基于STEAM教育的小學編程教學研究

10.3969/j.issn.1671-489X.2022.05.091

摘 要 基于STEAM教育理念，通過對學習者特征、學習內容中的STEAM要素以及學習目標進行分析，采用6E學習模式，按照參與、探索、解釋、工程、深化、評價等六個環節開展教學，對教學過程中師生之間的課堂互動進行部分記錄，并在此基礎上進行教學實踐。實踐結果表明，在編程教學中采用6E學習模式，有助于激發學生的編程興趣，同時在培養學生邏輯思維和創造力方面有顯著效果。同時，本研究也為基于STEAM教育理念的中小學信息技術課程教學提供參考和借鑒。

關鍵詞 STEAM教育；6E學習模式；Scratch；小學編程教學；程序設計；計算思維

中圖分類號：G623.58 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）05-0091-05

0 引言

隨著“互聯網+”信息技術時代的到來，程序設計在中小學信息技術課程中發揮著越來越重要的作用。《中小學信息技術課程指導綱要（試行）》中明確指出，中小學信息技術課程的首要任務是激發學生對信息技術的興趣和熱情，讓學生了解信息技術基本知識，掌握信息技術的基本技能，了解信息技術的發展和應用對人類日常生活和科學技術的深刻影響[1]。中國教育技術協會信息技術教育專業委員會頒布的《基礎教育信息技術課程標準（2012版）》提出，讓學生通過借助積木式程序塊的方式進行程序設計、理解算法，結合生活實際深入理解算法問題[2]，從而更好地理解算法概念和體驗程序設計的整個過程。

本文以Scratch軟件為教學工具，以直觀形象的可視化編程語言代替枯燥、復雜的傳統程序代碼，結合STEAM跨學科融合的教育理念，運用6E學習模式，從參與、探索、解釋、工程、深化、評價等六個環節開展教學，讓學生積極進行STEAM學習和審辯式思考，培養學生的計算思維、邏輯思維能力和創造力。

1 Scratch介紹

Scratch軟件是麻省理工學院（MIT）媒體實驗室設計開發的一款圖形化編程工具，可以與樂高機器人結合起來實現人機互動，是一款適合開展小學基礎編程教學的有效工具。Scratch軟件的可操作性強，界面生動活潑，學習者只需要從代碼區拖動相關積木塊到腳本區就可以搭建程序，設計自己想要的效果，創作自己的作品，從而激發對編程的欲望與興趣。

2 STEAM教育

2014年，美國國際技術與工程教育學會提出6E學習模式，旨在將它作為STEAM教育實踐活動的基礎，目的是強化學生的設計與探究能力。本文應用6E學習模式開展教學，其中每個環節都滲透STEAM教育的理念。

2.1 STEAM教育

STEAM教育不是學科知識的簡單疊加，而是融合了科學、技術、工程、藝術與數學等多學科的一門綜合教育，它聚焦于信息技術學科融合，提升學生核心素養，更注重理論聯系實際。我國《義務教育小學科學課程標準》首次納入“技術與工程”內容，將工程設計、探究活動上升至新課標的高度，正體現了STEAM教育理念[3]。STEAM教育注重在實踐過程中發現問題，嘗試解決問題，尋找解決方案，讓學生充分經歷知識的形成、應用過程，實現玩中學。

2.2 6E學習模式

6E學習模式包括Engage（參與）、Explore（探索）、Explain（解釋）、Engineer（工程）、Enrich（深化）、Evaluate（評價）等六個環節。教師通過有趣的導入方式激發學生的學習興趣，引導學生探索、構建對知識的理解；學生運用工程思維對自己的設計作出明智的決策并深入探索，將知識延伸拓展，解決更加復雜的問題。具體學習過程如圖1所示。

3 基于STEAM教育的小學編程教學設計

3.1 學習者分析

教學對象是山西某實驗小學四年級學生，這一階段的學生具有一定的分析問題和解決問題的能力。根據認知發展理論，這一階段的學生正處于具體運算階段，他們的心理活動是具有邏輯性的，但對于抽象概念的理解還是有一定的困難，仍然需要具體內容以及過去經驗的幫助[4]。如果在課堂教學中只進行語言敘述講解，學生理解起來會有困難。因此，本文選擇Scratch教學案例“接水果”展開教學，研究從具體的實例出發，有利于教學的開展。

3.2 學習內容中的STEAM要素分析

本文依據STEAM教育理念分析教學內容中蘊含的STEAM要素，如表1所示。

3.3 學習目標分析

通過本單元的學習，學生應掌握Scratch軟件中的循環語句、條件語句等的靈活應用，并且能夠熟練應用Scratch制作完整游戲。具體學習目標可以歸納為以下幾點：

1）掌握通過鍵盤左右鍵控制接水果器皿的操作，理解克隆的概念并能夠靈活應用；

2）能夠把Scratch程序設計的思想和方法作為工具去解決生活中的實際問題；

3）能夠將自己的作品和同伴進行分享交流，提高人際交往和溝通能力；

4）通過學習Scratch程序設計，激發學習熱情，提升創新思維能力。

3.4 教學過程設計

3.4.1 Engage（參與） 教學過程中，教師作為課堂的組織者和引導者，通過有趣的導入方式吸引學生注意力，調動學生的積極性和主動性，引出本節課準備解決的問題，使學生明確本節課的學習目標和學習任務，寓學于樂，推動教學，讓學生能夠積極主動地參與教學活動[5]。教學活動設計如表2所示。

3.4.2 Explore（探索） 在這一階段，學生在探索過程中自主設計構思，通過自我探究和教師的引導性探索，有充足的機會去構建對游戲設計的理解，對程序進行調試，找出問題并不斷進行優化。教學活動設計如表3所示。

3.4.3 Explain（解釋） 解釋階段的目的是給學生提供一個交流學習前面所學知識的機會，確定其含義所在。通過承接上面所學知識，引出接下來要學習的內容。在這一過程中，主要通過師問生答的方式展開教學，教師帶領學生回顧整個程序設計過程，并對相關知識點進行總結，學生積極配合，參與問答，幫助學生建立對新概念的理解[6]。

3.4.4 Engineer（工程） 工程階段的目的是讓學生將實踐活動與工程概念結合起來，在活動過程中應用工程概念、創新思維設計良好的決策，從而進行工程制作。整個游戲過程需要學生有一個整體的把控和思考，明白各個環節的操作以及實施步驟[7]，將解釋環節的知識點歸納到各個環節，比如數學中的隨機數、函數以及計算機編程語句中的循環語句、條件判斷語句等知識，同時體現STEAM教育學科融合的理念。

3.4.5 Enrich（深化） 深化階段的目的是讓學生在前面程序的基礎上深入探索，進行延伸拓展，將概念轉向更復雜的問題，將現階段學習到的知識轉移到新的情境中去。在這個階段，教師提出新任務或新問題，引導學生去發現整個游戲存在的問題：整個過程沒有添加“得分”功能，失去游戲本身的趣味性與挑戰性。接著引入變量的概念，讓學生了解計算機編程中的變量概念，通過靈活應用新概念來解決問題。教學活動設計如表4所示。

3.4.6 Evaluate（評價） 評價階段的目的是依據評價標準，教師確定學生是否掌握概念和知識。教學評價是貫穿整個教學的。教師評價通過課堂觀察與成果展示，客觀公正地對學生的學習行為進行評價，適當給予表揚，同時提出存在的問題，并引導學生修改。學生評價通過課堂展示的方式，進行小組互評。最后，教師對評價結果進行分析整理，從而實現對學生知識理解程度的整體把控。

4 應用效果分析

為了檢驗學生的學習效果，考查學生的邏輯思維能力和創造力以及解決問題的能力是否有所提升，結合6E學習模式中評價階段的小組互評、學生課堂展示以及教師的觀察、訪談進行分析，結果表明，教學效果是良好的。

4.1 激發學生的編程興趣

通過觀察學生課堂上的表現以及分析訪談等材料，發現學生熱情高漲，能夠積極參與學習討論，愿意將自己的作品與其他學生分享，樂于和教師溝通交流，積極尋求有效地解決問題的方法。這充分說明Scratch程序設計教學有效提高了學生學習編程的興趣。

4.2 強化學生的邏輯思維能力

學生在設計程序過程中，通過不斷反思觀察和抽象概括，思考如何將程序積木塊合理安排在整個過程中，讓程序流暢地運行，實現想要的效果。這個過程對強化學生的邏輯思維能力有極大的幫助。

4.3 培養學生的想象力和創造力

采用威廉斯創造力傾向性測試量表[8]對學生的創造力進行測試，包括四個維度，分別是好奇性、冒險性、想象力和挑戰性。通過測試可得到四個維度測試分數和一個總分，用SPSS數據分析軟件工具對各個維度以及總分的前后測成績進行成對樣本t檢驗，結果顯示，學生經過基于6E學習模式的Scratch程序設計學習后，后測成績明顯高于前測成績，尤其是在想象力提升方面非常顯著。

5 結束語

STEAM教育強調跨學科融合，讓學生在動手實踐中釋放自己的想象力和創造力，提高學生的信息素養。本文以Scratch“接水果”游戲為例，基于6E學習模式開展教學，讓學生在做中玩、玩中學，通過學習處理復雜任務，建立有效策略，確定解決方案，促進學生全面發展[9]。

參考文獻

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[8] 威廉斯.威廉斯創造力傾向測量表[J].中國新時代，

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[9] 孫立會，周丹華.兒童編程教育溯源與未來路向：人

工智能教育先驅派珀特的“齒輪”與“小精靈”[J].

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*項目來源：2020年度山西省高等學校教學改革創新項目“核心素養視域下信息技術教師培養模式研究”（項目編號：J2020135）。

作者：王永平，山西師范大學，副教授，碩士生導師，研究方向為信息技術教育、教學與培訓系統設計；胡超秀，山西師范大學碩士研究生，研究方向為信息技術教育、教學系統設計（030000）。