基于STEAM理念的信息技术5E教学模式设计

薛胜兰，郑耿忠

（韩山师范学院，广东 潮州 521041）

STEAM教育进入课堂已成为热门的研究课题，培养学生跨学科综合能力和创意创新能力已经成为学校教育的重要任务.STEAM 是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）、数学（Mathematics）的简称，旨在将多学科进行交叉融合，以培养学生具备各学科的基础知识能力和综合运用能力，以适应未来科技发展的需求［1］.在中小学信息技术课程中融入STEAM教育，使其成为一门多学科融合的综合性课程，有助于提升学生的动手实践能力及创新能力，激发学习兴趣.

5E 教学模式是基于建构主义理论的一种探究式教学模式，由美国生物学课程研究会（BSCS）在Atkin-Karplus 学习环的基础上提出，包含参与（Engage）、探究（Explore）、解释（Explain）、精致（Elaborate）和评价（Evaluate）五个环节［2］.在这五个环节中可以充分体现课堂中以学生为主体，培养学生自主动手探究问题、解决问题的能力，使其养成发现问题、积极主动思考的习惯，改革传统课堂教学中存在的问题，在课堂上，强调学生主体、教师主导，引导学生应用已掌握的知识对新知识进行探究，并适时指导学生，给予恰当的帮助，而这些理念都与STEAM 教育理念相吻合，所以5E 教学模式应用于信息技术课堂教学是可行的.本文利用STEAM 教育理念构建基于5E 探究的中小学信息技术课程的教学模式，在课堂上进行应用实践.

1 5E探究式教学模式设计

1.1 教学模式

基于STEAM 教育理念，以5E探究式教学模式为导向，构建基于STEAM 教育理念的信息技术课程教学模式，如图1所示.

图1 5E教学模式

1.2 教学环节

5E探究式教学模式共有5个教学环节，分别是：参与、探究、解释、精致和评价.

①参与环节（Engage）：该环节又称为“引入”，通过这个环节让学生对STEAM教育理念中的情境性有一个初步的认识.在课堂上，教师首先对学习情境进行创设，并以问题为导向，为学生提供有意义的学习活动、生活实例等，以此来吸引学生的注意力、激发学生学习的兴趣和探究的欲望.

②探究环节（Explore）：该环节是5E 教学模式的关键环节.在探究这一环节中，课堂上是以学生为主体、教师为主导进行的.学生作为该环节的主体，要针对特定的内容进行探究活动，以小组协作的方式，进行仔细观察、小组探究，在探究过程中要敢于提出质疑，最后运用多学科知识共同解决问题.在这个过程中锻炼学生的协作沟通能力，使他们形成创新意识和探究思维，加强对事物概念的理解.而教师作为该环节的主导，在学生进行探究活动的过程中运用STEAM 理念进行指导，在学生需要帮助的时候适时进行引导启发，以此提高学生学习的效率和效果.

③解释环节（Explain）：该环节是学生对新事物新概念生成的环节，学生在小组进行协作沟通、探究和跨学科知识整合理解后，向其他小组成员和教师展示小组的探究结果，培养一定的问题解决能力.由于学生之间存在着一定的差异，使得不同小组的成果展示具有多样化和个性化.需要教师运用科学的解释、术语或概念进行补充修正，在此过程中深入践行STEAM 教育理念，也为下一环节做好铺垫.

④精致环节（Elaboration）：该环节重点将目标放在学生跨学科知识的迁移能力上，教师再次引导启发学生将新旧知识进行融合，为学生提供时间和空间，让他们尝试运用不同的方法解决问题，小组之间参与讨论交流、总结归纳以加强自己小组对新概念的理解，从而达到持续精致新事物和概念的过程，促进STEAM 跨学科知识迁移和应用.教师需要根据学生的学习情况再发布一个类似的新项目或任务让学生以小组协作的形式进行探究学习，最后能够解决问题，以此引导学生不断内化新知识，不断培养学生综合能力和核心素养.

⑤评价环节（Evaluate）：该环节贯穿整个教学过程，评价的形式具有多样性，包括教师评价、学生自评和小组互评等.评价的方法有过程性评价，就是在教学过程中，教师通过提问学生、观察学生探究过程中的表现对学生进行评价；也有总结性评价，就是在最后小组汇报结果时，进行小组互评或学生自评；还有特别要注意的是发展性评价，教师不能局限于利用学生当下的表现对学生进行固定的评价，还可以利用档案袋的方式，不断发现学生的创新能力和科学探究精神的变化，以发展的眼光看待每一位学生.

1.3 教学结果

在每一个教学环节中分别有一个教学结果，分别是“引入STEAM 理念、结合STEAM 理念、深入STEAM理念、拓展STEAM理念和新旧STEAM理念知识结合”［3］.

①在第一个环节“参与”中，教师先对要学习的内容进行情境导入，以此来提高学生学习的兴趣和探究的欲望，从而实现引入STEAM理念的教学结果.

②在第二个环节“探究”中，通过教学活动进行多门学科共同解决问题，在教学中以学生为主体、教师为主导，这些都是结合STEAM 理念进行的，从而在教学活动中体现出结合STEAM 理念进行探究活动.

③在第三个环节“解释”中，学生通过协作沟通、探究，进行跨学科知识整合，展示结果，这一环节的教学活动体现对STEAM理念的深入应用.

④在第四个环节“精致”中，在教师的引导下，学生的知识迁移和逻辑思维能力得到锻炼，综合素质得到提高，实现将知识和技能应用到实际生活中的教学目标.

⑤在最后一个环节“评价”中，评价的形式多种多样，例如在探究中学生对自己的进步和所学的知识进行自我评价；小组成员在合作过程中的表现进行组内互评或组间评价；教师在学生进行探究的过程中进行观察，看学生是否用新概念和新技能进行问题解决，以及评价学生知识和技能掌握的情况等.这个环节是贯穿整个活动的，通过评价，可以让教师或学生自己对概念掌握情况进行了解，一旦对探究得出的概念心存疑惑，进而继续探究，最终得出新的概念.在重新进行探究的过程中，学生会利用新旧概念进行整合，最后得出结果.

2 5E探究式教学案例——以“智能风扇”为例

采用5E 探究式教学模式，在初中信息技术课程中进行实践，开展基于STEAM 教育理念的信息技术课程教学探索.本案例是九年级第三章第一节的内容，综合利用人工智能相关知识来解决生活中的实际问题，5E探究和STEAM教育理念相融合，组合多种传感器来制作智能风扇.

2.1 学情分析

本案例实施对象是初中学生，有较强的求知欲和好奇心，但动手实践能力、主动意识和创造力等方面较薄弱.在前两章的学习中，学生已经初步认识了人工智能，对温度、超声波等传感器有一定的了解，通过项目化学习方式，探究组合应用不同类型传感器［4］设计制作简单智能风扇.

2.2 学习目标

①信息意识培养：使学生学会传感器的参数检测方法，培养学生的信息意识，使其能够根据解决问题的需要，自觉主动地寻求恰当的方式获取信息与处理信息.

②计算思维培养：学生根据项目设计，学会分析问题，解决项目进行过程中出现的实际问题，根据风扇的搭建，设计流程图，编写机器人程序，培养自己的计算思维.

③数字化学习与创新培养：学生学会组合两个或多个功能传感器，设计针对不同需求、具有新功能、新设计的智能风扇，培养自己的组合创新能力.

④社会责任感培养：学生通过简单智能作品的设计，体验智能控制的方便与奇妙，增强学习人工智能的兴趣，在对作品不断优化中培养挑战困难的勇气和开拓创新精神，养成严谨务实、协作共享的做事态度.教学重点是传感器的应用，创新设计并制作智能风扇［5］；难点是传感器的组合应用和对所编写程序进行检测和优化.

2.3 教学过程

本研究以《智能风扇》一课为例，运用5E 探究式教学方法实施课堂教学，整个过程共有五个教学环节，各个环节之间逐层递进，促使学生在探究活动中表现出个性化、多样性的学习结果，使他们的认知思维不断从横向、纵向发散延伸，从而实现对知识的构建、加工、生成和迁移，共同推动创造性思维从低阶向高阶的演进，如表1所示.

表1 《智能风扇》教学过程

环节 教学活动 学生活动 设计意图 STEAM分析四、精致环节：精细指导、知识迁移①组织各小组进行作品汇报，教师进行精细化的指导和修正.并引导学生进行思考，回顾探究任务过程中用到的知识可以运用到生活中的哪些方面［6］.教师再次引导，并和学生一起总结在生活中能用到该知识点的场景.②教师对各小组的作品进行精细指导.并提出此项目的新问题：如果无论气温高低，只要有人风扇就转，如何解决？引出下一节相似的内容：温度的检测与控制（实现温度检测和根据温度自动调节风速，使风扇更加智能化），实现知识的内化和迁移.各小组成员根据教师的纠正或补充，对作品进一步完善.学生总结本课内容在生活中的应用，以及对其它学科的帮助，完成知识迁移.本节拓展STEAM理念，在掌握单传感、单变量的基础上，进一步引入多传感、多变量内容，增加学习的难度，巩固拓展多学科知识.五、评价环节：生生互评、师生互评①教师组织各小组演示智能风扇，各组之间进行自评和互评.②教师在评价过程中不仅要关注学生作品的创新创意、技术功能和分享表达等方面的情况，而且要重视学生在这个过程中是否有所收获，以及能否将作品制作的过程讲述给他人，不能够只注重作品的完成情况.同学们积极互评，发现其他作品的优缺点、也接受别人的意见建议.重视评价方式的多样化，通过观察评价他人的作品，更加客观地审视知识的应用，也认识自身的优点和不足.本节综合应用STEAM 理念，培养同学们的科学意识、技术能力、工程思维、艺术审美、数学能力等核心素养.

3 结语

教学活动结束后，与学生开展课堂教学交流反馈，几乎所有的学生都表示喜欢这种教学模式，超过80%的学生认为自己的动手实践能力、协作能力和问题解决的能力有了较大的提高.信息技术课堂教学应用“5E”教学模式落实了新课标中的“实践”原则，师生在课堂中平等互动、教学内容以生为本，多种评价方式相结合.与传统课堂不同，“5E”教学模式是把学生放在主体的地位，学生不再只是被动接受老师输出的知识，而教师变为课程的主导，为学生在探究学习中提供帮助.这样充分调动了学生的学习兴趣以及探究欲望，使得学生对于信息技术课程充满期待，能够积极主动地参与到任务当中，体验基于STEAM教育理念的5E探究式信息技术课程学习的乐趣；同时，每个学生在协作能力、动手实践能力和问题解决能力等方面都有很大的提高；教学活动也更加丰富有趣，教学过程更为科学.