基于STEAM项目学习的中学信息技术教学探索——以“智能水族箱”为例

张 颖

（天津市第五十五中学，天津 300070）

近年来，随着科学技术的不断进步，互联网+、人工智能、大数据、物联网、智慧教育等新技术不断涌现，不仅改变了我们的生活和学习方式，而且对面向未来的人才培养模式提出了更高的要求。未来社会知识量将以几何级数迅速增长，各学科之间呈现出多元化、边缘化、综合性的发展态势，教育教学理念也应该随着社会的发展而逐渐进步，得到创新。文章对STEAM教育、项目学习等教育新理念、新方法进行了深入研究，将两者紧密结合并进行了一系列的教学探索与实践研究。

一、相关概念

（一）STEAM教育

STEAM教育倡导基于问题解决的跨学科教育，以适应未来社会全球性、复杂性、合作性的发展需要。STEAM教育集科学（Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、数学(Mathematics)、艺术(Art)五门学科知识于一体[1]。通过跨学科的形式实现不同知识领域的相互融合，尊重并倡导学生采用个性化的学习方式和学习进程进行学习。STEAM教育提倡情境参与式、实践体验式教学，关注学生素养和能力的发展，重视培养学生的创新能力和STEAM素养。

（二）项目学习

项目学习（简称PBL）以某一学科的基本概念和原理为中心，整合多学科的知识和技能，依托多种资源展开探究活动，并在有限时间内解决多种问题的探究性学习模式。项目学习可以在最短的时间内，将大量的知识与技能教给学生。项目学习打破了传统的以单一学科知识为基础的学习，着力培养学生跨学科知识和能力的综合运用。

用于项目学习的主题活动，主要选择适合学生年龄特点，贴近学生日常生活的项目。学生可以根据自己的兴趣和喜好选择项目，把分散于各学科中的问题进行统整融合，学生通过项目实践、自主学习和合作学习等有效的学习活动来解决生活中遇到的实际问题和复杂问题，实现跨学科学习。

二、STEAM教育理念与项目学习结合的优势

STEAM教育的理念是目的明确、思路清晰地运用跨学科领域的知识和技能方法来解决学习中遇到的问题或完成项目主题活动，实现多学科整合学习[2]。STEAM教育的理念和项目学习的思想不谋而合[3]。因此，基于项目学习方式为STEAM教育的开展提供了着眼点。STEAM项目学习为学生提供了一种新型的跨学科学习理念和学习方式。

STEAM项目学习不仅注重完成项目的过程，更关注学生学习的过程。STEAM项目学习以分组的形式完成项目需求，在项目方案的选择中学生需要深入细致的分析每种方案的优缺点并与小组成员进行充分的沟通和交流，从而培养学生的批判性思维能力。

三、基于STEAM项目学的课堂教学设计

在STEAM项目学习主题活动中，以项目为基础，从项目活动选择-项目活动对象分析-项目活动目标-项目活动流程设计-项目活动评价-项目活动效果等多方面进行课程教学探索。下面以《智能水族箱》项目为例进行阐述。

（一）项目活动选择

在项目活动选择中，笔者以当今信息技术发展的热点领域—物联网为基础，不仅综合了生物学、物理学、美学等多学科的综合知识，而且还立求在项目活动中，接近学生的实际生活，才能激发学生的学习兴趣，主动参与到项目活动中，最大限度地发挥学生的能动性[4]。

“水族箱”至今已有150余年的历史。随着科学技术水平的不断发展与进步，鱼族箱已经不是传统意义上养鱼的器具，被赋予了新的功能，已经成为一个小型完整的生态系统。由于现代社会人们的工作繁忙或者出差、旅行，经常会遇到无法及时给鱼换水、喂食的困扰。目前观赏鱼的种类繁多，人们在养鱼时，无法保证适合每种鱼的水质环境，从而大大降低了鱼的成活率。为了解决这一系列的问题，人们利用物联网技术，研发出智能水族箱，它能够非常方便地完成时时关注水温和水中的含氧量、检测水的PH值、给鱼喂食等工作，使养鱼变得更方便、更安全、更舒适，使生活更加富有情趣。

（二）项目活动对象分析

教学实践对象是七年级学生，他们精力充沛、思维活跃，对新事物充满好奇，对信息技术有着浓厚的兴趣，学习新技术的热情高涨。但该年龄段的学生，由于刚从小学阶段过渡到中学阶段，习惯于教师传道授业解惑这种被动接受式的传统教学模式，缺乏独立发现问题、解决问题的能力，自主学习和合作学习的综合能力较低。在本项目活动前，学生已经通过前期的学习掌握了物联网的基本知识和基本操作过程，能够利用ArduBlock进行简单的程序设计，并且积累了一些创客活动的经验。

（三）项目活动目标

1.通过智能水族箱项目的学习，提升学生的信息意识、内化计算思维，培养学生数字化学习能力、创新能力和科学精神。

2.通过采集各种数据，对数据进行分析，培养学生数据处理的能力，让学生建立起对数据的管理和挖掘的习惯。

3.比较各种传感器和元器件的技术参数，通过物联网技术搭建智能水族箱的数据采集和反馈控制系统。

4.认识传感器在各个场景中的应用，构建项目开发的初步概念，培养学生从项目任务出发，明确任务中需要解决的问题，然后寻找解决问题的方法，再进行项目的制作，经历技术设计与开发的全过程。

5.通过智能水族箱的设计和制作，体验利用信息科技开展创新实践活动的过程，提高利用信息科技进行自主学习和合作学习的能力。

（四）项目活动流程设计

在项目活动的设计中，项目活动的内容以项目任务的方式提出，整个教学环节，都是以学生的主动探究为主，培养学生从项目任务出发，明确任务中需要解决的问题，然后寻找解决问题的方法，再进行项目的制作，让学生经历技术设计与开发的全过程。具体流程设计如表1所示。

表1 智能水族箱项目的流程设计

（五）项目活动评价

项目活动的评价不应采用传统的、单一性的评价方式，应在不同学习阶段，采用多元化的评价方式。在智能水族箱项目中将自我评价、小组评价与教师评价相结合，把过程性评价分为阶段成果总结、合作学习评价两个阶段，在最终成果展示阶段采用作品展示的评价方式。教师针对项目活动中不同的学习阶段，制定了项目主题活动学习评价量规表（如表2）。

表2 项目主题活动评价量规

四、教学效果分析

笔者在课堂教学中，采用基于STEAM项目学习的课堂教学设计，分别设计了8个不同的项目，共计18个学时的课程，进行实验研究，并采用威廉斯创造力倾向测量表进行分析。通过对学生的前后测数据进行汇总分析，利用spss软件进行配对样本T检验，得出表3成对样本统计量表、表4成对样本相关系数表和表5成对样本检验表的数据统计。

表3 成对样本统计量表

表4 成对样本相关系数表

表5 成对样本检验表

由表3、4和5可知，实验对象在创造力总分、冒险性、好奇心、想象力、挑战性方面的平均值均有所提升，其中冒险性、好奇心、总成绩的sig值均小于0.05，达到了显著水平，想象力和挑战性的sig值分别为0.065和0.053大于0.05未达显著水平。由此分析，在STEAM项目学习中学生的创造力有了较为明显的提高。

五、结语

教学实践证明，将STEAM与项目学习进行整合的主题实践活动，有利于培养学生在生活情境中发现问题、提取问题的基本特征，对问题进行抽象、分解、建模，制订解决方案的能力。最大限度地使学生的主体性得到了发挥，以学生扎实理解为基础，真实体验为重点，适合在信息技术教学中采用。这种主题实践活动既让学生学到知识，体验项目设计与开发的全过程，又能够激发学生兴趣，培养学生跨学科知识整合的思维能力，实现全面提升学生跨学科的创新意识、创新思维、创新能力，使学生的综合实践能力得到全面提升，适应未来社会人才的需求。