开展STEAM项目式程序设计培养学生创新能力-精品文档

1、开展STEAM项目式程序设计培养学生创新能力研究背景STEAM代表科学(Science )、技术( Technology )、工程(Engineering )、艺术(Art )、数学( Mathematics ) ， 是具有综合性、基础性、 创造性的教育。STEAM项目式学习采取科学研究方法，综合运用跨学科知识，发展逻辑思维， 按照项目驱动方式组织研究和实践活动任务，在探究学习中实践创新，启发学生思考各学科教育的社会应用价值。国内外的教育改革都渗透了培养创新人才的理念，结合各自国情制定了相应的政策和措施。例如， 美国教育注重培养学生的综合实践能力，组织了大量的社会实践和生活体验活动，注重学生的

2、真实体验。学生的探究过程要求具有系统化、细致完整的研究结构，从小培养分析问题、解决问题的能力。日本等国也推动教师根据学生的发展需求制定培养学生创新能力和实践能力的教学目标，培养学生敏锐的观察力，敢于质疑，乐于尝试和探究新的方法的能力。我国的教育研究注重全面提升学生的综合素质，日益重视学生创新能力的培养，提出“把创新教育原则和方法作为基础， 以知识结构为主线，培养学生的创新意识和创新思维；以研究性学习和科艺创作为主线，寻找创新点，培养学生的创新技能。”2017 年 7 月，国务院印发新一代人工智能发展规划，明确指出人工智能成为国际竞争的新焦点，提出逐步开展全民智能教育项目， 在中小学阶段设置人工

3、智能相关课程、逐步推广编程教育、鼓励进行形式多样的人工智能科普创作。STEAM和可视化编程课程在国内已步入成长期，以信息技术为载体，把学信息技术、用信息技术、懂信息技术、与信息技术一起学结合起来，提倡学生创造性地运用信息化工具和信息技术，在综合实践活动中培养发现问题、提出问题、解决问题的能力。 教育部印发的中小学综合实践活动课程指导纲要中指出：“综合实践活动是从学生的真实生活和发展需要出发， 从生活情境中发现问题，转化为活动主题，通过探究、服务、制作、体验等方式， 培养学生综合素质的跨学科实践性课程。综合实践活动是国家义务教育和普通高中课程方案规定的必修课程，与学科课程并列设置，是基础教育课程

4、体系的重要组成部分。”STEAM项目可视化编程课程并非多学科的简单叠加，需要缜密的课程、教学和评估，技术和工程需要整合到科学和程序设计、数学、艺术等领域中，形成一体化课程，开展综合实践活动“综合运用各学科知识，认识、分析和解决现实问题，提升综合素质，着力发展核心素养，特别是社会责任感、创新精神和实践能力，以适应快速变化的社会生活、职业世界和个人自主发展的需要，迎接信息时代和知识社会的挑战”。理论基础艾曼贝尔提出“创造力组成成分理论”， 认为与领域有关的 技能、 与创造性有关的技能和内部动机共同构成了创新能力的交叉模型。斯腾博格认为创新能力是由“智力、认知风格、人格”三个维度构成，主要包含“智力

5、过程、认知风格、动机、环境、人格特征、知识”六个因素。综合学者们对创新能力的阐述，创新能力是个体在已有的知识、经验的基础上，研究和产生出独特、新颖、 有价值的思想、技术和产品的能力，其中包含了创新思维、创新意识和创新技能等。项目式学习、建构主义理论与团体动力学构成了开展STEAM项目式程序设计活动，培养学生创新能力的理论基础（如图1 所示）。图 1 理论基础1. 项目式学习理论项目式学习就是在一段学习时间内，达成一系列特定目标，完成相关任务，来源于杜威“做中学”的教育思想。杰克?吉多等人指出“项目就是以一套独特而相互联系的任务为前提， 有效地利用资源，为实现特定的目标所做的努力。”学生在项目式

6、学习过程中要系统地计划、解决问题、掌控时间、修正完善、综合分享。项目式学习综合了情境、活动、内容和成果等环节，在真实、具体的情境中自主探究、合作分享，从多角度解决开放性的问题，注重学生的发展性评价。在活动过程中，学生根据具体的项目制定计划，通过类比、参照、分析判断、大胆推测、应用合适的研究方法和研究工具求证，选择后续从哪些角度深入探究，并制作作品、合作分享，完成活动评价。2. 建构主义理论建构主义强调“意义建构”， 指出个体的学习和成长是与周围环境进行积极互动，逐步发展自身认知结构。建构主义学习理论认为“知识是通过个人与社会之间的互动、 中介、 转化等方面的张力形式而构建的一个完整的、发展的实

7、体。 ”知识建构在经验与情境的互动活动中完成，不能被机械地传递和复制。探究的方法不是固化的，新的探索和已有的知识、技能储备不是断裂的，要加倍努力营造探究氛围，创造条件，架设新旧知识的阶梯。要给学生时间和空间从已有的知识经验中寻求线索，找寻多样化的研究方法，激发学生自主探究的热情和兴趣。在学习活动中创设良好的自主探究环境，好比在学习花园中提供肥沃的土壤和理想的光照、水分条件，有助于学生的智慧之树发芽、抽枝，生长得更加枝繁叶茂。3. 团体动力学理论德裔美国心理学家库尔特?勒温将格式塔心理学原理应用于研究团体社会行为，提出团体动力学理论， “把团体作为一种心理学的有机整体，并在这种整体的水平上来探求

8、?F 体行为和团体过程或人的社会行为的潜在动力”。 团体动力学指出团体中每个成员之间都会有交互影响的作用，认为团体中每一成员都具有交互依存的动力。成员在合作、分享过程中，通过思维的碰撞、小组实践活动来解开疑惑。个人与群体目标具有高度的一致性，成员们互惠互助， 对新事物共同进行探索、尝试。 学习小组成员经过主题研讨、经验分享和实践协作，制定并执行有针对性的方案，实现个人成长和群体提高的双丰收。实施原则1. 发展性原则开展STEAM项目式编程设计，创作富有挑战性的科艺作品，丰富了教学活动的内容和过程，以多种形式呈现学习的中间结果和最终结果，也使学习过程的体验多样化。编程从可解决的问题入手，创设合理

9、的思维阶梯，逐步引发深层次思考，加强思维的深刻性；鼓励换角度思考，增强思维的灵活性；激励寻求多种途径解决问题，拓展思维的广阔性。活动进行发展性评价，学生逐步发展从平凡中发现新意的能力，养成创新习惯，形成良好的探索品格。 学生通过每一阶段的自我发展感受创新的喜悦，循序渐进地培养不服输的进取精神和浓厚的探索兴趣。2. 合作性原则学习同伴（包含同学关系、师生关系、亲子关系等）在志趣相投、体验分享和协作互助的基础上发展和谐的合作学习关系，在互动中实现自我价值与共同成长。具有不同的生活经验、思维方式、认知结构的成员们交流、互动，碰撞出思想的火花，得到启示，进一步丰富了自身的知识体系，提升综合能力，在情感

10、、态度、价值观方面也有了不同的感悟。协作有利于促进合作、拓 宽创新思维的广度，有益于做出批判性反思，培养深刻、独特、 敏捷、灵活的创造性思维。3. 开放性原则STEAM项目式编程及扩展设备可以无缝连接现实世界和虚拟世界的特点，创设生动的情境，调动多感官体验，开展探索、表演、实验、竞技等多种形式的学习活动，鼓励学生大胆猜测、反复尝试、多样求证，提升思维品质，培养独立思考和善于创造的精神。创造性思维包含抽象思维、形象思维、逆向思维、分合思维，扩散思维、集中思维、联想思维等，在创作过程中教师应鼓励学生发挥想象力，留有充分、开放的观察与思考空间，鼓励质疑和挑战。学生通过接纳与反驳、体验与改良等环节，激

11、发创新的兴趣和欲望，培养观察力、毅力和思维力。研学路径1. 有现实意义与价值的学习目标指向学生运用项目式学习方式来处理现实生活难题，经历发现问题、定义问题、构建假设、测试评估、智造展示等阶段，关注学校、家庭和社区等周遭环境与事物，并积极建言献策，发展创新精神、 实践能力和团队协作精神。学生在具有现实意义的情境中提出疑问、讨论分享，运用思维导图等工具来激发灵感、增长知识和技能。为了解决具有现实意义的问题，学生们在家庭、社区里做实地调研，联系生活实践、知识经验，发挥想象力和创造力。在 STEAM程序设计项目活动中创设情境，激发学生的主观能动性， 为完成创新设计和实施提供便利的技术支撑，无缝连接虚拟

12、世界和现实世界。学生们设计、开展实验，观察、收集数据，设计调查问卷，开展社会调研。通过组员间的合作、与家长的亲子互动、在社区的社会实践，设计新颖、有个性的作品，打破思维定式，克服惯性，敢于突破常规，乐于尝试新的方法、善于提出有独创性的思想。2. 提升团队和个人绩效的协作分享教师在STEAM项目式程序设计活动中顺势而导，通过启发、支持和引导来调动学生解决项目学习难点的主动性和积极性，引发和拓展他们对问题的深入理解与思考。学生以小组合作的形式，在团队中都有各自的角色和职责，角色也会发生轮换。团队成员们结合生活、学习实际，创作展现服务社会、科技创新的作品，根据责任分工记录研讨的问题列表、小结讨论日志

13、、归纳方案对策。 这样既可以分析学生个人的心得收获，又可以综合呈现群体的建议和方案。数字化的项目创作，把编程作为思考、设计、表达的工具，解决问题的策略、项目设计以及与其他人交流不同的想法， 这些技能不仅对计算机学科有用，对于各个领域的学习和生活技能的习得都很有帮助，能够促进知识的迁移和能力的提升。随着活动的开展，会不时遇到新的疑惑和困难，这些学习过程中出现的问题和瓶?i 往往恰是稍纵即逝的教学时机。学生在实践、合作、分享的过程中，对新事物共同进行探索、尝试，开展高效、默契的团队协作，共同攻克难关，强化思维训练，从而提升团队和个人绩效。学生们通过参与基于分享、合作的创意设计活动，发展创新思维和创

14、新技能，强化创新观念，达到增强信息处理和沟通能力、培养创新意识和创新思维，提升信息素养和创新能力的目标。3. 多维度的发展性评价项目式编程活动采用自评与互评相结合的发展性评价方式。学生除了展示作品外，还需介绍团队组成、创作过程、设计思路、原创内容说明等，从最佳技术、情节、 造型、 主题、 音乐、 合作、界面、创意、原创、改编等方面多维度相互评价与反思。师生评价、自我评价与生生评价注重对学生创新方法、创新过程、创新成果进行全方位的评价，评价和创新项目活动同时发生，并非只在活动结束时做出单一的终结性评价。评价在活动过程中实时反馈， 提供相应的帮助和建议，学生可以根据活动不同阶段的评价反馈以及相应的

15、学习支架，定制个性化的学习活动方案（如图2所示） 。 项目活动结合学生的年龄特点和心理发展规律，通过“想象创作除错分享、 回馈反思再想象”， 形成良性循环，培养学生勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力。在活动实践中把电子档案袋作为对学生进行综合、客观评价的重要依据，它记录和存载了学生在学习过程中的努力付出，档案袋集合了整个学习时间段里学生的作品资料。电子档案袋不仅包括活动的最终结果（作品），也包括学习过程中的活动记录、中间结果?p 素材片段?p 努力情况、进步情况、心得体会、反思总结等等，贯穿整个活动过程的始终，全面立体地记载了整个学习历程。 电子档案袋利用信息化手段呈现学习过程，再现了

16、学生参与活动的情境，体现了学习和评价的一体化。在电子档案袋（学生的成长记录袋）里不可避免地会出现记录错误的信息，对于这些错误的信息不能只是简单地全盘否定，而是要分析产生错误的原因，了解错误信息形成的过程，师生共同探讨出改进的方法，这种有效的、有针对性的反馈既促进了教师不断改进教学方法和策略，也促进学生不断改进学习和思维的方法和过程。开展 STEAM项目式程序设计活动注重在学生个性发展的基础上， 结合其兴趣、已有经验等来增强其对复杂事物和联系的理解力， 实现从“技术为核心”向“以学生能力为本”的转变。 学生通过STEAM项目式编程实践活动，“综合运用各学科知识， 认识、分析和解决现实问题，提升综合素质，着力发展核心素养，特别是社会责任感、创新精神和实践能力，以适应快速变化的社会生活、 职业世界和个人自主发展的需要，迎接信息时代和知识社会的挑战”。 软件编程结合多种扩展设备的使用，感知外界环境、事物的状态和变化，对外界的信号做出的有效的反应，把虚拟世界和现实世界结合起来，获得多感官的体验。学生运用软件和相应的扩展外设交互设计有意义、有情境、 有生活温度的作品，使发现创意、实现创新、表达分享的过程更智能、亲切，拓展创新的广度和深度。学