基于STEAM理念的信息技術(shù)5E教學(xué)模式設(shè)計(jì)

薛勝蘭，鄭耿忠

（韓山師范學(xué)院，廣東 潮州 521041）

STEAM教育進(jìn)入課堂已成為熱門的研究課題，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科綜合能力和創(chuàng)意創(chuàng)新能力已經(jīng)成為學(xué)校教育的重要任務(wù).STEAM 是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）、數(shù)學(xué)（Mathematics）的簡(jiǎn)稱，旨在將多學(xué)科進(jìn)行交叉融合，以培養(yǎng)學(xué)生具備各學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)能力和綜合運(yùn)用能力，以適應(yīng)未來(lái)科技發(fā)展的需求［1］.在中小學(xué)信息技術(shù)課程中融入STEAM教育，使其成為一門多學(xué)科融合的綜合性課程，有助于提升學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣.

5E 教學(xué)模式是基于建構(gòu)主義理論的一種探究式教學(xué)模式，由美國(guó)生物學(xué)課程研究會(huì)（BSCS）在Atkin-Karplus 學(xué)習(xí)環(huán)的基礎(chǔ)上提出，包含參與（Engage）、探究（Explore）、解釋（Explain）、精致（Elaborate）和評(píng)價(jià)（Evaluate）五個(gè)環(huán)節(jié)［2］.在這五個(gè)環(huán)節(jié)中可以充分體現(xiàn)課堂中以學(xué)生為主體，培養(yǎng)學(xué)生自主動(dòng)手探究問題、解決問題的能力，使其養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問題、積極主動(dòng)思考的習(xí)慣，改革傳統(tǒng)課堂教學(xué)中存在的問題，在課堂上，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體、教師主導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用已掌握的知識(shí)對(duì)新知識(shí)進(jìn)行探究，并適時(shí)指導(dǎo)學(xué)生，給予恰當(dāng)?shù)膸椭@些理念都與STEAM 教育理念相吻合，所以5E 教學(xué)模式應(yīng)用于信息技術(shù)課堂教學(xué)是可行的.本文利用STEAM 教育理念構(gòu)建基于5E 探究的中小學(xué)信息技術(shù)課程的教學(xué)模式，在課堂上進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐.

1 5E探究式教學(xué)模式設(shè)計(jì)

1.1 教學(xué)模式

基于STEAM 教育理念，以5E探究式教學(xué)模式為導(dǎo)向，構(gòu)建基于STEAM 教育理念的信息技術(shù)課程教學(xué)模式，如圖1所示.

圖1 5E教學(xué)模式

1.2 教學(xué)環(huán)節(jié)

5E探究式教學(xué)模式共有5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，分別是：參與、探究、解釋、精致和評(píng)價(jià).

①參與環(huán)節(jié)（Engage）：該環(huán)節(jié)又稱為“引入”，通過這個(gè)環(huán)節(jié)讓學(xué)生對(duì)STEAM教育理念中的情境性有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí).在課堂上，教師首先對(duì)學(xué)習(xí)情境進(jìn)行創(chuàng)設(shè)，并以問題為導(dǎo)向，為學(xué)生提供有意義的學(xué)習(xí)活動(dòng)、生活實(shí)例等，以此來(lái)吸引學(xué)生的注意力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和探究的欲望.

②探究環(huán)節(jié)（Explore）：該環(huán)節(jié)是5E 教學(xué)模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié).在探究這一環(huán)節(jié)中，課堂上是以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)進(jìn)行的.學(xué)生作為該環(huán)節(jié)的主體，要針對(duì)特定的內(nèi)容進(jìn)行探究活動(dòng)，以小組協(xié)作的方式，進(jìn)行仔細(xì)觀察、小組探究，在探究過程中要敢于提出質(zhì)疑，最后運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)共同解決問題.在這個(gè)過程中鍛煉學(xué)生的協(xié)作溝通能力，使他們形成創(chuàng)新意識(shí)和探究思維，加強(qiáng)對(duì)事物概念的理解.而教師作為該環(huán)節(jié)的主導(dǎo)，在學(xué)生進(jìn)行探究活動(dòng)的過程中運(yùn)用STEAM 理念進(jìn)行指導(dǎo)，在學(xué)生需要幫助的時(shí)候適時(shí)進(jìn)行引導(dǎo)啟發(fā)，以此提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率和效果.

③解釋環(huán)節(jié)（Explain）：該環(huán)節(jié)是學(xué)生對(duì)新事物新概念生成的環(huán)節(jié)，學(xué)生在小組進(jìn)行協(xié)作溝通、探究和跨學(xué)科知識(shí)整合理解后，向其他小組成員和教師展示小組的探究結(jié)果，培養(yǎng)一定的問題解決能力.由于學(xué)生之間存在著一定的差異，使得不同小組的成果展示具有多樣化和個(gè)性化.需要教師運(yùn)用科學(xué)的解釋、術(shù)語(yǔ)或概念進(jìn)行補(bǔ)充修正，在此過程中深入踐行STEAM 教育理念，也為下一環(huán)節(jié)做好鋪墊.

④精致環(huán)節(jié)（Elaboration）：該環(huán)節(jié)重點(diǎn)將目標(biāo)放在學(xué)生跨學(xué)科知識(shí)的遷移能力上，教師再次引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生將新舊知識(shí)進(jìn)行融合，為學(xué)生提供時(shí)間和空間，讓他們嘗試運(yùn)用不同的方法解決問題，小組之間參與討論交流、總結(jié)歸納以加強(qiáng)自己小組對(duì)新概念的理解，從而達(dá)到持續(xù)精致新事物和概念的過程，促進(jìn)STEAM 跨學(xué)科知識(shí)遷移和應(yīng)用.教師需要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況再發(fā)布一個(gè)類似的新項(xiàng)目或任務(wù)讓學(xué)生以小組協(xié)作的形式進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，最后能夠解決問題，以此引導(dǎo)學(xué)生不斷內(nèi)化新知識(shí)，不斷培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和核心素養(yǎng).

⑤評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)（Evaluate）：該環(huán)節(jié)貫穿整個(gè)教學(xué)過程，評(píng)價(jià)的形式具有多樣性，包括教師評(píng)價(jià)、學(xué)生自評(píng)和小組互評(píng)等.評(píng)價(jià)的方法有過程性評(píng)價(jià)，就是在教學(xué)過程中，教師通過提問學(xué)生、觀察學(xué)生探究過程中的表現(xiàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)；也有總結(jié)性評(píng)價(jià)，就是在最后小組匯報(bào)結(jié)果時(shí)，進(jìn)行小組互評(píng)或?qū)W生自評(píng)；還有特別要注意的是發(fā)展性評(píng)價(jià)，教師不能局限于利用學(xué)生當(dāng)下的表現(xiàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行固定的評(píng)價(jià)，還可以利用檔案袋的方式，不斷發(fā)現(xiàn)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)探究精神的變化，以發(fā)展的眼光看待每一位學(xué)生.

1.3 教學(xué)結(jié)果

在每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中分別有一個(gè)教學(xué)結(jié)果，分別是“引入STEAM 理念、結(jié)合STEAM 理念、深入STEAM理念、拓展STEAM理念和新舊STEAM理念知識(shí)結(jié)合”［3］.

①在第一個(gè)環(huán)節(jié)“參與”中，教師先對(duì)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行情境導(dǎo)入，以此來(lái)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和探究的欲望，從而實(shí)現(xiàn)引入STEAM理念的教學(xué)結(jié)果.

②在第二個(gè)環(huán)節(jié)“探究”中，通過教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行多門學(xué)科共同解決問題，在教學(xué)中以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，這些都是結(jié)合STEAM 理念進(jìn)行的，從而在教學(xué)活動(dòng)中體現(xiàn)出結(jié)合STEAM 理念進(jìn)行探究活動(dòng).

③在第三個(gè)環(huán)節(jié)“解釋”中，學(xué)生通過協(xié)作溝通、探究，進(jìn)行跨學(xué)科知識(shí)整合，展示結(jié)果，這一環(huán)節(jié)的教學(xué)活動(dòng)體現(xiàn)對(duì)STEAM理念的深入應(yīng)用.

④在第四個(gè)環(huán)節(jié)“精致”中，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生的知識(shí)遷移和邏輯思維能力得到鍛煉，綜合素質(zhì)得到提高，實(shí)現(xiàn)將知識(shí)和技能應(yīng)用到實(shí)際生活中的教學(xué)目標(biāo).

⑤在最后一個(gè)環(huán)節(jié)“評(píng)價(jià)”中，評(píng)價(jià)的形式多種多樣，例如在探究中學(xué)生對(duì)自己的進(jìn)步和所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)；小組成員在合作過程中的表現(xiàn)進(jìn)行組內(nèi)互評(píng)或組間評(píng)價(jià)；教師在學(xué)生進(jìn)行探究的過程中進(jìn)行觀察，看學(xué)生是否用新概念和新技能進(jìn)行問題解決，以及評(píng)價(jià)學(xué)生知識(shí)和技能掌握的情況等.這個(gè)環(huán)節(jié)是貫穿整個(gè)活動(dòng)的，通過評(píng)價(jià)，可以讓教師或?qū)W生自己對(duì)概念掌握情況進(jìn)行了解，一旦對(duì)探究得出的概念心存疑惑，進(jìn)而繼續(xù)探究，最終得出新的概念.在重新進(jìn)行探究的過程中，學(xué)生會(huì)利用新舊概念進(jìn)行整合，最后得出結(jié)果.

2 5E探究式教學(xué)案例——以“智能風(fēng)扇”為例

采用5E 探究式教學(xué)模式，在初中信息技術(shù)課程中進(jìn)行實(shí)踐，開展基于STEAM 教育理念的信息技術(shù)課程教學(xué)探索.本案例是九年級(jí)第三章第一節(jié)的內(nèi)容，綜合利用人工智能相關(guān)知識(shí)來(lái)解決生活中的實(shí)際問題，5E探究和STEAM教育理念相融合，組合多種傳感器來(lái)制作智能風(fēng)扇.

2.1 學(xué)情分析

本案例實(shí)施對(duì)象是初中學(xué)生，有較強(qiáng)的求知欲和好奇心，但動(dòng)手實(shí)踐能力、主動(dòng)意識(shí)和創(chuàng)造力等方面較薄弱.在前兩章的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)初步認(rèn)識(shí)了人工智能，對(duì)溫度、超聲波等傳感器有一定的了解，通過項(xiàng)目化學(xué)習(xí)方式，探究組合應(yīng)用不同類型傳感器［4］設(shè)計(jì)制作簡(jiǎn)單智能風(fēng)扇.

2.2 學(xué)習(xí)目標(biāo)

①信息意識(shí)培養(yǎng)：使學(xué)生學(xué)會(huì)傳感器的參數(shù)檢測(cè)方法，培養(yǎng)學(xué)生的信息意識(shí)，使其能夠根據(jù)解決問題的需要，自覺主動(dòng)地尋求恰當(dāng)?shù)姆绞将@取信息與處理信息.

②計(jì)算思維培養(yǎng)：學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)分析問題，解決項(xiàng)目進(jìn)行過程中出現(xiàn)的實(shí)際問題，根據(jù)風(fēng)扇的搭建，設(shè)計(jì)流程圖，編寫機(jī)器人程序，培養(yǎng)自己的計(jì)算思維.

③數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新培養(yǎng)：學(xué)生學(xué)會(huì)組合兩個(gè)或多個(gè)功能傳感器，設(shè)計(jì)針對(duì)不同需求、具有新功能、新設(shè)計(jì)的智能風(fēng)扇，培養(yǎng)自己的組合創(chuàng)新能力.

④社會(huì)責(zé)任感培養(yǎng)：學(xué)生通過簡(jiǎn)單智能作品的設(shè)計(jì)，體驗(yàn)智能控制的方便與奇妙，增強(qiáng)學(xué)習(xí)人工智能的興趣，在對(duì)作品不斷優(yōu)化中培養(yǎng)挑戰(zhàn)困難的勇氣和開拓創(chuàng)新精神，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)、協(xié)作共享的做事態(tài)度.教學(xué)重點(diǎn)是傳感器的應(yīng)用，創(chuàng)新設(shè)計(jì)并制作智能風(fēng)扇［5］；難點(diǎn)是傳感器的組合應(yīng)用和對(duì)所編寫程序進(jìn)行檢測(cè)和優(yōu)化.

2.3 教學(xué)過程

本研究以《智能風(fēng)扇》一課為例，運(yùn)用5E 探究式教學(xué)方法實(shí)施課堂教學(xué)，整個(gè)過程共有五個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，各個(gè)環(huán)節(jié)之間逐層遞進(jìn)，促使學(xué)生在探究活動(dòng)中表現(xiàn)出個(gè)性化、多樣性的學(xué)習(xí)結(jié)果，使他們的認(rèn)知思維不斷從橫向、縱向發(fā)散延伸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的構(gòu)建、加工、生成和遷移，共同推動(dòng)創(chuàng)造性思維從低階向高階的演進(jìn)，如表1所示.

表1 《智能風(fēng)扇》教學(xué)過程

環(huán)節(jié) 教學(xué)活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖 STEAM分析四、精致環(huán)節(jié)：精細(xì)指導(dǎo)、知識(shí)遷移①組織各小組進(jìn)行作品匯報(bào)，教師進(jìn)行精細(xì)化的指導(dǎo)和修正.并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，回顧探究任務(wù)過程中用到的知識(shí)可以運(yùn)用到生活中的哪些方面［6］.教師再次引導(dǎo)，并和學(xué)生一起總結(jié)在生活中能用到該知識(shí)點(diǎn)的場(chǎng)景.②教師對(duì)各小組的作品進(jìn)行精細(xì)指導(dǎo).并提出此項(xiàng)目的新問題：如果無(wú)論氣溫高低，只要有人風(fēng)扇就轉(zhuǎn)，如何解決？引出下一節(jié)相似的內(nèi)容：溫度的檢測(cè)與控制（實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)和根據(jù)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速，使風(fēng)扇更加智能化），實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化和遷移.各小組成員根據(jù)教師的糾正或補(bǔ)充，對(duì)作品進(jìn)一步完善.學(xué)生總結(jié)本課內(nèi)容在生活中的應(yīng)用，以及對(duì)其它學(xué)科的幫助，完成知識(shí)遷移.本節(jié)拓展STEAM理念，在掌握單傳感、單變量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入多傳感、多變量?jī)?nèi)容，增加學(xué)習(xí)的難度，鞏固拓展多學(xué)科知識(shí).五、評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)：生生互評(píng)、師生互評(píng)①教師組織各小組演示智能風(fēng)扇，各組之間進(jìn)行自評(píng)和互評(píng).②教師在評(píng)價(jià)過程中不僅要關(guān)注學(xué)生作品的創(chuàng)新創(chuàng)意、技術(shù)功能和分享表達(dá)等方面的情況，而且要重視學(xué)生在這個(gè)過程中是否有所收獲，以及能否將作品制作的過程講述給他人，不能夠只注重作品的完成情況.同學(xué)們積極互評(píng)，發(fā)現(xiàn)其他作品的優(yōu)缺點(diǎn)、也接受別人的意見建議.重視評(píng)價(jià)方式的多樣化，通過觀察評(píng)價(jià)他人的作品，更加客觀地審視知識(shí)的應(yīng)用，也認(rèn)識(shí)自身的優(yōu)點(diǎn)和不足.本節(jié)綜合應(yīng)用STEAM 理念，培養(yǎng)同學(xué)們的科學(xué)意識(shí)、技術(shù)能力、工程思維、藝術(shù)審美、數(shù)學(xué)能力等核心素養(yǎng).

3 結(jié)語(yǔ)

教學(xué)活動(dòng)結(jié)束后，與學(xué)生開展課堂教學(xué)交流反饋，幾乎所有的學(xué)生都表示喜歡這種教學(xué)模式，超過80%的學(xué)生認(rèn)為自己的動(dòng)手實(shí)踐能力、協(xié)作能力和問題解決的能力有了較大的提高.信息技術(shù)課堂教學(xué)應(yīng)用“5E”教學(xué)模式落實(shí)了新課標(biāo)中的“實(shí)踐”原則，師生在課堂中平等互動(dòng)、教學(xué)內(nèi)容以生為本，多種評(píng)價(jià)方式相結(jié)合.與傳統(tǒng)課堂不同，“5E”教學(xué)模式是把學(xué)生放在主體的地位，學(xué)生不再只是被動(dòng)接受老師輸出的知識(shí)，而教師變?yōu)檎n程的主導(dǎo)，為學(xué)生在探究學(xué)習(xí)中提供幫助.這樣充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及探究欲望，使得學(xué)生對(duì)于信息技術(shù)課程充滿期待，能夠積極主動(dòng)地參與到任務(wù)當(dāng)中，體驗(yàn)基于STEAM教育理念的5E探究式信息技術(shù)課程學(xué)習(xí)的樂趣；同時(shí)，每個(gè)學(xué)生在協(xié)作能力、動(dòng)手實(shí)踐能力和問題解決能力等方面都有很大的提高；教學(xué)活動(dòng)也更加豐富有趣，教學(xué)過程更為科學(xué).