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STEAM教育理念实践谈

2021-08-24彭志强

发明与创新·中学生 2021年7期
关键词:收件编程理念

彭志强

随着人工智能时代的来临,编程教育成为大家关注的焦点,并受到国家层面的重视。2019年3月,教育部公布了《2019年教育信息化和网络安全工作要点》,要求中小学逐步推广编程教育。

一、STEAM教育理念

STEAM教育理念(如图1)最早是美国政府提出的教育倡议,为加强美国K-12(一种从幼儿园到十二年级的教育学制)关于科学、技术、工程、艺术以及数学的教育,强调可行性、整合性。

我们知道,任何事情的成功都不可能依靠某一种能力就可以实现。比如在电子手表的制作过程中,不但需要运用科技手段创新产品的功能,还需要设计合理、精致的外观,即艺术等方面的综合技能,才可以将其生产制作出来,因此单一技能的运用已经无法支撑未来人才的发展。STEAM课程为培养未来综合型人才提供了方向和途径。

二、中小学编程教育是STEAM教育理念的有效载体

STEAM教育理念与中小学编程教育有什么联系?可从以下几点进行分析探讨。

(一)中小学编程教育包含STEAM教育理念中的“S”:编程教育教给孩子的并不只是编程知识,更多的是思考及解决问题的科学性。凡是科学都具有客观规律性、系统性和实践指导性等特点,编程是体现计算机科学的重要方面之一。

(二)中小学编程教育包含STEAM教育理念中的“T”:编程需要掌握的编程语言、编程软件、编程工具等都包含技术性,其本身就是一门技术。

(三)中小学编程教育包含STEAM教育理念中的“E”:编程以项目制学习方式进行,编程的过程就像在完成一个项目,这个过程需要团队协作,共同达成目标。

(四)中小学编程教育包含STEAM教育理念中的“A”:编程大多以游戏为表现形式,游戏画面的视觉效果就包含了艺术。学生能在编程过程中锻炼其艺术创造力。

(五)中小学编程教育包含STEAM教育理念中的“M”:编程最重要的部分就是算法,而算法需要扎实的数学根基。

三、STEAM教育理念下的中小学编程教学流程

运用中小学编程知识,完成编程项目开发,其开发过程一般可以分为项目分析—界面设计—算法设计—代码编写—调试发布。在编程项目开发的每一个步骤中都涉及了多学科知识要点,如界面设计涉及美术知识、算法设计涉及数学知识等。在编程教学的过程中,我们会因项目的需求融入不同学科的知识要素,通过对项目进行分析,并对学科知识进行综合应用,不断创新设计创作,以此实现项目所需功能。

秦德增、秦瑾若两位学者曾提出“核心素养视角下的 STEAM跨学科融合框架”。该框架包括“A确定核心素养→B选择具体学科→C设计主要问题→D着手解决问题→E开展评价反馈”共五个层层递进、互相渗透的教学阶段。以该框架为指导,依据编程项目开发流程,经过教学实践,我设计出中小学编程教学流程,如图2所示。

下面我以我校STEAM校本课程中的编程教学项目《快递助手》为例,阐述具体的教学过程。

(一)确定项目内容

在平时的教学过程中,注重培养学生观察、记录的习惯,并与学生进行沟通,从学生的反馈中了解其在真实生活情景中遇到的问题,确定项目内容。

例如,在“双十一”“双十二”等网络购物节期间,由于太多人网购,快递公司的派件压力很大,学生家中的快递无法正常收取,学生希望能帮助快递员更高效地完成配送任务。基于从解决实际问题出发的原则,我选择开展以“制作一个解决快递派送时效的小工具”为项目的编程教学。

(二)分析项目,确定融合学科

通过上网查询,了解相关研究的现状,从中探寻课题研究的重点、难点和创新点。根据项目的内容,分析问题,将项目分为前期调研、查阅文献资料、设计编程模型、实现设计方案四个部分。根据这四部分内容寻找学科间的知识关联,分析得到主要融合的学科是综合实践、语文、数学、信息技术,主要涉及调查、数据分析、归纳总结、信息技术编程等综合能力。

(三)明确项目教学目标

《快递助手》编程教学项目的目标如下。

1.知识与技能

(1)了解、掌握解决问题的基本步骤与方法。

(2)懂得用创造性的方式解决生活中遇到的困难。

(3)掌握编程知识中列表及函数的运用。

2.过程与方法

(1)能针对问题,通过查阅资料、观察等方法收集资料或证据。

(2)能尊重事实,在汇总资料的基础上提出合理的解决方案并与他人分享。

(3)能倾听和尊重不同的观点、评议,反思和改进自己的方案,并将探究过程中学到的知识运用于新的情境中。

3.情感态度与价值观

(1)用学过的知识解决生活中的问题,提升生活品质。

(2)了解项目成品的应用场景,激发改进热情。

(3)愿意与他人合作及交流,具备团队合作意识。

(四)项目开展准备

本项目教学准备:学生调研表、调研场所的安排,项目内容涉及的学科教学课件等。

(五)实施项目教学

1.前期实地调研。

(1)利用综合实践活动课,讲解调查的相关知识。

(2)到快递站点进行实地调研。

(3)汇总调研资料并分析。

2.结合调研报告,查阅文献资料,讨论分析,确定项目解决方案。

学生通过分析发现:派送过程中耗时最多的环节一是分区配货上车,二是送货上门,这也是可以进一步优化效率的两个方面。

3.根据解决方案,设计功能需求并绘制流程图。

快递程序助手包含三个功能模块:分拣、派件、收件。

分拣模块主要采用遍历算法,对区域快件总数进行统计,当快递员重新录入新快件数据时,可以实时更新快件总数。

派件模块主要采用遍历算法及广播模块功能,实现提前发送短信告知收件者,减少派送的时间。

收件模块主要采用无人机模拟收件,当点击收件按钮时,触发无人机收件程序,无人机飞到指定地点进行收件。

4.进行编程学习,实现项目需求。

(六)项目的评价与反馈

項目的分享既是必要的环节,又是最精彩的环节,更是学生学习和创新的强劲动力。通过编程项目成果展示,结合项目设计能力评估表、创造与创新能力评估表、批判性思维能力评估表、项目终结性评价量表,对参与项目的学生进行评价及反馈,主要分为未达标、有待改进、达标、优秀四个等级。教师根据学生项目实际完成情况给予相应的总结及评语,评价依据主要来源于学生对该编程项目的STEAM知识能力结构的学习掌握程度。

以教师和学生为对象,进行教学效果问卷调查与访谈,明确在教育过程中可能存在的问题,为后续研究提供数据支持。

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