崔志生

摘? 要 首先梳理STEAM教育的理論基礎以及國內外研究現(xiàn)狀，在此基礎上選取小學六年級科學課，開發(fā)基于Scratch的小學STEAM教學設計并實施。結果顯示，實驗組學生在創(chuàng)造力指數(shù)和對科學的積極態(tài)度兩方面相比對照組有顯著增長。研究表明，基于Scratch的小學STEAM教學設計有助于提高學習者的創(chuàng)造力，并能夠促使學習者產生積極的科學情感態(tài)度。

關鍵詞 STEAM;Scratch;科學課程;創(chuàng)新素養(yǎng);教學設計

中圖分類號：G623.6??? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）19-0031-03

1 引言

21世紀以來，科學技術以一種比以往任何時候都更人性、更藝術的方式與人們的生活相結合。史蒂夫?喬布斯發(fā)布的iPhone就是一個很好的例子，它展示了科技如何以一種人性化和藝術化的方式融入人類生活。這種社會需求同樣反映在教育領域，世界各國的教育部門已經(jīng)著手制定各種教育政策，以培養(yǎng)學生創(chuàng)造融合的才能。

2009年，美國“21世紀技能與合作組織”提出，學生應該通過藝術、數(shù)學、科學、經(jīng)濟和歷史知識來獲得創(chuàng)造力、批判性思維、問題解決能力、溝通和協(xié)作等技能。也就是說，學習者需要培養(yǎng)基于創(chuàng)造力的綜合能力，以適應21世紀快速變化的社會，走在時代前面。故此，STEAM教育應運而生[1]。

我國政府也已經(jīng)注意到STEAM教育的重要性，并開始制定各種教育政策，旨在培養(yǎng)綜合型人才。本研究試圖開發(fā)基于Scratch的小學STEAM教學設計并驗證其效果，以期為創(chuàng)造型人才的培養(yǎng)提供可參考依據(jù)。

2 Scratch與SETAM教育

Scratch是美國麻省理工學院開發(fā)的一款少兒編程工具。Scratch實現(xiàn)了可視化編程，孩子們無須寫代碼，僅通過直觀的鼠標拖拽操作即可完成程序設計工作。在本研究中，Scratch將作為主要工具應用于融合教育——科學課程教學當中。學生能夠借助Scratch軟件清楚地學習科學原理，并能看到實時實驗的過程和結果，因此可以有效減少實際操作過程中可能出現(xiàn)的錯誤，同時有機會更加創(chuàng)意地來運用和表達科學原理。

STEAM指的是與科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Arts）、數(shù)學（Mathematics）學科相關的教育。與傳統(tǒng)的分科教學不同，STEAM教育將相關的課程進行有機交叉融合，相互協(xié)調作用，形成一個知識體系，并將其應用于實際的問題解決之中。這一教育概念最早是由20世紀80年代的美國提出的，為了應對國際勞動力市場的激烈競爭和提高勞動者的職業(yè)勝任能力，美國的科學教育工作者最先提出STEM教育，并得到廣泛認可，后來逐漸發(fā)展為STEAM教育[2]。

之后，STEAM教育不斷得到來自政府以及各教育相關組織的支持，開發(fā)出相應的、成體系的教學方法和評價機制。雅克曼（2008）提出一個金字塔模型，該模型由幾個層次組成，并指出跨學科整合層次適用于小學教育[3]。通過有效的STEAM教育，學生可以將科學、技術、工程、人文藝術和數(shù)學等多個學科進行交叉融合，經(jīng)由實踐解決現(xiàn)實問題，進行創(chuàng)新設計，不斷培養(yǎng)和提升創(chuàng)新素養(yǎng)[4]。

3 STEAM教學設計的制定與實施

STEAM教學設計基礎? 本文根據(jù)Miaoulis（2009）提出的科學技術教學流程，以及韓國科技進步與創(chuàng)意基金會提出的跨學科綜合創(chuàng)造能力教學流程（環(huán)境設置→計劃→分析→制作→測試→評價），設計STEAM教學流程（表1）。該流程分為六個階段，其中在制作、測試階段需要不斷地嘗試和修改程序來完成創(chuàng)意，因此需要持續(xù)地測試和反饋[5]。

STEAM教學設計的制定? 本文基于STEAM教學活動流程和小學科學課中的實驗主題，構建全新的教學單元[6]。考慮到研究對象是小學生，他們對游戲有濃厚的興趣，因此將Scratch游戲制作活動融入教學，其中包含各類藝術活動，如故事情節(jié)的構思、背景音樂的選擇、角色的繪制等。

在每個單元的“想法啟動”階段，教師預先將Scratch游戲草稿發(fā)送給學生，幫助他們形成想法。

在“提出想法”階段，學生可以展示并討論他們想制作的游戲，同時相互分享創(chuàng)意。

在“規(guī)劃與整合設計”階段，學生可以根據(jù)教材中呈現(xiàn)的各種科學實驗制作故事版，既可以制作多個故事版，也可以只詳細制作一個故事版。學生對故事版的創(chuàng)作是自由的，主題和表現(xiàn)形式都不受限制。

在“制作與綜合”階段，學生可以根據(jù)自己制作的故事版制定“游戲設計說明”，并借助Scratch軟件完成游戲制作。

在“測試”階段，學生可以通過與同伴互玩游戲來修訂游戲。實際上，在“制作與綜合”和“測試”兩個階段之間并沒有界限，學生可以根據(jù)需要進行制作、綜合和修訂活動。

在“評價”階段，學生可以展示并試玩他們制作的游戲，進而對彼此的游戲進行評價。學生也可以通過與他人分享來不斷完善自己的想法。

4 教學設計的應用及結果分析

實驗變量? 如表2所示，本研究選取某小學六年級的兩個班級，分別作為實驗組和對照組。實驗持續(xù)為期10周，實驗組采用基于Scratch的STEAM教學設計，對照組按照常規(guī)教學計劃進行授課，教學內容為科學課本的兩個單元。實驗之前對實驗組和對照組進行創(chuàng)造力測試和科學情感態(tài)度測試，并驗證兩組的同質性。

測試工具? 本研究旨在通過應用基于Scratch的STEAM教學設計來驗證其對培養(yǎng)學生創(chuàng)造力與科學情感態(tài)度的作用。為了檢驗學生在實驗后創(chuàng)造力是否得到增強，在實驗前后采用目前廣泛使用的《托蘭斯創(chuàng)造性思維測驗》（TTCT）類型A進行測試[7]。此外，采用由徐海南開發(fā)的“科學情感態(tài)度評價體系”以及愛德華提出的“評價項目標準”，對學生的科學情感態(tài)度進行檢驗[8]。

創(chuàng)造力測試結果及分析? 為了驗證實驗組和對照組創(chuàng)造力水平的同質性，在實驗處理前使用SPSS 17.0對兩組學生的創(chuàng)造力水平的平均值進行t檢驗（P=0.05）。結果如表3所示，創(chuàng)造力指數(shù)的顯著性概率為P=0.929。因此，實驗組和對照組在創(chuàng)造力上沒有顯著差異;創(chuàng)造力的其他指標，如流暢性、原創(chuàng)性、抽象性、詳盡性，兩組間差異均不顯著（P>0.05）。

實驗進行10周后，再次對實驗組和對照組進行創(chuàng)造力測試。結果顯示，兩組之間的創(chuàng)造力、原創(chuàng)性與流暢性有顯著差異，如表4所示，分別為P=0.036、P=0.039、P=

0.039，尤其是實驗組的創(chuàng)造力指數(shù)在實驗后增加了10.17。

然后對實驗組在實驗前后的創(chuàng)造力進行對比分析，結果如表5所示。在實驗前后，實驗組的流暢性、原創(chuàng)性與創(chuàng)造力指數(shù)方面，顯著性概率P小于0.05，說明差異顯著。實驗結果表明，基于Scratch的STEAM教學設計對提高學生的流暢性、原創(chuàng)性和創(chuàng)造力指數(shù)方面有積極作用。

科學情感態(tài)度測試結果及分析? 徐海南等對情感態(tài)度的評價分為三類（意識、興趣、科學態(tài)度），每一項都按照李克特5點量表進行評分。實驗前測試結果顯示，與對照組相比，實驗組的科學意識較低（低0.548），對科學的興趣較高（高0.008），科學態(tài)度較高（高0.284），如表6所示。

實驗后測結果表明，實驗組科學意識的均值增加了0.168，科學興趣均值增加了0.231，科學態(tài)度均值增加了0.281。與對照組相比，實驗組的科學意識和興趣明顯增強。

實驗證明，基于Scratch的STEAM教學設計對培養(yǎng)實驗組的科學情感態(tài)度有積極影響。

5 結語

本研究旨在制定并實施基于Scratch的小學STEAM教學設計，并根據(jù)國家強調的培養(yǎng)綜合性人才的要求驗證該方案的效果。為此，本文梳理了國內外的STEAM相關研究，并選擇適用于本方案的合適的科學主題和內容，同時結合一種教學編程語言——Scratch，進而初步形成基于Scratch的小學STEAM教學設計。

為了提高方案的可用性，在教學內容的選擇和教學階段的設計過程中，與中小學和高校的專家進行了討論和交流。然后在盡可能控制所有變量的情況下，對實驗組學生實施了所設計的STEAM教學設計，實驗進行了10周時間。結果表明，與對照組相比，采用基于Scratch的小學STEAM教學設計的實驗組在流暢性、原創(chuàng)性和創(chuàng)造力指數(shù)方面顯著增加;同時，在情感態(tài)度方面，科學意識和興趣也顯著增強。這些結果表明，基于Scratch的STEAM教學設計對培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力和科學情感態(tài)度具有積極影響。

此外，值得一提的是，本研究中設計的基于Scratch的小學STEAM教學設計具有積極意義：本文基于教育編程軟件Scratch，提出將科學、技術、工程、藝術和數(shù)學知識相融合的方法，達到開展STEAM教育的目的。

參考文獻

[1]趙慧臣，陸曉婷.開展STEAM教育，提高學生創(chuàng)新能力：訪美國STEAM教育知名學者格雷特·亞克門教授[J].開放教育研究，2016（5）：4-10.

[2]卡普拉羅.基于項目的STEM學習：一種整合科學、技術、

工程和數(shù)學的學習方式[M].上海：上海科技教育出版社，

2016.

[3]Yakman G.STEAM education： an overview of creating

a model of integrative education[M]//Pupils Attitudes

Towards Technology （PATT-19） Conference： Research on

Technology， Innovation， Design & Engineering Teaching.

2008.

[4]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學科整合模式[J].開放教育研究，2015（4）：13-22.

[5]Hyo-nam K， Wan-Ho C， Jin-Woo J. National assess-ment system development of science-related affective domain[J].The Korean Association for Research in Science Education，1998（3）：357-369.

[6]李揚.STEM教育視野下的科學課程構建[D].浙江：浙江師范大學，2014：25-29.

[7]劉文艷.幼兒的游戲性及其創(chuàng)造性的關系研究[D].上海：上海師范大學，2008.

[8]Oh J C， Lee J H， Kim J H. Development and Appli-

cation of STEAM Based Education Program Using Scratch：

Focus on 6th Graders Science in Elementary School

[J].Multimedia and Ubiquitous Engineering，2013（1）：

493-501.