STEAM教育理念實踐談

◆廣東省韶關碧桂園外國語學校 彭志強

隨著人工智能時代的來臨，編程教育成為大家關注的焦點，并受到國家層面的重視。2019年3月，教育部公布了《2019年教育信息化和網絡安全工作要點》，要求中小學逐步推廣編程教育。

一、STEAM教育理念

STEAM教育理念（如圖1）最早是美國政府提出的教育倡議，為加強美國K-12（一種從幼兒園到十二年級的教育學制）關于科學、技術、工程、藝術以及數學的教育，強調可行性、整合性。

圖1 STEAM教育理念

我們知道，任何事情的成功都不可能依靠某一種能力就可以實現。比如在電子手表的制作過程中，不但需要運用科技手段創新產品的功能，還需要設計合理、精致的外觀，即藝術等方面的綜合技能，才可以將其生產制作出來，因此單一技能的運用已經無法支撐未來人才的發展。STEAM課程為培養未來綜合型人才提供了方向和途徑。

二、中小學編程教育是STEAM教育理念的有效載體

STEAM教育理念與中小學編程教育有什么聯系？可從以下幾點進行分析探討。

（一）中小學編程教育包含STEAM教育理念中的“S”：編程教育教給孩子的并不只是編程知識，更多的是思考及解決問題的科學性。凡是科學都具有客觀規律性、系統性和實踐指導性等特點，編程是體現計算機科學的重要方面之一。

（二）中小學編程教育包含STEAM教育理念中的“T”：編程需要掌握的編程語言、編程軟件、編程工具等都包含技術性，其本身就是一門技術。

（三）中小學編程教育包含STEAM教育理念中的“E”：編程以項目制學習方式進行，編程的過程就像在完成一個項目，這個過程需要團隊協作，共同達成目標。

（四）中小學編程教育包含STEAM教育理念中的“A”：編程大多以游戲為表現形式，游戲畫面的視覺效果就包含了藝術。學生能在編程過程中鍛煉其藝術創造力。

（五）中小學編程教育包含STEAM教育理念中的“M”：編程最重要的部分就是算法，而算法需要扎實的數學根基。

三、STEAM教育理念下的中小學編程教學流程

運用中小學編程知識，完成編程項目開發，其開發過程一般可以分為項目分析—界面設計—算法設計—代碼編寫—調試發布。在編程項目開發的每一個步驟中都涉及了多學科知識要點，如界面設計涉及美術知識、算法設計涉及數學知識等。在編程教學的過程中，我們會因項目的需求融入不同學科的知識要素，通過對項目進行分析，并對學科知識進行綜合應用，不斷創新設計創作，以此實現項目所需功能。

秦德增、秦瑾若兩位學者曾提出“核心素養視角下的 STEAM跨學科融合框架”。該框架包括“A確定核心素養→B選擇具體學科→C設計主要問題→D著手解決問題→E開展評價反饋”共五個層層遞進、互相滲透的教學階段。以該框架為指導，依據編程項目開發流程，經過教學實踐，我設計出中小學編程教學流程，如圖2所示。

圖2 STEAM教育理念指導下的中小學編程教學流程

下面我以我校STEAM校本課程中的編程教學項目《快遞助手》為例，闡述具體的教學過程。

（一）確定項目內容

在平時的教學過程中，注重培養學生觀察、記錄的習慣，并與學生進行溝通，從學生的反饋中了解其在真實生活情景中遇到的問題，確定項目內容。

例如，在“雙十一”“雙十二”等網絡購物節期間，由于太多人網購，快遞公司的派件壓力很大，學生家中的快遞無法正常收取，學生希望能幫助快遞員更高效地完成配送任務。基于從解決實際問題出發的原則，我選擇開展以“制作一個解決快遞派送時效的小工具”為項目的編程教學。

（二）分析項目，確定融合學科

通過上網查詢，了解相關研究的現狀，從中探尋課題研究的重點、難點和創新點。根據項目的內容，分析問題，將項目分為前期調研、查閱文獻資料、設計編程模型、實現設計方案四個部分。根據這四部分內容尋找學科間的知識關聯，分析得到主要融合的學科是綜合實踐、語文、數學、信息技術，主要涉及調查、數據分析、歸納總結、信息技術編程等綜合能力。

（三）明確項目教學目標

《快遞助手》編程教學項目的目標如下。

1.知識與技能

（1）了解、掌握解決問題的基本步驟與方法。

（2）懂得用創造性的方式解決生活中遇到的困難。

（3）掌握編程知識中列表及函數的運用。

2.過程與方法

（1）能針對問題，通過查閱資料、觀察等方法收集資料或證據。

（2）能尊重事實，在匯總資料的基礎上提出合理的解決方案并與他人分享。

（3）能傾聽和尊重不同的觀點、評議，反思和改進自己的方案，并將探究過程中學到的知識運用于新的情境中。

3.情感態度與價值觀

（1）用學過的知識解決生活中的問題，提升生活品質。

（2）了解項目成品的應用場景，激發改進熱情。

（3）愿意與他人合作及交流，具備團隊合作意識。

（四）項目開展準備

本項目教學準備：學生調研表、調研場所的安排，項目內容涉及的學科教學課件等。

（五）實施項目教學

1.前期實地調研。

（1）利用綜合實踐活動課，講解調查的相關知識。

（2）到快遞站點進行實地調研。

（3）匯總調研資料并分析。

圖3 到快遞站點進行實地調研

2.結合調研報告，查閱文獻資料，討論分析，確定項目解決方案。

圖4 編程頁面

學生通過分析發現：派送過程中耗時最多的環節一是分區配貨上車，二是送貨上門，這也是可以進一步優化效率的兩個方面。

3.根據解決方案，設計功能需求并繪制流程圖。

快遞程序助手包含三個功能模塊：分揀、派件、收件。

分揀模塊主要采用遍歷算法，對區域快件總數進行統計，當快遞員重新錄入新快件數據時，可以實時更新快件總數。

派件模塊主要采用遍歷算法及廣播模塊功能，實現提前發送短信告知收件者，減少派送的時間。

收件模塊主要采用無人機模擬收件，當點擊收件按鈕時，觸發無人機收件程序，無人機飛到指定地點進行收件。

4.進行編程學習，實現項目需求。

（六）項目的評價與反饋

項目的分享既是必要的環節，又是最精彩的環節，更是學生學習和創新的強勁動力。通過編程項目成果展示，結合項目設計能力評估表、創造與創新能力評估表、批判性思維能力評估表、項目終結性評價量表，對參與項目的學生進行評價及反饋，主要分為未達標、有待改進、達標、優秀四個等級。教師根據學生項目實際完成情況給予相應的總結及評語，評價依據主要來源于學生對該編程項目的STEAM知識能力結構的學習掌握程度。

以教師和學生為對象，進行教學效果問卷調查與訪談，明確在教育過程中可能存在的問題，為后續研究提供數據支持。