式實施路徑模型圖

STEAM教學模式側重強調情境創設，鼓勵學習者在真實情景中完成知識更新迭代。創設情境部分，教師作為指導者引導學生進入當前學習任務。并對學習任務中的技術方法加以說明。此外，教師提供部分基礎材料作為學生后續學習的“腳手架”。“腳手架”理念在著名教育家維果茨基的“最近發展區”理論中得以發展。“腳手架”可以幫助學生完成從“實際發展水平”到“潛在發展水平”的跨越，能夠更有效地觸發學習過程內化，從而幫助學生以最佳狀態完成學習任務[6]。確定研究問題部分學習主體逐步轉變為以學生為中心，學生結合實際情境選擇具體研究點。一般可以分為以班級為單位的頭腦風暴和以小組為單位的小組協商兩輪研討確定最終研究方向，并以小組為單位確定本組研究方案。組織探究部分則是小組內部根據實際情況開展自主學習和協作學習。通過多種渠道查詢任務相關的其他學科資料，并結合計算機學科相關技術方法完成任務中電子成果制作。展示與評價部分由交流-反思-改進三部分構成。交流部分主要對任務成果加以展示與評價。反思部分則根據教師和同學的反饋以達到自我內化的目的并完成電子成果改進，從而圓滿完成學習任務。

綜合來說，教師提供的“腳手架”以及學生獲取的多學科知識充分體現模式中科學元素對應的學科知識。完成學習任務使用的各種技術方法對應模式中的技術元素。電子成果產出的整個實踐過程體現了模式中的工程元素，一次完整的學習任務便是一次完整的工程。在學習任務執行過程中學生表現的研究思路體現了模式中數學元素對應的思維。此外，在主題選取、學習協作、藝術加工等方面均體現藝術元素所對應的情感態度。在STEAM教學模式應用的過程中，其涉及的五大核心要素并非完全割裂，而是互相滲透、互相融合貫穿于實踐過程的始終[7]。

(二) STEAM教學模式應用案例設計

為進一步探究STEAM教學模式在教學過程中的應用情況，結合《數據庫技術及應用》中的表、查詢、窗體、報表、宏等知識點進行案例設計。

創設情境部分，由教師創設“我來幫你管數據”情境。在任務開始前，學生具備基本知識點的理論知識并已學習相關技術的操作方法，但缺乏綜合應用知識點的練習。教師對情境進行全面解讀，引導學生將自己的角色定位為數據庫設計師，鼓勵學生挖掘身邊有哪些數據可以進行管理。進一步提出實訓要求，要求以小組為單位提交小型數據庫管理系統的電子成果。教師通過思維導圖與電子數據庫成果相結合的形式為學生展示一份成型的電子成果“圖書管理系統”，鼓勵學生從跨學科知識、制作方法、操作步驟、系統結構、情感態度與美工設計等角度來思考，使其成為學生創作的“腳手架”，從而引導學生參考該系統進行自身方案的制定，并按時完成相關學習任務。教師創設情境及展示案例情況如圖2所示。

確定研究問題階段，第一輪頭腦風暴由教師作為引導者，提問學生全員參與討論，并初步確定每組的研究方向，避免重復。第二輪小組協商正式進入以學生為中心的研討階段。小組成員對選定主題進一步討論，例如系統涉及哪些表，表中涉及哪些字段等，并要求學生在規定時間內提交表字段與關系設計圖，從而起到督促學生推進任務的作用。以行政班第一小組為例，學生將自己化身為倉庫訂單管理員，因此該小組選定的主題為客戶訂單管理系統。學生通過初步查詢倉庫管理以及物流方面資料后基本確立了該系統的統計字段及表關系結構，如圖3所示。在此基礎上，通過學生小組討論進一步敲定系統制作步驟及具體細節。在此階段，教師作為輔助者不僅要盡可能多聆聽，還要引導學生站在不同角色定位思考系統的實用性，從而使其設計更加人性化。

圖2 教師創設情境及展示案例示意圖

圖3 小組作業之系統表字段與關系示意圖

組織探究階段由學生根據自身選定的內容展開，由于選定主題涉及生活各個方面，因此學生需要通過進一步查閱電子或紙質資料了解相關跨學科知識，從而完成系統設計與制作。這一階段仍然是以學生為中心，學生依據上一階段初步擬定的系統統計字段及表關系圖分工協作，組織進一步設計呈現形式并完成系統構建。教師除對操作技能與實施步驟加以指導外，同時也要鼓勵并監督學生盡可能參與到協作學習中，盡量避免學生成為小組學習邊緣者。此外，教師在這一過程中要對學生的情感態度加以引導，鼓勵學生將本組的數據庫設計得更加具有故事性，加強功能的人性化與頁面美觀，努力為技術注入情感氣息。

展示與評價階段是整個任務完成過程中的總結環節。每個小組選派代表對本組的電子成果進行操作和講述，從跨學科知識、制作方法、操作步驟、系統結構、情感態度與美工設計以及整個任務執行過程中的感受等角度對任務完成情況進行總結和歸納。圖4為行政班第一小組最終的小組電子成果，該成果對課程中所學的數據庫基本對象知識加以應用并結合倉庫管理方面的跨學科知識加以設計，以便幫助倉庫管理員更好地查詢訂單信息及訂單流轉情況。制作方法上該小組的同學充分設計并調用了數據庫基本對象的各種形式，使呈現方式更加人性化，也具有一定的實用性。從小組討論到確定字段關系及系統結構再到對象選擇和成果產出，該小組的同學群策群力，充分調動了自主學習與協作學習，互相配合完成相關的學習任務。此外，從小組同學的講述中能切身體會到學生的情感投入，學生將自己加入到了故事情節中，從數據選取到呈現方式設計學生都融入了自己生活中的印記，將自己日常生活中的經歷和體會與學習任務將結合，從而為技術的執行提供了溫度。在這一階段，教師或同伴在聆聽講述后，也可以對其從各個方面提供建設性的意見，從而幫助其優化更新系統并總結提高自己。

圖4 小組作業之電子成果示意圖

(三) STEAM教學模式應用效果分析

通過將STEAM教學模式在《數據庫技術及應用》課程中進行應用后發現，該模式對提升學習信息素養水平起到了一定的輔助作用。在模式應用之初對學生通過問卷調查形式從信息意識、信息知識、信息能力以及信息道德四個方面進行了前測，根據測試結果在模式應用過程中逐步強化學生對信息素養的理解，待學習任務結束后，通過問卷調查形式對學生信息素養進行后測，比對結果如圖5所示。

圖5 使用STEAM教學模式前后學生信息素養水平變化統計圖

在本研究中，信息素養中的信息意識指學生獲取相應知識的意識和態度，信息知識指完成學習任務所使用的各學科知識，信息能力指完成學習任務中電子成果制作所涉及的實踐操作能力與創新思維，信息道德是指獲取知識素材、傳播交流成果、小組協作過程中的道德價值取向。如圖5所示，每一維度上下分別為后測均值和前測均值，結果表明，在各個維度以及信息素養總體水平上，學生均有一定提高。尤其在信息知識和信息能力方面，學生進步更為明顯，情境任務更能激發學生對知識的渴求，幫助學生有效獲得多學科知識。此外，為更好地完成學習任務，學生也會通過各種渠道學習完成任務的技能。綜合來說，STEAM教學模式執行過程中在一定程度上對學生信息素養提升起到了推動作用。這也充分展現了STEAM教學模式中的五大核心要素在實踐中的互相滲透給學生帶來的變化。

除此之外，研究還從協作性、實踐性、創新性、延伸性四個角度對學生進行了STEAM教學模式滿意度調查。協作性和實踐性分別是指在應用過程中，小組協作和動手實踐環節學生的體驗滿意度如何。創新性是指STEAM理念中涉及的五大元素在任務執行中是否充分調動并發揮了創新思維，從而使電子成果與眾不同。延伸性是指是否愿意將這種教學模式在其他學習任務中應用。調查采用李克特五點計分制，由5到1分代表符合程度依次減弱，數據統計結果如圖6所示。

圖6 STEAM教學模式體驗感和滿意程度統計圖

學生在綜合滿意度、協作性、實踐性、創新性、延伸性四個維度，均值得分均超過3分，選擇比較滿意和滿意的學生所占百分比在每個維度也都超過半數，數據表明學生在這些方面均具有較高的體驗感和認同感。其中綜合滿意度和延伸性百分比高達77%左右，說明學生有較高的意愿將STEAM教學模式在其他學習任務中加以應用，整個任務執行過程也基本達到了預期。此外，通過對學生電子成果的檢查以及學生展示交流的表述發現，學生的作品更加具有創意，對知識和技能的理解從之前的理論層面進階到實踐應用層面，尤其在跨學科知識方面闡述清楚，成果的系統性有很大提高。很多作品在一定程度上都具有故事性，能夠體現出任務執行過程中的情感投入，充分表明學生在任務完成的過程中，傾注了更多的心力以求達到更高的標準。

三、STEAM教學模式實踐優化策略

從上述案例中不難發現，STEAM教學模式在《數據庫技術及應用》課程實踐過程中從跨學科知識、技術方法、任務完成系統性、情感態度與人文關懷以及研究思路與思維方式等方面均對學習者的學習有所影響和滲透。通過五大元素的交融也為提升學習者信息素養和豐富課堂教學形式提供了新思路。為進一步發展該模式，總結實踐經驗并綜合《數據庫技術及應用》課程特點提出以下優化策略。

(一) 提升情境內涵，彰顯人文關懷

STEAM教學模式強調讓學生在情境任務中解決問題，并注重對學生價值觀的培養。因而在情境創設環節有必要加強頂層設計，使情境任務更具有故事性，從而對學生起到人文關懷和教育意義。例如，在舉國“抗疫”時期，結合《數據庫技術及應用》課程中的基本操作對象知識點，創設“抗疫時期數據管理”情境任務，引導學生思考利用所學的數據庫知識可以為醫院、居民小區、學校等場所做哪些數據管理，引導學生從時政新聞和報道中提取靈感，從而使電子成果更加具有人文性。在此基礎上，結合時政短片對情境任務內涵加以升華，從而在一定程度上起到激發學生使命感和責任感的作用，使學生在情境任務中不僅綜合利用所學完成學習任務，同時也完成了一次與時俱進的思政教育。

(二) 拓展方式方法，提升課堂參與性

STEAM教學模式注重技術方法與知識整合及其在實踐過程中的系統應用。在《數據庫技術及應用》課程中涉及很多動手實踐環節，除課堂必需的軟件學習外，也可適當拓展完成任務所需的技術和方法，從而提升課堂參與性。尤其在進行理論知識學習時，如果只是通過面對面講授的方式難免形式單一。在課堂中引導并鼓勵學生使用思維導圖、微視頻、圖片處理軟件等，可以將知識與技術有機結合，使學習內容更具有趣味性。例如，創設“身邊的數據庫”情境，引導學生通過查閱資料并使用思維導圖對數據庫種類和作用分類歸納，總結其特點，并結合數據庫設計基本步驟對各類數據庫的構成進行剖析。借助第三方工具，不僅使理論知識變得更加生動，也使得學生將理論與技術共同應用，更好地調動學生學習的積極性。

(三) 調動信息素養，培養計算思維

STEAM教學模式鼓勵全面培養學生的思維方式從而促進問題的解決。信息素養是21世紀核心素養的重要組成部分[8]。《數據庫技術及應用》課程中學生查找與整合信息的水平對完成本門課程的學習任務有直接影響。基于此，在教學過程中也對教師提出更高的要求，要求教師在學習過程中對信息查詢與整合的方式方法和信息使用道德方面的內容進行適當延伸，幫助學生更好地調動信息素養，從而完成學習任務。此外，近年來以數學思維和工程思維以及計算機思維為根基的計算思維理念熱度逐漸攀升，它關注學生解決問題時使用的元認知，強調從概括能力、算法思維、評估能力、抽象化能力等角度對學生的學習能力進行評估[9]。在計算機相關課程中，學生在擁有一定信息素養的前提下，也可以適當對其計算思維加以培養，盡可能以表格、圖示或量化評分的形式將學生的實踐過程進行更為細致的追蹤和記錄，使學生對知識點的理解更加具有邏輯性，對電子成果的制作也更加體現系統性，從而更有利于全面培養學生解決問題的能力，有效促進學科知識遷移。

(四) 細化小組分工，減少邊緣學習

STEAM教學模式在實際應用過程中離不開協同創新。建構主義認為，知識是情境化的，在情境中完成知識建構離不開群體性協作[10]。在《數據庫技術及應用》課程的情境任務也需要小組成員共同完成。但在小組學習中發現，有些邊緣學習者由于知識掌握水平有限，對協作任務積極性不高，甚至敷衍逃避。針對此類問題，要求教師提供更為細致的學習任務清單，并將情境任務拆解成若干個子任務，按照任務難度進階排列，從而保證不同學習水平的同學都能勝任，從協作學習中找到歸屬感和成就感。例如，在窗體綜合情境任務“我把數據給你看”中，可以將總體任務拆分為初階任務分割窗體和數據表窗體制作，中階任務空白窗體制作，以及高階任務窗體控件使用。在分組學習中根據學習者的實際水平細化分工，盡最大可能使每個同學都參與其中，并給予基礎薄弱同學充分的鼓勵和情感支持。結合后續其他實驗，逐步提高任務難度，從而幫助學習者步步為營，逐級進階，進一步激發學習者對高階任務的好奇心和學習動力。此外，在與他人的協作過程中，也更可能激發出新的創意，從而幫助學生提高學習興趣和主動性，進一步減少邊緣學習。

四、結 語

《教育信息化和網絡安全工作要點》以及《教育信息化2.0行動計劃》中均對信息化技術支持下的基于新理念的教育教學模式變革和生態重構給予充分肯定。STEAM教學模式憑借其新穎的核心要素和情境任務形式逐漸受到更多教育工作者關注。它在提升學生信息素養水平以及豐富課堂教學形式方面均帶來了積極的影響。未來STEAM教學模式的研究將結合更多具體的學科知識，提升情境內涵，充分將知識與技術融合，繼而為信息化背景下全面培養學生核心素養水平提供更多經驗積累。