STEAM教育理念实践谈

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。