崔志生

摘? 要 首先梳理STEAM教育的理論基礎(chǔ)以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上選取小學(xué)六年級科學(xué)課，開發(fā)基于Scratch的小學(xué)STEAM教學(xué)設(shè)計并實施。結(jié)果顯示，實驗組學(xué)生在創(chuàng)造力指數(shù)和對科學(xué)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(xué)STEAM教學(xué)設(shè)計有助于提高學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造力，并能夠促使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生積極的科學(xué)情感態(tài)度。

關(guān)鍵詞 STEAM;Scratch;科學(xué)課程;創(chuàng)新素養(yǎng);教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G623.6??? 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）19-0031-03

1 引言

21世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)以一種比以往任何時候都更人性、更藝術(shù)的方式與人們的生活相結(jié)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(shù)化的方式融入人類生活。這種社會需求同樣反映在教育領(lǐng)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(xué)生創(chuàng)造融合的才能。

2009年，美國“21世紀(jì)技能與合作組織”提出，學(xué)生應(yīng)該通過藝術(shù)、數(shù)學(xué)、科學(xué)、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(xué)習(xí)者需要培養(yǎng)基于創(chuàng)造力的綜合能力，以適應(yīng)21世紀(jì)快速變化的社會，走在時代前面。故此，STEAM教育應(yīng)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(xué)STEAM教學(xué)設(shè)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(xué)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(biāo)拖拽操作即可完成程序設(shè)計工作。在本研究中，Scratch將作為主要工具應(yīng)用于融合教育——科學(xué)課程教學(xué)當(dāng)中。學(xué)生能夠借助Scratch軟件清楚地學(xué)習(xí)科學(xué)原理，并能看到實時實驗的過程和結(jié)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(xué)原理。

STEAM指的是與科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）學(xué)科相關(guān)的教育。與傳統(tǒng)的分科教學(xué)不同，STEAM教育將相關(guān)的課程進行有機交叉融合，相互協(xié)調(diào)作用，形成一個知識體系，并將其應(yīng)用于實際的問題解決之中。這一教育概念最早是由20世紀(jì)80年代的美國提出的，為了應(yīng)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(xué)教育工作者最先提出STEM教育，并得到廣泛認(rèn)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(guān)組織的支持，開發(fā)出相應(yīng)的、成體系的教學(xué)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(xué)科整合層次適用于小學(xué)教育[3]。通過有效的STEAM教育，學(xué)生可以將科學(xué)、技術(shù)、工程、人文藝術(shù)和數(shù)學(xué)等多個學(xué)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(shè)計，不斷培養(yǎng)和提升創(chuàng)新素養(yǎng)[4]。

3 STEAM教學(xué)設(shè)計的制定與實施

STEAM教學(xué)設(shè)計基礎(chǔ)? 本文根據(jù)Miaoulis（2009）提出的科學(xué)技術(shù)教學(xué)流程，以及韓國科技進步與創(chuàng)意基金會提出的跨學(xué)科綜合創(chuàng)造能力教學(xué)流程（環(huán)境設(shè)置→計劃→分析→制作→測試→評價），設(shè)計STEAM教學(xué)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(xué)設(shè)計的制定? 本文基于STEAM教學(xué)活動流程和小學(xué)科學(xué)課中的實驗主題，構(gòu)建全新的教學(xué)單元[6]?？紤]到研究對象是小學(xué)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(xué)，其中包含各類藝術(shù)活動，如故事情節(jié)的構(gòu)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(yù)先將Scratch游戲草稿發(fā)送給學(xué)生，幫助他們形成想法。

在“提出想法”階段，學(xué)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(shè)計”階段，學(xué)生可以根據(jù)教材中呈現(xiàn)的各種科學(xué)實驗制作故事版，既可以制作多個故事版，也可以只詳細(xì)制作一個故事版。學(xué)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(xué)生可以根據(jù)自己制作的故事版制定“游戲設(shè)計說明”，并借助Scratch軟件完成游戲制作。

在“測試”階段，學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)生也可以通過與他人分享來不斷完善自己的想法。

4 教學(xué)設(shè)計的應(yīng)用及結(jié)果分析

實驗變量? 如表2所示，本研究選取某小學(xué)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(xué)設(shè)計，對照組按照常規(guī)教學(xué)計劃進行授課，教學(xué)內(nèi)容為科學(xué)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(xué)情感態(tài)度測試，并驗證兩組的同質(zhì)性。

測試工具? 本研究旨在通過應(yīng)用基于Scratch的STEAM教學(xué)設(shè)計來驗證其對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力與科學(xué)情感態(tài)度的作用。為了檢驗學(xué)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(xué)情感態(tài)度評價體系”以及愛德華提出的“評價項目標(biāo)準(zhǔn)”，對學(xué)生的科學(xué)情感態(tài)度進行檢驗[8]。

創(chuàng)造力測試結(jié)果及分析? 為了驗證實驗組和對照組創(chuàng)造力水平的同質(zhì)性，在實驗處理前使用SPSS 17.0對兩組學(xué)生的創(chuàng)造力水平的平均值進行t檢驗（P=0.05）。結(jié)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(biāo)，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(jié)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(jié)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(jié)果表明，基于Scratch的STEAM教學(xué)設(shè)計對提高學(xué)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(xué)情感態(tài)度測試結(jié)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(xué)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(jié)果顯示，與對照組相比，實驗組的科學(xué)意識較低（低0.548），對科學(xué)的興趣較高（高0.008），科學(xué)態(tài)度較高（高0.284），如表6所示。

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

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

5 結(jié)語

本研究旨在制定并實施基于Scratch的小學(xué)STEAM教學(xué)設(shè)計，并根據(jù)國家強調(diào)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(nèi)外的STEAM相關(guān)研究，并選擇適用于本方案的合適的科學(xué)主題和內(nèi)容，同時結(jié)合一種教學(xué)編程語言——Scratch，進而初步形成基于Scratch的小學(xué)STEAM教學(xué)設(shè)計。

為了提高方案的可用性，在教學(xué)內(nèi)容的選擇和教學(xué)階段的設(shè)計過程中，與中小學(xué)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(xué)生實施了所設(shè)計的STEAM教學(xué)設(shè)計，實驗進行了10周時間。結(jié)果表明，與對照組相比，采用基于Scratch的小學(xué)STEAM教學(xué)設(shè)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(xué)意識和興趣也顯著增強。這些結(jié)果表明，基于Scratch的STEAM教學(xué)設(shè)計對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和科學(xué)情感態(tài)度具有積極影響。

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

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