基于STEAM教育理念的農村初中圖形化編程教學實踐研究

摘" 要" 基于STEAM教育理念和編程貓圖形化編程的特點，結合農村實驗學校的圖形化編程的教學現狀和學生的學習需求，構建符合農村初中圖形化編程的教學流程，并分析其可行性和應用效果。通過兩輪行動研究教學實踐后，教學流程得到了修正，學生的創造力傾向、合作意識、創新思維、跨學科知識運用能力、邏輯思維能力都有一定程度的提高。

關鍵詞" STEAM教育理念；農村初中；圖形化編程；信息

科技

中圖分類號：G633.67" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）07-0-06

0" 引言

2022年，教育部印發了《義務教育信息科技課程標準》，基于學科核心素養制定了義務教育各學段的課程目標和課程內容，明確了7～9年級人工智能課程內容要求[1]。編程教育是人工智能教育的基礎，是未來基礎教育的發展趨勢，在目前沒有與新課標相配套教材的情況下，筆者嘗試開發符合時代背景和學生學情的編程課程，從理論基礎、教學目標、實現條件、教學流程四個方面開展兩輪教學行動研究，分析實驗中產生的教學數據驗證教學可行性與教學效果。

1" 理論基礎

1.1" 新型建構主義理論

新型建構主義服務教學的核心理念，主要是突出學生在學習過程中的主體地位，強調“教師主導與學生主體相結合”的教育思想，關注和強調“情境”和“協作學習”對意義建構的重要作用，為教師進行課堂教學活動設計提供參考[2]。新型建構主義理論支持下的編程教育，強調教師能運用各種信息資源支持教師的“教”和學生的“學”，在關注整體教學目標的同時也關注深層意義建構理論與實踐的結合。

教師要提供各種信息化學習資源，例如，微課、學習互動平臺和支撐預置文件等為學生提供學習支撐，通過興趣激發和情境創設逐步引導學生學會利用這些資源，在教師和同伴的協同幫助下進行新知識的建構，最終在學習過程中獲得學習經驗和集體歸屬感。

1.2" STEAM教育理念

STEAM教育是融合科學、技術、工程、藝術和數學多領域相關知識的綜合教育，它最大的特點是“跨學科”，在豐富的情境中使用項目化教學促進學科融合，形成知識網絡，而不是碎片化的知識

點[3]。從信息科技課程的教學方式上看，初中信息科技新課標中更強調真實問題情景的創設，或是開展項目式教學，另外，從圖形化編程教學內容來分析，編程學習涉及最多的應該是數學知識，雖然圖形化編程弱化了寫代碼的煩瑣操作，但它始終考驗的是學生的抽象思維。

因此，從某種意義上說STEAM教育理念的融入打開了教師的思維局限，單純的圖形化編程知識學習已經不能激發學生的學習興趣，跨學科和多情境的學習更能激發學生的學習興趣和求知欲。

2" 教學目標

從STEAM教育理論特點出發，結合教學目標，制定各維度目標：S——能正確運用編程及跨學科知識完成程序設計；T——能正確搭建程序腳本；E——可以梳理程序邏輯，做到程序的試錯和優化；A——作品設計時關注界面設計，舞臺布局美觀、簡潔，角色選擇合理；M——能夠運用數學公式、概念輔助編寫程序[4]。

3" 實現條件

本實驗在機房進行，電腦縱向排列，12人一列、4人一組，保證每人一臺電腦，教師給每組放置桌牌，方便學生開展小組合作學習。采用的軟件是編程貓源碼編輯器3.0在線版，教師以“極域多媒體電子教室”“班級管理大師”“點貓學習平臺”教學和管理軟件為輔助，有教師和學生屏幕共享、上傳下發文件、教學管理、學生作品評價管理等功能輔助教學。

4" 基于STEAM教育理念的農村初中圖形化" "編程教學流程分析

4.1" 準備階段

準備階段主要是對項目開展的教學準備，在活動開始前，教師需考慮STEAM的跨學科特征，確定教學目標；從科學、技術、工程、藝術、數學等學科知識出發，設計教學內容，選取教學案例；信息科技學科在初中階段沒有相應的預習時間，但教師要求學生掌握信息課堂自主探究的信息技能，如學會用賬號登錄點貓平臺，在點貓平臺查閱教師發布的微課視頻、自主學習任務單和源碼預置文件，以及會用源碼編程器的源碼圖鑒幫助功能。

4.2" 啟動階段

4.2.1" 確定創作主題

在這個環節，教師聯系生活實際，從多學科出發，發掘相關知識，合理運用多媒體工具，創設與項目關聯的真實情境，在問題情境中明確項目問題，激發學生對跨學科知識的興趣。明確問題后，教師適時引導學生分析項目中包含的編程貓編程知識和跨學科知識，解答學生存在的問題。

4.2.2" 制定項目計劃

學生在教師的引導下以小組為單位展開“頭腦風暴”，分享創意、提出想法和質疑，進行小組間的思維碰撞，使用計算機網絡和教師提供相關資料來佐證和支持提出的觀點。隨后各小組根據成員特長分配任務，記錄研究結果，制訂項目計劃。

4.3" 探究階段

4.3.1" 建構學科知識

根據啟動階段完成的項目計劃，在學生設計創作的過程中，教師用課前準備的教學資源，采用提問法、分解法等方法引導學生思考，適時為學生講解跨學科知識和編程貓指令使用規則，加深對知識的理解，形成新知識的建構。

4.3.2" 制作項目作品

依據組內方案，小組成員運用所學知識獨立制作作品，此時教師要針對不同學生的實際情況給予及時的指導幫助，如果學生對跨學科知識理解不夠深入時教師要進行再次講解，幫助學生運用跨學科知識解決問題，合理引導學生分析問題，提出作品設計疑問，為學生答疑解惑，盡量防止出現偏離教學目標的行為。在此環節中，當學生出現積木搭建困難時，教師要適時地進行編程邏輯梳理和代碼解析。

4.4" 評價階段

4.4.1" 成果展示點評

在成果創作過程中教師根據學生完成情況分階段進行成果匯報，利用多媒體工具——極域電子教室進行展示，教師在點貓學習平臺中選出某個學生出現的典型問題進行展示，學生向全班展示自己的成果，對遇到的困難、解決途徑及方法、學習到的知識等方面進行匯報交流，提出疑問，尋求全班同學及老師的共同幫助。其他學生傾聽他人分享成果，提出疑問與建議，幫助他人完善作品。為了能量化最終評價成果，教師可利用點貓平臺作品的自評、師評和互評功能開展作品打分，選出能代表小組最高分的作品進行表揚，提高學生的學習編程的認同感和積極性。

4.4.2" 課堂總結反思

教師指出學生在學習過程中的優缺點，用流程圖梳理項目中涉及的學科知識，請學生提問本堂課學到的知識，教師對學生的回答進行總結和提升，把實際問題轉化為抽象和原理性知識。

5" 行動研究

5.1" 學生編程能力現狀與需求分析

本次實驗的對象是柳州市A縣C中學的七年級某班學生。C中學位于A縣中心地區，鄰近A縣教育局，目前共54個教學班，是由A縣七個鄉鎮中學合并的一所公辦農村初中學校。實驗班有52名學生，其中男生19人，女生33人。通過調查發現該班大部分學生在小學信息技術課中沒有學過編程，只有少數學生在興趣班培訓時接觸過；大部分學生有小組合作學習經驗，但對STEAM不了解，能接受跨學科知識的學習，在學習過程中希望能有更多實踐操作機會，可以獨立、合作或模仿老師設計作品；在項目選擇上喜歡游戲和動畫類設計，該班學生思維活躍，但抽象思維能力較弱，需要具象知識輔助。

5.2" 學生創新思維現狀

在課程實施的始末，采用《威廉斯創造力傾向測量表》對學生進行前測和后測。此量表由威廉斯編制，林幸臺、王木榮等對其進行了修正改善，信、效度較好，是適合我國學生使用的量表[4]。量表包含冒險性、好奇心、想象力和挑戰性四個維度，共50道題，滿分150分，各維度分數之和即為創造力傾向分數，分數越高，說明創造力水平越高。學生前測創造力分數為106.73。

5.3" 第一輪教學實施

本輪設計項目為“神奇的花朵”，于2023年2月22日、23日和2023年3月9日三次課在柳州市A縣C中學的機房二開展。教學對象為該校初一某班全體學生，共計52人，4人一組，共分為13組。

兩輪行動研究都會進行課堂觀察，通過觀察了解實踐過程中的優缺點和需要改進的地方，在聽課表現方面，教師講解時，大多數學生可以做到認真聽講，但能聽懂的學生較少，學生還沒有養成信息課上做筆記的習慣，在老師的督促下認真查閱，記錄討論結果。在課堂互動的啟動階段，頭腦風暴不夠激烈，學生討論積極性不高，持續時間短，學生喜歡聽老師講，不愛思考，教師需要借助更多的教學手段鼓勵學習積極發言，如個人課堂表現加分，隨機點人加分。探究階段學生組長帶頭討論，個別組長開始積極問老師，課堂學習氣氛開始活絡，但部分小組學生遇到問題不知道求助的一般流程和方法，顯得比較忙亂，因此，教師還需培訓組長討論方法，幫學生梳理編程邏輯思路，確實能幫助學生理清思路，提高編程效率，但不利于學生對編程知識的主動建構；小組合作方面，教會學生除了請教老師還可以跨組進行學習和求助，組內的分工要明確，發揮每個小組成員的作用。評價階段學生羞于表達，需要教師鼓勵和指導，在進行小組作品展示時教師應該鼓勵和指導每個小組成員大膽發言，提高小組歸屬感。

5.4" 第二輪教學實施

第二輪行動研究實踐于2023年6月1日、7日和8日三次課在柳州市A縣C中學的機房二開展。教學對象與第一輪相同，本輪設計項目為“保護氫氣球”。

在聽課表現方面，教師講解時全班學生都可以做到認真聽講，教師巡堂發現，講一遍后仍沒有聽懂的學生會通過登錄點貓平臺查看老師下發的視頻和課件學習材料再次學習。在啟動階段，通過視頻激發學生學習興趣，在老師的追問下開展頭腦風暴，多個學生舉手回答問題，持續時間較長，為了鼓勵學生積極思考，教師根據學生的表現加分；跨學科知識學習方面，學生對密度和氫氣的抽取原理雖然不是很理解，但有些學生能通過生活經驗說出密度、浮力、質量等名詞的通俗表達，教師需要通過具象化方法幫助學生理解這些抽象概念。探究階段大部分組長都能帶頭討論，組員積極配合，還有跨組進行學習交流的情況，但有兩個小組出現少數學生游離狀態，需要教師督促和引導這部分學生參與討論學習；在小組上臺填寫半開放流程圖過程中，組員間展開積極的交流互動，充分體現了小組合作的優勢，發揮了每個小組成員的作用。評價階段學生已經開始大膽舉手表現了，在進行小組作品展示時會根據教師的引導先演示程序效果再說設計思路，最后匯報使用的代碼積木的方法及遇到的困難。

5.5" 教學流程修正

通過兩輪行動研究，筆者對探究階段的教學流程進行了修正。

5.5.1" 建構學科知識

在提出創作主題并明確問題后，教師適時引導學生分析項目中包含的跨學科知識，由于學生學科基礎較弱，物理、化學等學科還未開始學習，在提出問題后教師需要根據學生課堂上的學情反饋進行相關學科知識的講解，解答學生存在的問題，編程貓相關編程知識的學習放到項目制作環節。

5.5.2" 制作項目作品

1）編程知識講解。制訂計劃后學生對問題的解決會存在一定的困難，教師要做好引導工作，為學生從設定的情境中提取關鍵問題，特別提出該問題涉及的編程知識，適時地講授給學生聽，學生聽了編程知識講解后對解決項目問題有一定的啟發作用，加深對編程知識的理解，形成編程知識的建構。

2）學生繪制半開放式流程圖。第一輪行動研究的探究階段中原來教師幫學生梳理編程邏輯的方法不能加深學生對邏輯思路的理解，學生沒有參與感，因此，在第二輪行動研究中教師設計半開放式流程圖，總體思路由教師預先設計，關鍵執行過程由學生小組合作填空完成，該方法調動了小組合作學習的積極性，搞高了小組歸屬感，對編程邏輯更加清晰，有利于提高積木代碼搭建的成功率。

6" 基于STEAM教育理念的農村初中圖形化編程教學流程應用效果分析

6.1" 創造力傾向結果分析

編程貓教學課程結束后，采用《威廉斯創造力傾向測量表》進行后測，記錄實驗學生的數據，提供SPSS軟件對數據進行分析。

實驗班共52名學生，分別在實驗前后測試學生，其間隔時間近五個月，將收集到的數據用SPSS軟件對學生的冒險性、好奇性、想象力、挑戰性和總得分進行配對樣本t檢驗，如表1所示。

從表1可知：實驗前和實驗后之間呈現出0.05水平的顯著性（t=-2.143，P=0.037），具體對比差異可知，實驗前的平均值（106.73），會明顯低于實驗后的平均值（112.69）。因此，可以推斷學生的創造力傾向在STEAM融入編程貓教學前后存在差異，即STEAM教育理念有助學生創造力傾向的提升。

從表2可以看出：總共4組配對數據，其中有2組配對數據會呈現出差異性（P＜0.05）。冒險前和冒險后之間呈現出0.01水平的顯著性（t=-2.784，P=0.008）。想象前和想象后之間呈現出0.05水平的顯著性（t=-2.354，P=0.022）。好奇性P＝

0.056稍大于顯著性水平，好奇性沒有得到明顯的提升，挑戰性P＝0.572遠大于顯著性水平，挑戰性未得到提升。說明經過5個月的跨學科融合學習，學生在冒險性和想象力上有顯著性提高，而好奇性和挑戰性未得到很好的發展。

綜上所述，通過對實驗前后學生創造力傾向測試數據分析，基于STEAM的農村初中編程貓編程教學對學生的創造力傾向有一定的提升。可能由于農村學生學科基礎普遍薄弱，而信息教師在講授跨學科知識時不夠專業，不能最大化激發學生的學習興趣，以致最終學生有畏難情緒不敢挑戰編程項目制作，這是今后需要改進的地方。

6.2" 學生對圖形化編程教學反饋分析

實驗完成后，為進一步驗證教學效果，得到學生的學習反饋，依據本文研究內容和李克特量表設計了問卷，對實驗學生進行了調查和數據分析。通過使用SPSS對此量表進行信度分析，得到信度系數值為0.939＞0.9，說明研究數據信度質量很高。

此次調查問卷根據李克特量表的“五點選項”設計，因此，評分方法也依李克特量表“五點記分法”。問卷選項共5個等級：“A非常認可、B比較認可、 C一般、D不認可、E非常不認可”，選擇A、B、C、D、E分別得5分、4分、3 分、2分、1分，分數越高，對此教學流程的認可度越高；認可度越高，分數越高。

從表3可以看出，四道題目得分為4分左右，說明大部分學生喜歡上編程貓編程，且比較認可編程貓課程給學生信息技術學習提供新的學習方式，但編程貓教學在提高學習興趣和激發學生創作靈感方面還需要努力。

從表4可以看出，學生對編程貓的項目選取的接受情況的平均分在3.8分左右，說明學習的項目難度大部學生能夠接受，但仍有少部分學生較難接受，學生邏輯分析能力有待提高。

從表5可以看出，學生在與同伴分享、交流方面不太理想，平均分在3.5分左右，大部分學生還是愿意分享，少數學生不愿交流問題和分享成果。可能由于學生對于全新的上課方式不太適應，不習慣小組合作的分享和交流，但互動交流有利于個人表達和溝通能力的培養，思維和想法的輸出才能最大化小組合作學習的效果。

從表6可以看出，與其他學科融合學習編程貓編程，“有利于我的創新思維的培養”平均分大于4分。說明STEAM融入編程貓編程教學中有助于學生創新思維能力的培養，幫助學生發散思維，從多角度思考問題，尋找多種解決辦法，搭建有意思和個性的程序。其他三個題目均在3.8分左右，跨學科融合學習，不僅能學習編程貓基礎操作技能，也能學到相應的學科知識，培養學生的跨學科知識運用能力對于發展學生創新思維是非常有必要的。

6.3" 編程能力實操前測作品分析

實驗開始前，讓實驗班學生獨立設計一個小程序，教師課堂巡視，觀察學生的制作情況發現：大部分學生不知道如何打開源碼編程器；少數學生可以使用移動、重復執行和碰到邊緣反彈積木塊，讓角色在舞臺上無規律地移動，缺乏多樣性，如圖1、圖2所示。

6.4" 編程能力實操后測作品分析

在本課程中通過小組的合作分析設計出“紫荊花的結構”學習小程序，如圖3所示，神奇的花朵繪制游戲、保護氫氣球游戲，如圖4所示，等較為優秀的作品，從這些作品可以看出學生能夠運用跨學科知識來解決實際問題，敢于嘗試多種解決辦法，創作的作品有豐富的想象力，充分體現了基于STEAM教育理念的農村初中圖形化編程教學實踐的開展是有效的，它有助于學生創新思維、跨學科知識運用能力、合作能力及解決問題的能力的提高。

綜上所述，通過《威廉斯創造力傾向測量表》和學生作品的前后對比，可以看出：

１）將STEAM教育理念融入圖形化編程教學，學生的創造力在實驗前后具有一定的顯著性差異；

２）學生喜歡編程貓編程教學，STEAM教育理念的融入，學生的合作意識、創新思維、跨學科知識運用能力、邏輯思維能力都有一定程度的提高；

3）經過一個學期的編程貓編程學習，學生能夠設計出更美觀、有趣、科學的程序項目，學生的計算思維能力和編程能力得到了提高。

7" 結束語

本研究是對農村初中學校圖形化編程教學的一次新的探索，對于廣西邊遠地區的編程教育有一定的參考價值，開發的跨學科項目設計可遷移到同類學校。今后的研究希望能擴大研究樣本，進一步完善教學流程，設計更豐富的符合新課標以及學生感興趣的精彩跨學科案例，為廣西初中編程教育作出貢獻。

8" 參考文獻

[1]教育部關于印發義務教育課程方案和課程標準（2022年版）的通知[A/OL].（2022-04-08）[2023-02-08]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/202204/t20220420_619921.html．

[2]何克抗，李曉慶.信息化教學創新理論和實踐服務鄉村教師跨越式教學：專訪北京師范大學何克抗教授[J].教師教育學報，2021，8（1）：1-7.

[3]袁磊，鄭開玲，張志.STEAM教育：問題與思考[J].開放教育研究，2020，26（3）：51-57，90.

[4]梁明珠.基于STEAM教育理念的初中圖形化編程教學模式實踐研究[D].重慶：西南大學，2023.

作者簡介：黃韻，中學一級教師。