融合信息技術的新加坡STEAM教育經驗與啟示

張一鳴 董貝貝 向金 白欣

STEAM教育是包括科學、技術、工程、藝術和數學在內的跨學科教育。近年來，STEAM教育在我國正如火如荼發展，同時也面臨諸多問題。筆者對國內小學課程設置情況調查發現，分科教學仍是被普遍采用的教學方式。目前，我國開展信息技術教育的普遍方式是單獨開設一門“信息技術”課程，將其與各個學科割裂開來進行教學。這是我國STEAM教育和信息技術教育發展面臨的困境。2021年6月25日，國務院發布《全民科學素質行動規劃綱要（2021—2035年）》，提出“推進信息技術與科學教育深度融合，推行場景式、體驗式、沉浸式學習”^[1]。新加坡早在20世紀70年代末就意識到信息技術的發展對于國家經濟發展具有重要的推動作用。1997—2015年，新加坡教育部共發布了四部教育信息化發展規劃，每期規劃都以培養學生能力為核心，明確提出要培養學生的綜合能力，且每部發展規劃都在繼承前一部發展規劃的基礎上有所改進^[2]。新加坡編制教育信息化發展規劃，致力于培養學生適應21世紀發展所需的技能，即成為自信的合作者、自主的學習者、關注社會的公民及積極的貢獻者，重視教師信息化教學能力的培養和提升，融合教育信息技術建立起一套完善的體系。新加坡小學融合信息技術的STEAM教育理念和做法，可以為我國小學STEAM教育及教育信息化發展提供借鑒。

一、新加坡小學STEAM教學大綱解讀

新加坡小學將信息技術融入各個學科的教學大綱中，并均體現STEAM教學的特點，指導各科教師進行跨學科的數字化教學。下面筆者以新加坡小學的科學、數學、社會學習（Social Studies）、跨學科專題作業（Interdisciplinary Project Work，IPW）的教學大綱為例，對新加坡小學各學科融合信息技術的教學要求進行解讀。

（一）新加坡小學科學教學大綱有關信息技術的論述

新加坡頒布小學科學教學大綱，提出了教師開展研究性學習的教學策略：“鼓勵教師將信息技術和國民教育融入研究性學習的活動中，在調查的過程運用信息技術，促進學生協作學習和自主學習。”例如，教師利用在線協作工具可以幫助學生在學校內分享和討論他們的想法或發現，并咨詢領域專家來擴展他們的學習內容。再如，聯上互聯網的設備可用于促進學生在情境學習中的數據收集和分析，其中模擬工具可用于研究和理解抽象概念，以操縱變量來推斷變量之間的關系。新加坡小學科學采用融合信息技術的方式教學效果顯著，一方面師生借助信息技術拓展了資源，另一方面學生使用信息技術實現了深度學習。

（二）新加坡小學數學教學大綱有關信息技術的論述

新加坡小學將信息技術教學放在培養學生適應21世紀發展所需技能的重要地位。新加坡小學數學教學大綱寫明：“使用信息技術的能力是21世紀技能之一，而對于這一能力的培養也會促進21世紀技能中的其他技能，例如合作學習、批判性思考和問題解決能力的發展。”同時對教師提出要求：“教師應培養學生使用信息技術學習的能力。教師應使用信息技術對數學概念進行演示，將其可視化，從而幫助學生理解數學概念。同時還應利用信息技術支持學生的探索和實驗，擴大學生可以接觸到的問題的范圍。”

以數學學科為例，學科知識內容對于學生來說往往是非常抽象的。對于學生解決數學問題涉及的“數學建模”，新加坡小學數學教學大綱給出了定義，“數學建模是制定和改進數學模型以表示和解決實際問題的過程。通過數學建模，學生學會處理歧義，建立聯系，選擇和應用適當的數學概念和技能，識別假設并思考現實世界問題的解決方案，并根據給定或收集的數據做出明智的決策”。同時要求學生在建模和解決問題的過程中，選擇并使用適當的數學方法和工具解決問題并提出解決方案。教師教學應堅持三項原則，其中之一便是“教學應該將學習與現實世界聯系起來，利用信息技術培養21世紀的核心能力”。教師在教學過程中應利用信息技術講解數學在現實世界中的應用，并幫助學生理解和欣賞數學是如何應用在現實生活中，以及如何在現實世界中使用數學來建模和解決問題，從而讓學生看到數學的意義和與現實的相關性。在這一過程中，信息技術起到將數學與現實聯系的橋梁作用，使數學中抽象的概念具象化。

（三）新加坡小學社會學習教學大綱有關信息技術的論述

新加坡小學社會學習教學大綱結合21世紀技能框架明確要求學生通過實地學習活動，學會與他人合作，并收集和處理各類社會信息。包括“新加坡移民和領導人貢獻;我們的共同身份、共同經驗和價值觀;如何團結我國人民;如何滿足我們的需求，克服面臨的挑戰;新加坡的環境和發展;四種古代文明和過去其他文明遺產的信息”等。學生要在收集和處理各類社會信息的過程中，探索信息與周圍的人和地方的關系，發展使用多種演示模式記錄學習過程的能力，以及與他人交流的技能。社會學習中很重要的能力就是收集和處理社會信息的能力。教師借助信息技術教學能夠讓學生更充分、深入地理解社會。

（四）新加坡小學跨學科專題作業教學大綱有關信息技術的論述

新加坡小學跨學科專題作業課程大綱中建議：“課程的目標之一是通過同伴或小組分享活動和學生角色扮演，增強學生的社會責任感，使其具有一定程度的自我學習能力，學會如何查找參考資料和使用互聯網等資源。”同時，大綱對于信息技術在合作學習中的重要性也通過具體案例進行說明。2002年7—8月，新加坡教育研究協會對一個IPW項目進行課堂觀察：31名小學四年級學生被分成5組，每組4名學生。學生被分配角色并接受角色訓練，根據給定的主題“植物及其生長”進行科學項目的規劃和準備。在計劃和準備之后，學生在計算機實驗室準備設計的幻燈片。在教室和計算機實驗室進行了五次觀察后，他們開始渴望進行IPW學習，并在課程中不斷利用信息技術，例如借助翻譯軟件查找“參考書目”等單詞的英文拼寫等^[3]。

IPW是新加坡小學和中學都開設的一門STEAM課程，不同學校以不同的活動內容為載體。例如，Concord小學以烹飪活動作為載體，開設了“思維廚師計劃”課程。開設這一課程旨在為學生提供機會，讓學生綜合不同學習領域的知識，批判性和創造性地將其應用于現實生活中。通過IPW，學生將能夠運用創造性和批判性思維技能，提高溝通技巧（口頭和書面），培養協作學習技能，發展自主和自主學習和終身學習技能，體驗烹飪或烘焙等。IPW的教學成果與教育預期結果一致（見表1）。

二、新加坡小學STEAM課程案例解析

新加坡教育部頒布小學各個學科的教學大綱，對信息技術在小學各個學科中的融入做出明確要求。2014年，新加坡政府發起“編碼@新加坡政府”（CODE@SG）項目，在學校和社區開展基于Micro：bit的教育活動，旨在發展全民計算思維^[4]。下面筆者以CODE@SG項目網站上小學各個學科的典型課程為例進行分析，從而深入地理解新加坡融合信息技術的小學STEAM教育。

（一）科學：“節約用水”課程案例

“解決真實問題”一直是新加坡開展STEAM教育所積極倡導的理念。新加坡小學STEAM課程案例中的絕大多數主題都是基于與學習者生活、社會緊密相關的情境而設置的自然和社會問題，讓學生在解決真實問題的過程中使用并掌握信息技術。新加坡小學科學課程“節約用水”，就是一個從節約用水的實際問題出發來設計的STEAM課例。以解決環境問題為目標，學生三人一組，使用Micro：bit編程設計并制作一部自動澆水裝置。教師根據學生的認知水平，循序漸進地介紹各種測量和感應裝置（土壤濕度感應器、DC水泵）的工作原理和使用方法，并讓學生通過編程建立測量（或感應）裝置與自動澆水裝置之間的聯系。學生建立植物自動澆水系統，運用信息技術收集并分析土壤濕度數據，深化對水資源保護的認識，引發對資源和環境保護的思考。學生掌握編程技能后，可將編程知識用于解決實際問題。

（二）數學：“十進制貨幣加法”課程案例

新加坡小學數學課程“十進制貨幣加法”是一個運用信息技術幫助學生學習加法運算的STEAM課例。學生需要使用Makecode和Micro：bit編程軟件編寫硬幣計數器的代碼并構建簡單的原型，實現運用十進制進行貨幣加法運算;同時，使用吸管、連接器和可回收材料構建一個簡單的數字硬幣銀行。該課例不僅涉及數學知識的教授，而且涉及使用電子表格和其他軟件進行數學學習，融合數學、計算機編程以及實踐操作進行跨學科學習。在此過程中，學生習得加法運算的能力，建構知識系統，并將其用于解決日常生活中的問題。學生學習這個案例后，在遇到如購物過程中付錢、找零等類似場景問題時，就會利用所學的知識和方法解決。

（三）社會學習：“emoji”課程案例

新加坡小學社會學習課程“emoji”是一個運用信息技術培養學生情感態度、協作能力的STEAM課程案例。該課例的情感學習目標包括“尊重和欣賞朋友”和“贊賞并接受意見分歧”。兩個情感目標之下的學習目標為“使用Micro：bit編碼在5x5LED上顯示圖像”和“使用LED顯示動畫”。教師以“emoji”為主題，激發學生的學習興趣。在前期準備階段，教師對Micro：bit編碼軟件、硬件設備進行詳盡的介紹，確保學生在探究之前有足夠的先驗知識和背景信息。在活動安排上，教師設置了三個主要的活動，分別是熟悉Micro：bit編碼軟件與硬件設備建立連接、創建“跳躍小人”的表情、創建自己的表情。在授課過程中，教師對Micro：bit編碼的具體操作過程進行演示，搭建學生學習編程的腳手架，指導學生探究。該課例中，教師以培養良好的社會情感為主題，以Micro：bit編程為依托展開數字化教學，幫助學生確立尊重朋友、欣賞朋友、贊賞并接受意見分歧的價值觀，引導他們做有共情能力、有社會責任感的合格公民。

（四）跨學科專題作業：“回收塑料瓶”課程案例

合作學習是STEAM課程重要的教學過程之一。教師通過設計一系列小組合作活動來促使學生積極思考并主動展開交流與合作。新加坡小學STEAM課程很多案例中，教師有效利用信息技術來設計小組合作的課程活動，以此培養學生的自主學習和協作學習能力，從而讓學生具備在未來社會取得成功的能力和品質。新加坡小學跨學科專題作業“回收塑料瓶”就是一個小組合作的STEAM課程案例。該課程從環保問題出發，教學內容主要涉及：使用Micro：bit軟件編程;運動傳感器的使用和安裝;回收箱的設計與美化。教學過程中，學生需要利用Micro：bit編寫程序計算回收箱收集到的塑料瓶數量。他們在小組中應用發散性思維進行頭腦風暴，討論如何設計回收箱，同時通過協作，將運動傳感器正確安裝到回收箱中，并用顏料和畫筆對回收箱進行美化，最終設計出一個環保回收箱，增強了社會責任感，提高了實踐和協作能力。

三、對我國小學STEAM教育發展的啟示

（一）堅持以學生為中心的教育理念

新加坡明確，小學階段STEAM課程教學中學生是活動的主體，教師開展一切教育教學活動要重點考慮學生的需要。數字化教學實現了學習環境的多樣化，在教學材料的選擇上，教師利用適切的教具、多媒體教材或自制的、貼近學生生活經驗的材料，增強趣味性，促進了學生對知識的理解。新加坡實施STEAM教育時將學生放在主體地位，充分發揮了學生學習的自主性，有利于培養面向21世紀有創新能力的高質量人才。

（二）重視教師的TPACK素養

新加坡小學各個學科的教師開展STEAM課程活動時，都表現出良好的TPACK素養，即整合技術的學科教學法知識（Technological Pedagogical Content Knowledge），以學科內容知識、教學法知識和技術為基礎，以它們之間的相互作用為紐帶，設計教學方案，提高教學質量。新加坡小學STEAM課程教學中教師對Micro：bit軟件使用非常多，注重進行數字化教學以培養學生的信息素養。在教學過程中，教師應遵循由簡漸繁的原則，以學科內容為基礎，靈活運用教學方法，將信息技術融入課堂，將抽象的概念轉化成具體的表征，并以解決真實問題為驅動力，幫助學生及時對知識進行歸納、總結。教師還需要基于數據分析對學生進行反饋，綜合學業成績、實踐表現、合作能力等方面為學生設計多元化的評量標準，幫助學生明白自身的優勢和不足，實現自我價值。

（三）將STEAM作為一種教學方法

目前，我國中小學普遍將STEAM教育視為一門課程，認為課程內容應該同時包含科學、技術、藝術、工程、數學五個方面的內容，將其作為拓展、提高類課程單獨開設。在新加坡，各個學科課程中不一定同時包含科學、技術、藝術、工程、數學五大件，而在課程中會采用多種技術手段輔助教學。新加坡將STEAM教育作為一種教學方法，這更接近我國的智慧教學，而不是一門課程。這樣的理念更符合STEAM跨學科教學的本意，也更具可操作性，對于我國STEAM教育和信息技術教育均有借鑒價值。

注：本文系中國科協2020年度研究生科普能力提升項目“科技館輔導員專門化研究”（編號：kxyjs202014）的階段性研究成果。

參考文獻

[1] 國務院.國務院關于印發全民科學素質行動規劃綱要（2021—2035年）的通知[EB/OL].[2021-7-5].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2021-06/25/content_5620813.htm.

[2] 柴金煥.新加坡教育信息化發展戰略研究與啟示[J].中國教育技術裝備，2020（2）：134-136.

[3] Saravanan V. Teaching & learning in a Singapore primary school： Integrated project work[C]. Educational Research Association of Singapore Conference， Singapore， 2003.

[4] Code@SG. Lesson Ideas-Primary Schools[EB/OL].[2021-7-5].https：//codesg.imda.gov.sg/in-schools/digital-maker/lesson-ideas-primary.

（作者張一鳴、董貝貝系首都師范大學教育學院博士研究生;向金系西安交通大學附屬小學高級教師;白欣系首都師范大學教授、博士生導師，本文通信作者）

責任編輯：祝元志