基于STEM理念6E學習模式的中學編程項目學習與案例設計

王雅蕓

概念界定

1.STEM理念

習近平總書記在十九大報告中指出，創新是建設現代化經濟體系的戰略支撐，是引領發展的第一動力[1]。而創新主要來自科學、技術、工程和數學學科的進步[2]，是一個高度互動和多學科融合過程。1896年，為了適應學科綜合化發展和社會對高素質復合型人才的需求趨勢，美國最先提出STEM[Science（科學），Technology（技術），Engineering（工程）and Mathematics（數學）]教育，建立了一種全新的教育理念和培養范式，于是STEM這種有目的地整合各學科的“協同式”教育教學模式進入我們的視野。

2.6E學習模式

美國國際技術與工程教育學會于2014年提出6E[3]，即6E學習模式，在原有的皮亞杰（Piaget）的5E學習環模式的基礎上增加了一個E，形成了6個E環節，即投入（Engagement）、探索（Exploration）、解釋（Explanation）、深化（Enrich）、工程 （Engineer）和評價（Evaluation）。這6個學習環節相對獨立且相互聯系，是基于STEM教育理念的典型學習模式[4]，該學習模式廣泛運用于工科類學科的教學工作，強調以學習參與者為“活動中心”，相比傳統學習模式更適合培養創新型和探究型人才。

3.項目學習

基于項目的學習（Project-Based Learning，簡稱PBL）模式是STEM教育理念主要的學習方式之一，主要是以現實問題解決或項目式學習為主。在中學項目式學習教學活動中，教師可以根據學生興趣和不同學科知識的特點進行教學活動設計，即以項目設計與實施為載體，將學術性的學科知識轉化為可解決實際問題的生活性知識[5]。2017版高中信息技術課程標準倡導開展基于項目的學習，新課標在“實施建議”中提到“基于項目的學習是指學生在教師的引導下發現問題，以解決問題為導向開展方案設計、新知學習、實踐探索，具有創新特質的學習活動”。

研究概述

1.軟件介紹

研究選用Python3.8解釋器來開展基于STEM理念的6E學習模式的中學項目學習。Python語言于20世紀90 年代初由荷蘭數學和計算機科學研究學會的吉多·范羅蘇姆設計，Python語言由于具有簡潔性、易讀性以及可擴展性等特點，已經成為最受歡迎的程序設計語言之一。從2004年以后，Python的使用率呈線性增長，2011年1月，它被TIOBE編程語言排行榜評為2010年度語言。由于Python解釋器比較容易擴展，提供了高效的高級數據結構，還能簡單有效地面向對象編程，在國外用Python做科學計算的研究機構日益增多，一些知名大學已經采用Python來教授程序設計課程。廣東信息技術2019粵教版已將Python語言納入課本教材。

2.學習者特征分析

研究中課程的授課對象是高中一年級學生，從學生對代碼編程知識的掌握情況來看，有兩種情況，一種是部分學生在初中階段接觸過圖形化編程，進入高中學段后，對代碼編程有一定的畏難情緒，另一種是部分學生在高中以前沒有編程經歷，編程思維基礎較差。總的來說，高一學生思維活躍，對新的事物充滿好奇，且有探索的欲望，具備邏輯思維和推理演繹的能力。

在前一章的學習中，學生已經經歷了利用計算機解決問題的基本過程，已經有了流程圖和基本語句語法的知識基礎，也具備一定的邏輯思維能力和Python代碼所需要的英語學科知識，但由于受定向思維習慣的影響，學生對情境問題的分析和程序的應用能力較弱。

課程案例活動設計——以“防疫知識問答”編程項目活動為例

1.Engage（投入）

參與環節即課堂導入環節，目的是吸引學生學習的好奇心和興趣，教師在該環節設置有意義的學習活動，如提出問題、創設情境，激活學生原有知識與經驗。學生在此環節中感受體驗情境，明確目標與任務，調用原有知識與經驗，為即將到來的“探索”活動奠定組織基礎。

2.Explore（探索）

探索環節是6E學習環的中心環節，在此環節中教師組織和引導學生自己或以小組為單位對課程開展探究活動，觀察規律，了解概念，教師在探究過程中進行指導，扮演引導者的角色，參與和反饋探究。學生在此環節要做到獨立探究、小組合作探究、分享與反思探究，最終做到了解新概念，培養自身的探究能力。詳細教學活動如表1所示。

3.Explain（解釋）

在完成探索環節后，教師通過提問，細化所學知識，在引導學生完成自主探究后，對探究的過程和結果進行展示和分析。教師在此環節中可采用多種教學策略輔助概念解釋，主要幫助學生進一步修正和完善概念，并做出解釋，為下一環節做鋪墊。詳細教學活動如下頁表2所示。

4.Engineer（工程）

在學習新概念之后，教師向學生介紹項目及所需資源，學生需要靈活運用新概念，通過應用概念實踐，利用學科知識和技術去建立問題解決方案的程序，包括明確任務、初步設計、畫圖標識、進行項目相關制作與測試等，目的是讓學生有機會對知識點主題有更深入的理解，學生在探究過程中，進一步檢驗自己的理論探究成果。

5.Enrich（深化）

深化階段的目的是引導學生根據已掌握的知識與技能進行發散思維，將所學知識應用到更廣泛的工程設計中，加強對新概念的提升和遷移，深入地探索他們所學的知識，在此基礎上進行延伸和拓展，并將概念轉化為更復雜的問題。詳細教學活動如下頁表3所示。

6.Evaluate（評價）

此環節可以促進師生、生生之間的互動與交流，可采用小組討論、提問、學習成果展示、紙筆測驗等多樣化評價方式，讓師生共同決定新概念的學習和理解程度。在教師的鼓勵下，學生樂于解釋、分享和總結探究過程和結果，進行自評、互評。教師在此過程中根據學生的學習情況，給予及時、恰當、正確的反饋信息。

結論

著名教育學家皮亞杰的認知發展理論認為，學生是學習的主體，在外部環境的不斷作用下提升認知。開展基于6E學習模式的教學，通過創設學生所熟悉的項目情境，從填空題到選擇題再到完成項目，由淺入深地考查條件語句的基本應用，讓學生在課堂中充分地進行“自主、探究、合作、交流、評價、反思、內化”，為學生創設操作和實踐的機會，鼓勵學生發表自己的意見，與同伴交流，體驗算法在解決問題中的重要作用，培養學生的邏輯思維能力、解決復雜問題能力，進而提高學生應用知識解決實際問題的能力。

參考文獻：

[1]人民網.權威發布：十九大報告全文[EB/OL].http：//sh.people.com.cn/n2/2018/0313/c134768-31338145.html， 2018-03-13.

[2]M. Sencer Corlu，Robert M. Capraro，Mary M. Capraro.Introducing STEM Education： Implications for Educating Our Teachers For the Age of Innovation[J].Education and Science，2014（39）：74-85.

[3]余勝全，胡翔.STEM教育理念與跨學科整合模式[J].開放教育研究，2015（04）：13-22.

[4]徐蓓玲，高國元.基于6E設計型學習模式的STEM活動設計——以Scratch“打地鼠”程序為例[J].現代中小學教育，2020（36）：24-30.

[5]黃樺.基于STEM教育理念的科學教學[J].教學與管理，2018（21）：109-112.