基于STEAM的初中信息科技项目式教学设计与实践

曾海华

【摘 要】随着科学技术日新月异的发展，基于STEAM的项目式学习的设计和实施指向让学生更富创造性地解决问题。因此，我们要在STEAM项目式教学的引导下，使学生不仅能够提高自身信息素养与认识水平，而且还能够提高自身的创造性思维能力和解决问题的能力。本文首先分析STEAM理念下的项目式教学设计中某一项目的真实数据调查，从中得到这一项目的数据分析，最后给出本项目的实现效果及总结。

【关键词】STEAM；项目式教学；调查；数据分析

【中图分类号】G434   【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2023）07-044-03

信息科技能力是我国未来可持续发展的重要支撑。然而，尽管信息科技得到了广泛应用，学校中却普遍存在信息科技课程建设滞后等问题。如在信息科技学科教学中，有的教师只是以知识传授的方式教授学生，缺乏足够的互动和实践环节。此外，信息科技课程本身更多地关注知识和技能的传授，缺乏与其他学科的融合。而学科融合正是提高学生核心素养的重要环节。

2022年教育部推出了义务教育信息科技课程标准，更明确地提出了跨学科融合的新要求。信息科技课程内容要“关注信息科技在其他学科中的应用场景，强化学科之间的知识整合，统筹设计跨学科主题学习活动，在满足课程系统学习需要的同时，支持跨学科学习及与其他学科的融合学习”[1]。

因此，为使信息科技课程对于学生的综合素质和实践能力的提高更为有效，需要结合其他学科，借助跨学科融合的教学方式，将信息科技知识嵌入到实际项目中，并通过实践的方式进行教学。这种基于STEAM理念的项目式教学，不仅有助于提升学生的学习成绩和职业竞争力，还有助于让他们成为具有创造性思维和实践能力的人才。

STEAM与项目式教学

STEAM是指科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）五种综合学科的集合。多学科融合的方式，帮助学生更好地掌握知识和技能，培养学生解决实际问题的能力和团队协作精神。通过对实际问题的探究与发现，学生逐步发现问题的本质，从而激发学习兴趣和创新能力。

项目式教学是一种以学生为中心、注重实践和合作的教学方法。在项目式教学中，学生通过完成一个具体的项目来学习，并在项目过程中进行自主决策、主动学习和合作学习。与传统的课堂教学相比，项目式教学更注重学生的实践和应用能力，在项目中学会解决实际问题和解决实际挑战的能力。

STEAM教育模式与项目式教学可以说是相辅相成的关系。项目式教学通常结合多学科知识，将学生的知识、技能和态度综合运用，更符合现实世界的复杂性和多样性。

基于STEAM的项目式教学设计思路

基于STEAM的初中信息科技项目式教学设计，可以从以下几个方面进行思考。

選择具有实际意义的项目：选定一个具体可行的主题，通常是与信息科技相关的热门话题、实际生活应用或实际生活问题，通过项目学习的方式使学生了解实际应用和增强应对实际问题的能力。

注重团队合作：将学生分成3～4人一组的若干个小组，注重培养学生的合作能力和交流能力，鼓励学生互相帮助、分享信息、协同工作。

强调多学科融合：在项目中融合科学、技术、工程、艺术、数学等学科，通过数据统计和管理、程序设计、UI设计等多个角度让学生了解信息技术的各个方面，提升学生的跨学科思维。

实践与创新并重：让学生通过实际项目的构建，掌握信息科技解决实际问题的能力，培养学生的创新能力和实践能力。

综合评价和反思：在项目结束后，学生需要对项目进行总结和评价，从项目的学习、实践和团队合作等方面给出自己的反思和评价，以提高学生的自主学习和创新思维能力。

在STEAM项目式教学设计中，教师可以提供项目的设计和设想，并呈现各种丰富的资源，让学生探索和发现。教师应该鼓励学生探索和思考，促进学生自主学习和合作学习的能力，保证计划的成功实施，并鼓励学生在一个团队合作的环境中开展项目的实验和操作。

基于STEAM的项目式教学案例分析

1.设计目标

信息科技的教学内容不只是简单的知识传授与技能操练，还需要通过跨学科整合的方式实现信息科技与多学科的融合，将信息科技创新教育理念落实于学习活动和动手实践中[2]。本次项目旨在通过学生自主调查和数据分析的方式，了解学生最喜欢的一种运动，探究运动对学生身体和心理健康的影响，同时实现STEAM模式多学科知识的融合。

2.调查问卷设计

本项目的问卷设计，我们充分运用艺术学科（Art）的知识。比如问卷需要简洁明了、容易阅读并引人瞩目，才能吸引回答者的兴趣，提高回收率，从而获取充足的数据。因此，我们从字体、颜色、布局等角度进行美学设计。具体的问卷设计要求如下。

（1）使用简短而明确的问题；（2）确保整个问卷有逻辑性和层次性，使回答者能够清晰地了解问卷的全貌；（3）避免使用过多的图形和图片，因为它们可能会分散回答者的注意力，同时加重了学生的填表压力和疲劳；（4）使用简单、易于理解和回答的语言；（5）避免使用复杂的问句和术语。

对于问题的设计，我们不仅要考虑学生对运动的认知和喜好，还要考虑其对运动的看法及对身体和心理健康的影响等方面的问题。比如问卷可以设计以下几个问题：你最喜欢的运动是什么？你喜欢这项运动的原因是什么？你每周进行这项运动的次数是多少？你认为自己在这项运动中的表现如何？你觉得参加这项运动对你的身体和心理健康有多大的帮助？

3.数据收集与清洗

通过问卷星，我们邀请了一些学生完成调查问卷。最终收到了355份有效问卷（男生问卷178份，女生问卷177份）。在这一环节中，我们使用了技术学科（Technology）的知识。为了方便数据的统计和分析，我们使用了Excel和Python这两个工具。在数据清洗方面教师提醒学生需要注意以下要求：确认因变量和自变量是否与问题对应；避免出现重复数据的现象；删除无效数据和异常值；对缺失数据进行处理。

通过清洗数据，我们得到了以下结论：（1）学生最喜欢的运动是篮球和羽毛球，占比均为28.5%；（2）对于学生喜好的原因（图1），63.9%的学生认为它是锻炼身体的好方式，14.4%的学生认为它可以打发时间，9.9%的学生喜欢这项运动的原因是它能够增强自信心；（3）周活动频率5次及以上的学生占46.5%；（4）大多数学生表现好，仅有4.8%的学生认为自己表现不佳；（5）96.9%的学生认为参加这项运动对自己的身心健康有帮助。

圖1  学生喜欢运动的原因分析

4.数据分析与可视化呈现

我们从数据方面对调查结果图表化并进行分析。对于身体和心理健康方面的影响分析，我们需要运用科学学科（Science）的知识，从问题中提取相关因素，并进行统计比较分析；对于计算和可视化数据，运用数学学科（Mathematics）的知识。具体来说，包括以下步骤。

（1）使用统计方法分析数据中的相关性；（2）利用视觉化工具，将数据转换为易于理解和比较的图形和图标，如在数据可视化方面，可以使用Python的Matplotlib图形库绘制柱状图和雷达图，也可以使用Excel工具插入图表的方式进行；（3）关于运动对人的身体和心理健康方面的影响，运用科学知识，我们了解到：适度运动有助于改善心脏功能和呼吸系统的健康状况，提升免疫力、调节内分泌系统的工作，从而有利于身体健康；同时，运动还可以减少身体内的压力代谢物，改善情绪和心理健康，从而提高心理素质；（4）在运动训练计划设计方面，我们根据数据分析的结果，布置不同类型、难度和影响程度的训练计划，以便不断地提高学生的运动技能和能力。通过数据分析结果，我们可以设计更适合学生的运动计划，鼓励他们进行适度运动。

通过这些数据的可视化，我们得到了以下结论：（1）篮球与羽毛球是学生们最喜欢的运动，其次是跑步、跳绳、乒乓球和足球等（图2）；（2）大部分学生认为参加运动对身体和心理健康都有帮助；（3）根据学生们的回答，我们了解到了运动对身体健康方面的影响，如提高心血管健康等；（4）不同性别的学生在运动选择方面略有区别。我们还根据数据分析，进一步设计了运动训练计划，帮助学生提高运动能力及了解需要增强的技能。

图2  学生最喜欢的运动项目分析

5.STEAM模式融合

本项目实践中，我们将计算机编程及统计学、体育、心理学等学科知识与技能相结合，开展了多学科知识的融合。一是编程知识的应用。我们采用Python等计算机语言对数据进行分析及可视化，并借助互联网在线工具进行调查。同时，通过编写计算机程序和设计相应的工具，针对不同学生的身体数据、目标、习惯等，为其设计了个性化、自适应的运动训练计划。二是运动科学知识的应用。我们针对不同学生个体差异，根据每个学生的身体素质、目标、习惯等综合因素，设计了不同类型、不同难度、不同内容的训练计划。三是心理学知识的应用。针对学生们在平时的训练中出现的自信心不足、自我发掘不全面等问题，我们采用心理测评、咨询辅导等手段，帮助学生们克服这些心理障碍。

6.实现效果与总结

通过本项目，学生们了解了大家喜欢的运动类型以及该运动对身体和心理健康的影响。他们学会了如何用数据分析和编程等技能，结合体育和心理学等知识，实现STEAM模式的多学科知识融合。他们了解了不同领域知识在实践中的应用，拓宽了知识面，充实了实践经验，提高了解决实际问题的能力。除此之外，本项目的实践很好地体现了跨学科、跨领域的学习方式。我们深入学科知识，拓展思维，以实际项目为载体，通过数据分析、编程等方法，让学生们获得更全面、深入的知识体验。

总之，STEAM教育模式可以协助教师在课堂中更灵活、更有创造性地引导和激发学生。同时，它可以提高学生的学习兴趣，增强学生的应用和探究能力，并为他们今后的职业生涯和社会生活奠定坚实的基础，塑造出更具创造性和实践能力的人才。

注：本文系广东省中小学教师培训中心专项科研项目2021年度课题“指向深度学习的STEAM项目式教学课例开发与实践研究”（课题立项号：GDSP-2021-Q008）的阶段性研究成果，受广东省周莉萍名教师工作室资助

[2] 李锋. 新版课程标准解析与教学指导初中信息科技（2022年版）[M]. 北京： 北京师范大学出版社，2022： 8.