信息技术支持下的中小学STEAM 教学活动的实施与评价

2020-07-29张晓娜

通化师范学院学报 2020年8期

王淼，张晓娜，赵莹

STEAM 教育由美国学者格雷特·亚克门教授和她的团队在原有STEM 教育基础上提出，在原来的S（科学）、T（技术）、E（工程）、M（数学）基础上添加了A（艺术）.格雷特·亚克门教授指出，“STEAM 教育支持学生以学科整合的方式认识世界，以综合创新的形式改造世界，培养他们解决问题的创新能力”［1］.STEAM 教育引起了世界各国的重视，已经在各个发达国家进行了有效尝试与开展.我国从2014 年开始引进STEAM 教育理念，STEAM教育的实施尚处于起步与探索尝试阶段，需要我们不断地进行深入的分析、改进与完善，以使STEAM 教育在创新教学与培养学生核心素养的过程中发挥积极作用.

1 中小学STEAM 课程的分类

我们把STEAM 课程分为基础学科课程、思维训练课程与实践项目课程三个类别（图1）.学科基础课程与思维训练课程开设的目的就是为实践项目课程打基础，学科基础课程帮助学生获取实践项目课程所需要的基础知识，建立学科基础知识与实际问题之间的联系；思维训练课程则是帮助学生形成解决问题与创新能力所必需的思维.实践项目课程的目的也是STEAM 教育的最终目的，即提升学生的能力、掌握解决问题的方法、形成综合创新能力.实践项目中又包含产品制作类项目、创意产品类项目与PBL 探究式项目等.不同类别的课程在教学活动中具有不同的实施方法与评价方法［2］.

图1 中小学STEAM 课程体系

2 信息技术在中小学STEAM 教学实施与评价中的作用

2.1 形成跨学科综合学习资料库

中小学STEAM 的基础课程主要包括科学、技术、工程、数学、艺术五个方面，五个学科的教学内容之间具有一定的独立性与相互关联性.信息技术不但能为各科课程提供优质的数字化学习资源，同时，借助数据库相关技术，STEAM 的各科课程能够突破单科传统知识结构的限制，五个学科内容能够有效地串联起来，根据相关知识点之间的逻辑关系组成跨学科的知识地图，形成综合学科知识库.

2.2 促进学生创新思维与能力的培养

信息技术能够帮助学生实现以学习者为中心的学习方式，借助信息技术的支持，学生可以进行充分的在线预习、在线交流合作、在线测验等自主学习活动，能够有效安排自身的学习活动，改变学生被动接受知识的传统课堂教学模式.同时，虚拟现实技术能够帮助学生更好体验作品的特征，对自身的创意进行模拟与演练，帮助学生产生灵感、生成作品的创意，促进学生创新思维与能力的培养.

2.3 增加学习与评价过程的感知性

信息技术数字化学习平台能够对学生自主学习的内容、学习时间、交流互动与学习表现进行详细地记录，收录学生的创意作品，记录学生的课堂过程性评价表现.利用数据计算技术能够自动生成学生的学习成绩与学习特征，使学生的学习与评价过程具有较强的自动性与感知性，提高评价的效率，使学习与教学更具有针对性.

3 信息技术支持下的STEAM 学科基础课程的教学实施与评价方案

3.1 STEAM 学科基础课程的教学实施方案

STEAM 学科基础课程主要包括科学、技术、工程、数学、艺术五个方面，内容涉及到这五个方面相对应学科的基础知识.在STEAM教学理念下，学科基础课程的目的不是单纯的学科基础知识的传授，而更注重学生学习基础知识过程中的自主学习能力、合作学习能力的提升，以及学生应用理论知识分析问题与解决问题的能力提升，为后续实践项目课程的进行打下良好的基础.

借助信息技术支持，在学科基础课程的教学方式上，改变传统、单一的教师讲授、学生被动接受的方式，采取学生课前预习，课堂教学中引导学生输出预习成果、共同分析与提高、课后升华与内化的教学思路.通过课前自主预习与小组合作预习，培养学生的自主学习能力与小组合作学习能力，通过课堂中的预习成果输出、应用理论知识分析解决问题、相互评价等活动，培养学生应用、分析与评价三个层次的能力.通过布置课后任务来进一步强化学科知识与实际问题的联系，使学生形成较强的利用学科知识解决问题的意识，以及后续实践项目课程所需要的思维与能力.具体教学过程如图2 所示.

图2 中小学STEAM 学科基础课程的教学过程

我们以小学三年级下半学期的数学教学内容“认识小数”为例，来说明学科基础课程的实施过程.

（1）课前预习.课前，教师在课程平台上上传预习材料，布置自主在线学习任务与小组合作学习任务.要求学生自主在线预习什么是小数，明确小数与整数的不同之处.小组合作预习小数存在的意义，要求每个小组能够列举三个实例来说明小数在实际生活中的作用.

（2）课中分析与提高.第一，预习测验与成果分享.在课堂教学的开始，教师组织学生在线完成关于认识小数的测试题，考查学生对基础知识的掌握情况.接下来，学生分享自主预习与小组合作预习的成果.每个学习小组选出一名同学分享小数的概念、小数与整数的不同之处，再选出一名代表分享小组合作预习成果，列举三个实例说明小数在实际生活中的作用.最后，教师组织全班学生对发言学生的表现与观点进行分析，引导学生互相评价.

第二，实际问题的解决.教师以实际问题“逛超市”作为切入点，要求每个学习小组用100 元钱购买用于郊游的物品，购买数量不少于5 件，不多于7 件，在这个过程中巩固学生对小数的认识与理解，使学生能够在实际问题的要求下进行小数的加减运算，提升学生应用理论知识解决实际问题的能力.任务完成后，每个小组派代表展示购买结果，描述思考与计算过程，教师引导学生对各小组的表现进行分析与评价.

第三，课堂总结与课后任务布置.引导学生进行课堂总结，梳理学习收获，根据学生互相评价的结果，选出本节课的最佳表现个人与最佳学习小组.然后布置课后任务，计算最近一个星期你的家庭支出总额，并把支出划分为至少三个类别，列举每个类别消费品的名称、价格与数量，计算出每个类别的支出金额.用PPT 中的图表展现计算结果，并评价这样的支出是否合理，对下一个星期的家庭支出提出建议.

（3）课后升华与内化.通过完成课后任务，进一步巩固小数的概念与其在生活中的作用，对小数进行加减法运算.强化小数与实际生活的联系，进一步提升学生利用基础知识解决实际问题的意识与能力.

表1 中小学STEAM 学科基础课程的评价方案

3.2 STEAM 学科基础课程的评价方案

学科基础课程主要采用过程性与终结性评价相结合的方式，两者各占总成绩的50%，全面考查学生对基础知识的掌握、应用、分析与评价能力.过程性评价主要依据学生的预习测验、课堂发言与表现、课后任务的完成与提交等来进行，终结性评价由学生的期末考试成绩决定，期末考试主要采用闭卷笔答的传统方式，STEAM 学科基础课程的评价方案如表1 所示.

4 信息技术支持下的STEAM 思维训练课程的教学实施与评价方案

4.1 STEAM 思维训练课程的教学实施方案

STEAM 思维训练课程的目的是为了培养学生的思维方式，包括形象思维训练、演绎与归纳思维训练、联想思维训练、逆向思维训练、移植思维训练、聚合思维训练、发散思维训练、目标思维训练、系统思维训练等.在实施过程中，主要是促进学生从不同角度分析问题，在讨论中互相学习，开辟思考与解决问题的新视角.主要教学过程包括展示问题实例、描述思维过程、课堂分析与讨论、巩固迁移等几个环节，详见图3.我们以针对五年级学生的逆向思维训练为例，说明思维训练课程的教学过程.

图3 中小学STEAM 思维训练课程的教学过程

（1）展示问题实例.教师向学生展示经典逆向思维案例：吸尘器的发明原理，相对于日常人们把灰尘吹走进行除尘的方法，吸尘器的发明者布斯用“吸”的方式进行了逆向思考.

（2）描述思维过程.在展示了吸尘器发明的实例后，教师引导学生思考发明者布斯的思考角度与解决的关键问题，描述布斯的逆向思维过程.

（3）课堂分析与讨论.各个学习小组分析讨论逆向思维过程在实际问题的解决方面发挥哪些作用、如何发挥作用.小组将讨论与思考的结果向班级同学展示，教师与班级同学共同分析每个小组所描绘的逆向思维过程与应用方法，找到其中的优点与不足，互相借鉴，取长补短.

（4）巩固迁移.教师通过若干需要利用逆向思维解决的问题实例对学生进行训练，要求学生独立完成，促进学生对逆向思维方法的理解与使用，内化逆向思维方式.

4.2 STEAM 思维训练课程的评价方案

STEAM 思维训练课程采用过程性评价与总结性评价相结合的方式，主要考查学生在日常课堂学习过程中的思维表现与创新性思维的最终达成度.过程性评价的主要内容包括个人在小组中的贡献、小组合作表现、个人实例训练的完成情况，各部分表现均占一定的权重，如表2 所示.终结性评价在期末进行，采用闭卷笔答的方式，试卷由若干考查学生思维的问题组成，要求学生独立描述思考的过程，给出解决问题的方法.

表2 中小学STEAM 思维训练课程的评价方案

5 信息技术支持下的STEAM 实践项目课程的教学实施与评价方案

STEAM 实践项目课程主要是综合运用各学科基础知识与技能，通常以主题活动的开展、实际问题的解决、产品的制作与设计为线索开展教学活动.目前，在实践项目课程方面，校外培训机构的课程相对来说比较成熟，为校内课程的设置与实施提供了较强的参考与借鉴.例如，北京昊科教育开发的STEAM 实践项目课程主要包括“机械与设计”“产品与设计”“能源与环境”“媒体与艺术”“电子与信息”“工程与建筑”“交通与运输”7 个大单元主题，240 余个课程主题，满足了 8～14 岁各学段学生的不同需要.

我们主要把实践项目课程分为产品制作类项目、创意产品类项目、PBL 探究式项目等不同类别.例如，针对小学六年级学生环保主题课程中的“污水净水器的制作与改进”一课分为产品制作与创客产品设计两个不同课程类别.根据净水器的原理制作一个具备基本功能的净水器属于产品制作类项目，而在基础净水器的基础上进行改进与提高则属于创意产品类项目，两个项目分两次课进行.下面我们以“污水净水器的制作与改进”为例分析这两类课程的实施过程与评价方法.

5.1 产品制作类项目的教学实施与评价方案

产品制作类项目的教学实施过程可分为展示产品实例、分析产品的制作过程、学生独立制作、作品展示与学习评价等几个环节，详见图4.

图4 中小学STEAM 产品制作类课程的教学过程

（1）展示产品实例.教师展示一个具备基本净水功能的净水器，现场演示净水器的工作状态与功能.

（2）分析产品的制作过程.教师引导学生分析净水器的工作原理与制作过程，掌握净水器的制作要点与操作步骤，明确产品制作需要的材料、工具与技能.

（3）学生独立制作.教师提供课前准备好的制作材料与工具，要求学生在规定的时间内独立制作出具备基本功能的简易净水器.

（4）作品展示.学生向全班同学展示制作的产品，说明个人制作净水器的思路与方法，分享制作经验与学习心得，总结学习过程与学习收获.

（5）学习评价.评价的对象为学生个人，内容包括学生的制作思路与方法、个人产品的完成质量、对他人的帮助与启发等，详见表3.评价由教师、班级同学与小组成员共同评价.

表3 中小学STEAM 产品制作类课程的评价方案

5.2 创意产品类项目的教学实施与评价方案

相对于污水净水器的制作，对制作的净水器进行改进与提高就属于创意产品类项目.创意设计类项目要求小组合作完成，在设计方向上没有固定的要求与限制，每个学习小组可以根据成员的理解，从不同的角度来改进已有的污水净水器，设计与制作创意净水器.创意产品类项目课程的教学实施过程可分为作品实例展示与分析、小组头脑风暴、小组合作创新、创新作品展示与学习评价等环节，详见图5 所示.

图5 中小学STEAM 创意产品类项目课程的教学过程

（1）作品实例展示与分析.教师向学生展示一个改造后的净水器实例，引导学生对实例作品的创意进行分析，找出其创新的思路与实施方法.教师根据实例向学生布置创意与创新任务，要求以小组为单位完成改进净水器的任务，设计与制作具有个性特征的创意净水器.

（2）小组头脑风暴.以小组为单位进行头脑风暴，分析已有净水器存在的不足，并从不同角度进行改进与提高.组员间彼此交换意见，进行想法与创意的交流、碰撞，形成净水器的改进方案.这个过程主要是锻炼学生的创新思维与沟通合作能力.

（3）小组合作创新.将上一阶段形成的改进创新方案付诸行动，小组按照方案合作制作改进后的创意净水器，在这个过程中根据组员的特点进行合理地分工协作.在创新的过程中，不断发现新的问题并及时解决，进而提升学生的创新实践能力.

（4）创新作品展示.小组向班级同学展示组员共同完成的创意净水器，分享与总结在创新过程中的经验与学习收获.

（5）学习评价.学生的成绩由小组成绩与学生个人表现两部分构成.小组成绩由教师、小组成员和班级同学共同评价，而学生个人表现由小组成员给予评价.

5.3 PBL 探究式项目的教学实施与评价方案

产品制作类项目与创意产品类项目是以产品为教学活动中心，而PBL（Problem-Based Learning）探究式项目教学是以实际问题的解决为中心，教师提供适当的情境引导学生分析问题、合作探究，最终解决问题.PBL 探究式项目的教学实施过程可分为提出问题、分解问题、小组合作探究、方案的展示与总结、学习评价等环节［3］，详见图6.PBL 探究式教学是以真实问题为导向的教学方式，因此，合适的问题是PBL 探究式项目能够成功的关键.我们以山东大学实验学校四年级STEAM 课程中的生态环保（垃圾回收）主题为例，设计PBL探究式项目教学的实施过程.

表4 中小学STEAM 创意产品类课程的评价方案

表5 中小学STEAM PBL 探究式项目课程的评价方案

图6 中小学STEAM PBL 探究式项目课程的教学过程

（1）提出问题.首先，教师列举与学生实际生活息息相关的环境污染现象，使学生意识到保护环境的重要性.然后提出问题：如何进行垃圾的回收更有利于生态环保？这个问题与学生的日常生活联系紧密，能够有效调动学生的探究兴趣.

（2）分解问题.教师与学生共同分析问题，教师引导学生将问题分解为若干个小问题，如：什么是可持续的？可持续的重要意义是什么？我们如何对垃圾进行处理才能使垃圾做到最大程度地可持续利用？教师通过这些问题为学生搭建思考问题的脚手架，将学生对问题的理解层层深入，最后找到解决问题的关键要素.

（3）小组合作探究.教师组织学生以小组为单位进行沟通交流、合作探究，每个小组针对垃圾分类与处理等问题制定实施方案.

（4）方案的展示与总结.小组向全班同学展示实施方案，描述小组的思考过程、实施过程中可能遇到的问题和相应解决对策，对整个探究过程进行总结与经验分享.

（5）学习评价.评价主要采用过程性评价方式，详见表5.评价主体多元化，涉及到教师、小组成员、班级同学与学生本人，不同主体共同进行评价，主要考查学生的思维过程与思维特点.评价结果主要体现为两个方面：学习小组整体成绩与学生个人成绩，二者各占学生总成绩的50%.学习小组的整体成绩由教师和班级同学共同评价，而学生个人成绩主要由小组成员与学生本人进行评价.