STEAM理念在小学可视化编程教学中的应用探究

麦海盈

【摘要】随着STEAM理念在国内的推广，STEAM教育逐渐成为中小学教育教学的一部分。本文先从研究背景、小学可视化编程教学渗透STEAM理念的意义展开阐述，结合校本教材《加法练习器》教学案例，通过创设情境、分析问题、解决问题、教学评价来探索STEAM理念在小学可视化编程教学中的应用，并提出教学对策和建议。笔者认为，把STEAM教育理念渗透到小学可视化编程教学中，在一定的程度上可提升学生的综合素质和编程教育的实施水平。

【关键词】小学;可视化编程教学;STEAM教育理念

一、研究背景

近年来，人工智能成为国际竞争的新焦点，而编程则是人工智能时代各类产品、设备及技术的基础性应用。为此，我国推出各项措施和政策来推广编程教育。如，2017年，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，明确指出要在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育;2018年，教育部发布《教育信息化2.0行动计划》，部署信息素养全面提升行动，提出“加强学生信息素养培育”“完善课程方案和课程标准，充实适应信息时代、智能时代发展需要的人工智能和编程课程内容”“推动落实各级各类学校的信息技术课程，并将信息技术纳入初、高中学业水平考试”等要求。编程教育在中小学阶段逐步展开，可见我国对发展编程教育的重视。

STEAM教育是集科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）多领域融合的综合教育，强调打破传统教学，把用原本独立、分散的不同领域的学科整合在一起，并致力于让学生以学科整合的眼光了解世界，综合创新地改造世界，使学生解决问题和提高综合素质的创新能力得以提升。《广东省义务教育信息技术课程纲要（试行）》建议，信息技术课程应“贴近学生的学习和生活，并融合跨学科的应用需求”。因此，在小学可视化编程教学中渗透STEAM教育理念，十分符合信息技术课程纲要的要求。

二、小学可视化编程教学中渗透STEAM教育理念的意义

（一）跨学科整合知识，有利于提高学生的综合素养

当前的小学可视化编程教学普遍存在着“重技术，轻思维”的现象，传统的教师讲授、学生模仿操作的教学方式只关注学生对操作步骤是否掌握，却忽略了知识生成的过程，无法从根本上培养学生的计算思维、创造创新的能力，不利于发展学生的核心素养。

STEAM教育强调跨学科整合知识，注重实践和过程，强调在真实情境中解决问题;强调知识与能力并重，倡导“做”中“学”;强调培养创新与创造能力，注重知识的跨学科迁移。把科学、技术、工程、艺术、数学整合的教学方式，通过掌握知识和技能，学生可以在信息技术学科中实施核心素养，如，信息意识、计算思维、数字学习和创新及社会责任。这可以提高学生的综合素养，有利于从单一人才培养轉变到综合性人才的培养，满足当今人工智能时代的需求。

（二）创设情境贴近生活，有利于激发学生的学习动机

传统的教学常常忽视问题的真实性、情境性，学生难以理解一些抽象概念和理论，被动的接受和记忆导致学生不会联系实际生活，不能学以致用。而STEAM核心在于在真实情境的问题中，帮助学生融会贯通，强调把知识回归于生活，创造性地运用多个学科来解决真实问题，在解决问题的过程中学。因此，创设真实情境教学，把抽象知识具体化，指导学生用已有的生活经验与所学的知识实现有意义的建构，真正感受“知识来源于生活”，领悟到编程在生活中的应用价值，激发学生的学习动机和求知欲。

（三）以项目式学习为主，有利于提高师生、生生的合作意识

合作意识在当今竞争激烈的社会十分重要，STEAM教育以项目式教学为主，完成一个项目需要教师、学生间的互相协作。在教师的指导下，学生进行小组分工，在发现问题、分析问题、解决问题的过程中发挥自身的特长，各司其职，让不同层次的学生体验到成功的喜悦，在合作实践中找到集体的归属感，增强协作精神。

三、基于STEAM教育理念的小学可视化编程教学对策和建议

《加法练习器》是中山市坦洲镇林东小学信息技术校本教材《可视化趣味编程》第五单元算法篇第19课的教学内容，教学对象为六年级的学生。笔者尝试在《加法练习器》一课中应用STEAM教育理念，融合工程、信息技术、数学、美术等学科，以项目式学习、任务驱动为主要学习方式，学生通过对项目的分析、协作、实践、调试、分享等过程，在完成教学目标的同时，体验到如何综合多学科知识解决实际问题，培养学生动手实践能力、创造创新能力、协同合作能力等。

（一）创设情境，激趣导入

在课堂伊始，结合STEAM教育理念的情景性教学，创设真实性、复杂性、具有挑战性的教学情境，促进学生已有的生活经验与所学知识实现有意义的建构，顺应学生的认知顺序。同时，真实的情境能有针对性地激发学生的编程兴趣，能让学生带着强烈的好奇心和求知欲进入学习的下一环节，这是教学第一环节的关键所在。

在《加法练习器》的导入环节，教师谈话引入：“一年级的小朋友刚刚学习了加法，他们的数学老师想请我帮个忙，帮她设计一个能自动出题并能自动判断的加法练习器。我说‘这哪需要我动手呀！我们六年级的孩子也可以利用可视化来编这个口算程序了！’今天，我们就和我们的老朋友‘小猫’一起合作来帮一年级的老师解决这个问题吧！”

问题的提出贴近真实生活，激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性和主动性。

（二）分析程序，理清思路

引导学生分析程序的设计原理、理清思路是可视化编程学习的关键。只有这样，学生大概清楚了解该动画分几步去做，每一步的程序要做什么，有利于对整个程序进行整体规划。

在《加法练习器》这一教学环节中，教师引导学生：“在设计程序之前，我们请一位同学上来玩一下这个加法练习器，请其他同学认真观察舞台区的a和b（如图1），完成下面学习单的表格1并用自己的语言来描述一下加法练习器是如何运行的。”

教师根据学生回答板书：1.随机出题（10道）;2.小猫问：“等于多少？”学生输入答案;3.判断答案是否正确，正确得10分;4.显示总成绩。

本环节让学生通过观察来分析程序流程，理清思路，为设计动画脚本奠定基础。

（三）自主探究，合作学习

本环节以任务驱动来开展，融合STEAM教育提倡的项目式教学形式，多个学科知识分别渗透到每一个任务里去。学生在教师的指导下，通过自主探究、小组合作等多种学习方式，一步步地完成项目，培养学生团结协作意识和综合创新能力。

1.任务一：制作角色

师：舞台区有哪些角色？

学生通过观察界面，回答角色有小猫、“+”“=”;接着让学生自学书本第2页，自主尝试完成角色的制作，并做“小老师”指导其他学生。

2.任务二：随机出题

师：你们认为哪个指令可以实现随机出题？那出10道题呢？

学生通过预习或迁移学过的旧知识，回答分别是“随机数”指令和“重复执行10次”指令。然后让学生运用微课学习、自主探究，完成任务二。让学生思考变量前面的“√”有什么作用。教师巡视指导，接着请一位学生上台演示操作方法，强调指令的作用。

通过完成任务二“随机出题”，学生理解使用“随机数”两个加数实现随机出题的编程方法，融合了STEAM教育理念的数学（Mathematics）知识，发展学生的计算思维素养。

3.任务三：询问与回答

师：现在已经完成随机出题了，小猫的问和学生的回答怎么做呢？

学生回答后，教师演示使用侦测模块中：“询问……并等待”和“回答”指令。直观的演示，可以降低学生对新模块运用的畏难心理。

4.任务四：判断回答是否正确

师：请同学们小组讨论，描述“判断回答是否正确”的过程并完成学习单的填空题。

填空：输入答案→将答案赋值给变量_____→判断_______是否正确→如果是，小猫说：“______”→成绩_______→否则小猫说：“_______”。接着小组汇报并梳理出流程图（如图2），根据流程图完成任务三。最后教师展示几个优秀小组的流程图和脚本（如图3）。

判断回答是否正确是本课的难点，借助流程图让学生理解和建立动画脚本，突破难点。让学生分析问题，学习简单流程图的绘制渗透了STEAM教育理念的工程（Engineering）部分，小组成员分工合作，一起分析、设计、制作流程图，培养了学生动手实践和小组合作学习的能力。

（四）拓展延伸，巩固提高

符合学生认知规律的教学活动必须是循序渐进的，既有梯度也有深度。布置具有难度梯度的选择性练习供不同层次的学生选择，不仅加深了学生对程序算法的理解，还可以满足不同层次学生成功的体验感，加强学生对编程的自信心，从而乐于创作。

如，在《加法练习器》的教学中，笔者设计了两个拓展任务，如在下列任务中任选其一完成：拓展1：將加法练习器改为乘法练习器。拓展2：将加法练习器改为减法练习器。提示：两数相减时，被减数○减数（填≥或者≤）

教师明确创作要求：小组内讨论，分工合作，作品可以美化界面、增添趣味性。学生上机实践、教师巡视指导。

学生根据新学的加法进行正向迁移，举一反三，开展分层教学。教师激励先进，鼓励后进，使每个学生都获得成功感。同时，学生通过装饰美化作品，凸显STEAM教育中的艺术（Ats）理念，培养学生欣赏美、创造美的审美能力。

（五）作品展评，总结提升

教学评价是整个教学环节最必不可少的重要环节，学生也非常期待自己的劳动成果得到教师和同学的赞同和认可，学生作品得到了评价，这个实践操作过程才显得更有价值。教师要为学生作品的分享和展示搭建一个好平台，继续强化学生由创造带来的满足感和成就感。在《加法练习器》的教学中，笔者设计了两个环节，如下：

1.环节一：学生自评

师：这节课你们学会了什么？请同学们在学习单“评一评”上给自己标星。

2.环节二：生生互评，师生互评

（1）各小组推荐最优秀作品，全班展示、亮点展示（重点讲亮点和需要改进的地方）

（2）根据评价标准统计获★颗数，评出“最佳编程小组”

上课前，教材和学习单就已经给学生提供了项目评价量表，学生在整个实践过程中都可根据评价量表适当调整自己的作品。在课程的尾声，学生都完成作品之后，先对自己的作品与表现进行自我评价。接着以小组为形式上台展示作品，分享收获，教师和其他小组根据评价量表进行评价。通过学生自评、生生互评与师生互评，实现了三个维度的综合评价。对学生作品进行展示、评选，激励学生互相学习，取长补短，创作更优秀的作品。

最后，教师对本课知识进行梳理、小结，提出后续学习希望，有利于学生整体上把握所学内容，便于以后更好地开展学习活动。

四、结语

教学实践证明，将STEAM理念尝试应用到可视化编程教学中，在信息技术项目式教学中融入工程、数学、美术等学科知识，为学生创造了一个综合性运用多学科知识解决项目问题的机会，在动手实践的过程中培养了学生的探究、合作、创新等能力，发展学生的科学探究、计算思维、创新思维等核心素养，也提升了编程教育的实施水平。随着STEAM教育的发展，对师资的要求更高了。因此，小学信息技术学科的教师更应该站在时代的最前端，与时俱进，创新课程，共同助力学生的发展。

参考文献：

[1]国务院.新一代人工智能发展规划的通知

[EB/OL].http：//www.gov.cn/zhengce/content/

2017-07/20/content_5211996.htm，2017-07-08.

[2]魏晓风，蒋家傅，钟红等.我国中小学编程教育发展的路径思考[J].中国教育信息化，2018（24）：6-9.

[3]王佑镁，郭静，宛平等.设计思维促进STEM教育与创客教育的深度融合[J].电化教育研究，2019（3）：36-43.

[4]费海明.让每一个生命都迸发澎湃的创新之力[J].中国信息技术教育，2018（2）：5-8.

责任编辑  陈红兵

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