STEAM理念在小學(xué)可視化編程教學(xué)中的應(yīng)用探究

麥海盈

【摘要】隨著STEAM理念在國內(nèi)的推廣，STEAM教育逐漸成為中小學(xué)教育教學(xué)的一部分。本文先從研究背景、小學(xué)可視化編程教學(xué)滲透STEAM理念的意義展開闡述，結(jié)合校本教材《加法練習(xí)器》教學(xué)案例，通過創(chuàng)設(shè)情境、分析問題、解決問題、教學(xué)評價來探索STEAM理念在小學(xué)可視化編程教學(xué)中的應(yīng)用，并提出教學(xué)對策和建議。筆者認(rèn)為，把STEAM教育理念滲透到小學(xué)可視化編程教學(xué)中，在一定的程度上可提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和編程教育的實(shí)施水平。

【關(guān)鍵詞】小學(xué);可視化編程教學(xué);STEAM教育理念

一、研究背景

近年來，人工智能成為國際競爭的新焦點(diǎn)，而編程則是人工智能時代各類產(chǎn)品、設(shè)備及技術(shù)的基礎(chǔ)性應(yīng)用。為此，我國推出各項措施和政策來推廣編程教育。如，2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確指出要在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育;2018年，教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動計劃》，部署信息素養(yǎng)全面提升行動，提出“加強(qiáng)學(xué)生信息素養(yǎng)培育”“完善課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)，充實(shí)適應(yīng)信息時代、智能時代發(fā)展需要的人工智能和編程課程內(nèi)容”“推動落實(shí)各級各類學(xué)校的信息技術(shù)課程，并將信息技術(shù)納入初、高中學(xué)業(yè)水平考試”等要求。編程教育在中小學(xué)階段逐步展開，可見我國對發(fā)展編程教育的重視。

STEAM教育是集科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）多領(lǐng)域融合的綜合教育，強(qiáng)調(diào)打破傳統(tǒng)教學(xué)，把用原本獨(dú)立、分散的不同領(lǐng)域的學(xué)科整合在一起，并致力于讓學(xué)生以學(xué)科整合的眼光了解世界，綜合創(chuàng)新地改造世界，使學(xué)生解決問題和提高綜合素質(zhì)的創(chuàng)新能力得以提升。《廣東省義務(wù)教育信息技術(shù)課程綱要（試行）》建議，信息技術(shù)課程應(yīng)“貼近學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活，并融合跨學(xué)科的應(yīng)用需求”。因此，在小學(xué)可視化編程教學(xué)中滲透STEAM教育理念，十分符合信息技術(shù)課程綱要的要求。

二、小學(xué)可視化編程教學(xué)中滲透STEAM教育理念的意義

（一）跨學(xué)科整合知識，有利于提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)

當(dāng)前的小學(xué)可視化編程教學(xué)普遍存在著“重技術(shù)，輕思維”的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的教師講授、學(xué)生模仿操作的教學(xué)方式只關(guān)注學(xué)生對操作步驟是否掌握，卻忽略了知識生成的過程，無法從根本上培養(yǎng)學(xué)生的計算思維、創(chuàng)造創(chuàng)新的能力，不利于發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

STEAM教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科整合知識，注重實(shí)踐和過程，強(qiáng)調(diào)在真實(shí)情境中解決問題;強(qiáng)調(diào)知識與能力并重，倡導(dǎo)“做”中“學(xué)”;強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)創(chuàng)新與創(chuàng)造能力，注重知識的跨學(xué)科遷移。把科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)整合的教學(xué)方式，通過掌握知識和技能，學(xué)生可以在信息技術(shù)學(xué)科中實(shí)施核心素養(yǎng)，如，信息意識、計算思維、數(shù)字學(xué)習(xí)和創(chuàng)新及社會責(zé)任。這可以提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)，有利于從單一人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)變到綜合性人才的培養(yǎng)，滿足當(dāng)今人工智能時代的需求。

（二）創(chuàng)設(shè)情境貼近生活，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)

傳統(tǒng)的教學(xué)常常忽視問題的真實(shí)性、情境性，學(xué)生難以理解一些抽象概念和理論，被動的接受和記憶導(dǎo)致學(xué)生不會聯(lián)系實(shí)際生活，不能學(xué)以致用。而STEAM核心在于在真實(shí)情境的問題中，幫助學(xué)生融會貫通，強(qiáng)調(diào)把知識回歸于生活，創(chuàng)造性地運(yùn)用多個學(xué)科來解決真實(shí)問題，在解決問題的過程中學(xué)。因此，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境教學(xué)，把抽象知識具體化，指導(dǎo)學(xué)生用已有的生活經(jīng)驗(yàn)與所學(xué)的知識實(shí)現(xiàn)有意義的建構(gòu)，真正感受“知識來源于生活”，領(lǐng)悟到編程在生活中的應(yīng)用價值，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)和求知欲。

（三）以項目式學(xué)習(xí)為主，有利于提高師生、生生的合作意識

合作意識在當(dāng)今競爭激烈的社會十分重要，STEAM教育以項目式教學(xué)為主，完成一個項目需要教師、學(xué)生間的互相協(xié)作。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生進(jìn)行小組分工，在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程中發(fā)揮自身的特長，各司其職，讓不同層次的學(xué)生體驗(yàn)到成功的喜悅，在合作實(shí)踐中找到集體的歸屬感，增強(qiáng)協(xié)作精神。

三、基于STEAM教育理念的小學(xué)可視化編程教學(xué)對策和建議

《加法練習(xí)器》是中山市坦洲鎮(zhèn)林東小學(xué)信息技術(shù)校本教材《可視化趣味編程》第五單元算法篇第19課的教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)對象為六年級的學(xué)生。筆者嘗試在《加法練習(xí)器》一課中應(yīng)用STEAM教育理念，融合工程、信息技術(shù)、數(shù)學(xué)、美術(shù)等學(xué)科，以項目式學(xué)習(xí)、任務(wù)驅(qū)動為主要學(xué)習(xí)方式，學(xué)生通過對項目的分析、協(xié)作、實(shí)踐、調(diào)試、分享等過程，在完成教學(xué)目標(biāo)的同時，體驗(yàn)到如何綜合多學(xué)科知識解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)踐能力、創(chuàng)造創(chuàng)新能力、協(xié)同合作能力等。

（一）創(chuàng)設(shè)情境，激趣導(dǎo)入

在課堂伊始，結(jié)合STEAM教育理念的情景性教學(xué)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)性、復(fù)雜性、具有挑戰(zhàn)性的教學(xué)情境，促進(jìn)學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)與所學(xué)知識實(shí)現(xiàn)有意義的建構(gòu)，順應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知順序。同時，真實(shí)的情境能有針對性地激發(fā)學(xué)生的編程興趣，能讓學(xué)生帶著強(qiáng)烈的好奇心和求知欲進(jìn)入學(xué)習(xí)的下一環(huán)節(jié)，這是教學(xué)第一環(huán)節(jié)的關(guān)鍵所在。

在《加法練習(xí)器》的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師談話引入：“一年級的小朋友剛剛學(xué)習(xí)了加法，他們的數(shù)學(xué)老師想請我?guī)蛡€忙，幫她設(shè)計一個能自動出題并能自動判斷的加法練習(xí)器。我說‘這哪需要我動手呀！我們六年級的孩子也可以利用可視化來編這個口算程序了！’今天，我們就和我們的老朋友‘小貓’一起合作來幫一年級的老師解決這個問題吧！”

問題的提出貼近真實(shí)生活，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。

（二）分析程序，理清思路

引導(dǎo)學(xué)生分析程序的設(shè)計原理、理清思路是可視化編程學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。只有這樣，學(xué)生大概清楚了解該動畫分幾步去做，每一步的程序要做什么，有利于對整個程序進(jìn)行整體規(guī)劃。

在《加法練習(xí)器》這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師引導(dǎo)學(xué)生：“在設(shè)計程序之前，我們請一位同學(xué)上來玩一下這個加法練習(xí)器，請其他同學(xué)認(rèn)真觀察舞臺區(qū)的a和b（如圖1），完成下面學(xué)習(xí)單的表格1并用自己的語言來描述一下加法練習(xí)器是如何運(yùn)行的。”

教師根據(jù)學(xué)生回答板書：1.隨機(jī)出題（10道）;2.小貓問：“等于多少？”學(xué)生輸入答案;3.判斷答案是否正確，正確得10分;4.顯示總成績。

本環(huán)節(jié)讓學(xué)生通過觀察來分析程序流程，理清思路，為設(shè)計動畫腳本奠定基礎(chǔ)。

（三）自主探究，合作學(xué)習(xí)

本環(huán)節(jié)以任務(wù)驅(qū)動來開展，融合STEAM教育提倡的項目式教學(xué)形式，多個學(xué)科知識分別滲透到每一個任務(wù)里去。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過自主探究、小組合作等多種學(xué)習(xí)方式，一步步地完成項目，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作意識和綜合創(chuàng)新能力。

1.任務(wù)一：制作角色

師：舞臺區(qū)有哪些角色？

學(xué)生通過觀察界面，回答角色有小貓、“+”“=”;接著讓學(xué)生自學(xué)書本第2頁，自主嘗試完成角色的制作，并做“小老師”指導(dǎo)其他學(xué)生。

2.任務(wù)二：隨機(jī)出題

師：你們認(rèn)為哪個指令可以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)出題？那出10道題呢？

學(xué)生通過預(yù)習(xí)或遷移學(xué)過的舊知識，回答分別是“隨機(jī)數(shù)”指令和“重復(fù)執(zhí)行10次”指令。然后讓學(xué)生運(yùn)用微課學(xué)習(xí)、自主探究，完成任務(wù)二。讓學(xué)生思考變量前面的“√”有什么作用。教師巡視指導(dǎo)，接著請一位學(xué)生上臺演示操作方法，強(qiáng)調(diào)指令的作用。

通過完成任務(wù)二“隨機(jī)出題”，學(xué)生理解使用“隨機(jī)數(shù)”兩個加數(shù)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)出題的編程方法，融合了STEAM教育理念的數(shù)學(xué)（Mathematics）知識，發(fā)展學(xué)生的計算思維素養(yǎng)。

3.任務(wù)三：詢問與回答

師：現(xiàn)在已經(jīng)完成隨機(jī)出題了，小貓的問和學(xué)生的回答怎么做呢？

學(xué)生回答后，教師演示使用偵測模塊中：“詢問……并等待”和“回答”指令。直觀的演示，可以降低學(xué)生對新模塊運(yùn)用的畏難心理。

4.任務(wù)四：判斷回答是否正確

師：請同學(xué)們小組討論，描述“判斷回答是否正確”的過程并完成學(xué)習(xí)單的填空題。

填空：輸入答案→將答案賦值給變量_____→判斷_______是否正確→如果是，小貓說：“______”→成績_______→否則小貓說：“_______”。接著小組匯報并梳理出流程圖（如圖2），根據(jù)流程圖完成任務(wù)三。最后教師展示幾個優(yōu)秀小組的流程圖和腳本（如圖3）。

判斷回答是否正確是本課的難點(diǎn)，借助流程圖讓學(xué)生理解和建立動畫腳本，突破難點(diǎn)。讓學(xué)生分析問題，學(xué)習(xí)簡單流程圖的繪制滲透了STEAM教育理念的工程（Engineering）部分，小組成員分工合作，一起分析、設(shè)計、制作流程圖，培養(yǎng)了學(xué)生動手實(shí)踐和小組合作學(xué)習(xí)的能力。

（四）拓展延伸，鞏固提高

符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)活動必須是循序漸進(jìn)的，既有梯度也有深度。布置具有難度梯度的選擇性練習(xí)供不同層次的學(xué)生選擇，不僅加深了學(xué)生對程序算法的理解，還可以滿足不同層次學(xué)生成功的體驗(yàn)感，加強(qiáng)學(xué)生對編程的自信心，從而樂于創(chuàng)作。

如，在《加法練習(xí)器》的教學(xué)中，筆者設(shè)計了兩個拓展任務(wù)，如在下列任務(wù)中任選其一完成：拓展1：將加法練習(xí)器改為乘法練習(xí)器。拓展2：將加法練習(xí)器改為減法練習(xí)器。提示：兩數(shù)相減時，被減數(shù)○減數(shù)（填≥或者≤）

教師明確創(chuàng)作要求：小組內(nèi)討論，分工合作，作品可以美化界面、增添趣味性。學(xué)生上機(jī)實(shí)踐、教師巡視指導(dǎo)。

學(xué)生根據(jù)新學(xué)的加法進(jìn)行正向遷移，舉一反三，開展分層教學(xué)。教師激勵先進(jìn)，鼓勵后進(jìn)，使每個學(xué)生都獲得成功感。同時，學(xué)生通過裝飾美化作品，凸顯STEAM教育中的藝術(shù)（Ats）理念，培養(yǎng)學(xué)生欣賞美、創(chuàng)造美的審美能力。

（五）作品展評，總結(jié)提升

教學(xué)評價是整個教學(xué)環(huán)節(jié)最必不可少的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生也非常期待自己的勞動成果得到教師和同學(xué)的贊同和認(rèn)可，學(xué)生作品得到了評價，這個實(shí)踐操作過程才顯得更有價值。教師要為學(xué)生作品的分享和展示搭建一個好平臺，繼續(xù)強(qiáng)化學(xué)生由創(chuàng)造帶來的滿足感和成就感。在《加法練習(xí)器》的教學(xué)中，筆者設(shè)計了兩個環(huán)節(jié)，如下：

1.環(huán)節(jié)一：學(xué)生自評

師：這節(jié)課你們學(xué)會了什么？請同學(xué)們在學(xué)習(xí)單“評一評”上給自己標(biāo)星。

2.環(huán)節(jié)二：生生互評，師生互評

（1）各小組推薦最優(yōu)秀作品，全班展示、亮點(diǎn)展示（重點(diǎn)講亮點(diǎn)和需要改進(jìn)的地方）

（2）根據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計獲★顆數(shù)，評出“最佳編程小組”

上課前，教材和學(xué)習(xí)單就已經(jīng)給學(xué)生提供了項目評價量表，學(xué)生在整個實(shí)踐過程中都可根據(jù)評價量表適當(dāng)調(diào)整自己的作品。在課程的尾聲，學(xué)生都完成作品之后，先對自己的作品與表現(xiàn)進(jìn)行自我評價。接著以小組為形式上臺展示作品，分享收獲，教師和其他小組根據(jù)評價量表進(jìn)行評價。通過學(xué)生自評、生生互評與師生互評，實(shí)現(xiàn)了三個維度的綜合評價。對學(xué)生作品進(jìn)行展示、評選，激勵學(xué)生互相學(xué)習(xí)，取長補(bǔ)短，創(chuàng)作更優(yōu)秀的作品。

最后，教師對本課知識進(jìn)行梳理、小結(jié)，提出后續(xù)學(xué)習(xí)希望，有利于學(xué)生整體上把握所學(xué)內(nèi)容，便于以后更好地開展學(xué)習(xí)活動。

四、結(jié)語

教學(xué)實(shí)踐證明，將STEAM理念嘗試應(yīng)用到可視化編程教學(xué)中，在信息技術(shù)項目式教學(xué)中融入工程、數(shù)學(xué)、美術(shù)等學(xué)科知識，為學(xué)生創(chuàng)造了一個綜合性運(yùn)用多學(xué)科知識解決項目問題的機(jī)會，在動手實(shí)踐的過程中培養(yǎng)了學(xué)生的探究、合作、創(chuàng)新等能力，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究、計算思維、創(chuàng)新思維等核心素養(yǎng)，也提升了編程教育的實(shí)施水平。隨著STEAM教育的發(fā)展，對師資的要求更高了。因此，小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的教師更應(yīng)該站在時代的最前端，與時俱進(jìn)，創(chuàng)新課程，共同助力學(xué)生的發(fā)展。

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責(zé)任編輯? 陳紅兵

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