“Scratch+科學(xué)”的STEAM教學(xué)案例開發(fā)

蔡艷妮 陳云柱

摘要：基于小學(xué)科學(xué)核心素養(yǎng)，嘗試設(shè)計(jì)“Scratch+科學(xué)”的STEAM教學(xué)軟件——星座連連看，探究將星空中不同的“恒星”模擬成“亮點(diǎn)”，按照一定的順序連接起來，形成不同的視覺圖像，構(gòu)成不同的星座，從而幫助學(xué)生構(gòu)建對(duì)“星座”這一科學(xué)概念的理解，并體驗(yàn)到信息技術(shù)編程與科學(xué)融合的樂趣。

關(guān)鍵詞：Scratch+ ;星座;融合

一、案例開發(fā)背景

小學(xué)科學(xué)新課標(biāo)提出以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨，以探究活動(dòng)為主要學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生能夠感知物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)、技術(shù)與工程中較直觀、學(xué)生有興趣參與的學(xué)習(xí)內(nèi)容為載體，重在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣、正確的思維方式和學(xué)習(xí)習(xí)慣?！靶亲笔橇昙?jí)科學(xué)下冊(cè)第三單元“宇宙”中的第六課。地球是目前人們認(rèn)識(shí)到的宇宙中唯一適合人類生存的星球。地球與宇宙中的有關(guān)現(xiàn)象、事物和規(guī)律，具有時(shí)間和空間的復(fù)雜性，需要對(duì)它們運(yùn)用實(shí)地觀察、長(zhǎng)期觀測(cè)、建構(gòu)模型、模擬實(shí)驗(yàn)、邏輯推理等方法進(jìn)行研究。

六年級(jí)學(xué)生的思維處于前運(yùn)算階段，依賴于形象的事物，他們喜歡動(dòng)手探究，富有想象力，對(duì)宇宙中天體的關(guān)系充滿好奇心。傳統(tǒng)的星座辯認(rèn)的教學(xué)重在制作星座模型，再對(duì)模型進(jìn)行合理推理，缺乏探究的過程，停留在表面的認(rèn)識(shí)。因此，我萌發(fā)了設(shè)計(jì)一款以讓學(xué)生自己動(dòng)手探究星座視覺圖像為主題的學(xué)習(xí)軟件——星座連連看，它將有助于學(xué)生形成星空的空間概念，學(xué)會(huì)找星座的方法，激發(fā)學(xué)生對(duì)星座觀測(cè)的探究熱情，發(fā)展空間想象、模型思維、邏輯推理等能力，為課后去觀測(cè)星空做鋪墊。

二、案例內(nèi)容

（一）設(shè)計(jì)思路

本軟件以STEAM理念為指導(dǎo)，將“兩點(diǎn)連線”作為第一關(guān)，重在熟悉點(diǎn)與點(diǎn)間連接的操作，感受一筆成線的體驗(yàn)。第二關(guān)為“按點(diǎn)畫北斗七星圖”，在數(shù)字提示下，連成七星圖，形成星座的概念。第三關(guān)為“看圖連星座”，以白羊座為例，感受不同的連法可形成不同的圖案星座。

（二）開發(fā)環(huán)境選擇

Scratch是由MIT設(shè)計(jì)開發(fā)的可拖曳圖形化的積木式編程工具，它包括固定的9種編程行為：動(dòng)作、事件、外觀、控制、聲音、偵測(cè)、畫筆、數(shù)字和邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)。Scratch功能強(qiáng)大，編程簡(jiǎn)易，趣味性強(qiáng)，它能輕松地實(shí)現(xiàn)交互式故事、動(dòng)畫、游戲等效果，故選擇用它來創(chuàng)作這個(gè)教育軟件。

（三）軟件開發(fā)的過程

第一步：學(xué)習(xí)軟件。學(xué)校開設(shè)了“Scratch+學(xué)科融合”的社團(tuán)，每周上2節(jié)課，在兩年的學(xué)習(xí)過程中，通過設(shè)計(jì)制作“圖章小工具”“記憶大比拼”等軟件，學(xué)生基本掌握了Scratch的編程語言和制作技術(shù)，具有設(shè)計(jì)和開發(fā)的技能基礎(chǔ)。

第二步：初步設(shè)計(jì)軟件的功能。如何確定星座的位置，如何用鼠標(biāo)來連接不同的亮點(diǎn)，如何檢測(cè)是否已經(jīng)連好預(yù)設(shè)的星座點(diǎn)，從而形成某一星座的視覺效果，以及不同關(guān)卡的切換檢測(cè)。

第三步：準(zhǔn)備資料。通過百度檢索“北斗七星圖”“白羊星座圖”和“手”的圖片，并利用“美圖秀秀”軟件對(duì)圖片進(jìn)行處理——美化和透明化。

第四步：開始制作。第一關(guān)是兩點(diǎn)連線，熟悉點(diǎn)與點(diǎn)間連接的操作。先做用來連線的點(diǎn)和畫線的角色“手”，連線的點(diǎn)會(huì)在規(guī)定范圍內(nèi)隨關(guān)卡變化在固定位置出現(xiàn)，如果線連完，即可進(jìn)入下一關(guān)。當(dāng)1點(diǎn)被點(diǎn)擊時(shí)，就會(huì)發(fā)出先2的廣播，否則發(fā)出后2的廣播。另一個(gè)點(diǎn)是用來畫線的，它會(huì)一直隱藏，如果接收到連線的廣播信號(hào)，就會(huì)在兩點(diǎn)之間畫出線來，“手”會(huì)在兩點(diǎn)之間來回移動(dòng)，通過X與Y坐標(biāo)的移動(dòng)，指引使用者按照提示連線，動(dòng)態(tài)地演示了“連一連”的過程。第二關(guān)是“按點(diǎn)畫北斗七星圖”。按照北斗七星的星座圖，在對(duì)應(yīng)的位置抽離出7個(gè)點(diǎn)，每一個(gè)點(diǎn)按照連接的順序排列，并標(biāo)注上數(shù)字1～7，讓用戶能根據(jù)提示找到點(diǎn)與點(diǎn)連接的方法。當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊1點(diǎn)和2點(diǎn)時(shí)，兩點(diǎn)之間會(huì)畫一條紅線，作為圖像的標(biāo)注，依次連接，即可形成北斗七星的視效圖像。第三關(guān)：“看圖連星座”。以白羊星座圖為例，它需要4個(gè)點(diǎn)按照一定的順序連接。但本關(guān)加大難度，界面上出現(xiàn)7個(gè)點(diǎn)，增加辨認(rèn)空間點(diǎn)排列關(guān)系的難度，也反映真實(shí)觀測(cè)星座時(shí)，由于星空是無數(shù)個(gè)恒星的發(fā)光體，故連接不同的恒星，會(huì)出現(xiàn)不同的形狀。讓用戶“眼見為實(shí)”地體驗(yàn)到“星座”是人類對(duì)恒星位置空間排列的想象。 接著制作任務(wù)提示按紐。它用于提示用戶如何操作通過本關(guān)，并告訴用戶注意事項(xiàng)。在游戲過程中，設(shè)計(jì)了忽明忽暗的效果，引起用戶關(guān)注。提示按紐隨不同關(guān)卡設(shè)計(jì)不同的文字說明。最后，當(dāng)連成白羊星座圖時(shí)，就顯示你已成功的點(diǎn)贊圖。

第五步：程序測(cè)試階段，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。問題：發(fā)現(xiàn)畫線的點(diǎn)從A點(diǎn)移到B點(diǎn)的中間那段時(shí)間里，如果快速點(diǎn)擊C點(diǎn)，程序就會(huì)自相矛盾，畫出一個(gè)奇怪的圖形。后來，我建立了一個(gè)變量，在畫線的時(shí)間里，這個(gè)變量的值始終為1，否則為0，如果在畫線的時(shí)間里點(diǎn)擊其他的點(diǎn)，會(huì)自動(dòng)檢測(cè)這個(gè)值是否為1，如果是，就不發(fā)出連線的廣播;如果否，就發(fā)出連線的廣播，從而解決問題。

（四）開發(fā)反思

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理最好的途徑。通過探究星座的視覺秘密——以“星座連連看”的開發(fā)案例來說明科學(xué)與Scratch融合的三點(diǎn)思考。

1.探究星座的視覺秘密后的完善構(gòu)想

“星座連連看”軟件設(shè)計(jì)完成后，拿給六年級(jí)5個(gè)班進(jìn)行課堂上的教學(xué)練習(xí)，讓同學(xué)們體驗(yàn)星空的構(gòu)建秘密，感受不同的恒星位置排列會(huì)形成不同的視覺圖像，讓同學(xué)們無師自通地懂得“星座”的科學(xué)概念，突破了教學(xué)的重難點(diǎn)，大受歡迎。于是，大家提出能否加入“大熊星座”“小熊星座”的關(guān)卡，甚至是將某一片星空的點(diǎn)全布在界面上，讓大家去連出自己認(rèn)識(shí)的星座，并且計(jì)時(shí)比賽，比比看誰認(rèn)的星座又快又準(zhǔn)。

2.“Scratch+科學(xué)”與 STEAM教育理念相互成就

“Scratch+科學(xué)”與 STEAM教育理念相互成就，主要有以下三個(gè)方面的思考。（1）二者對(duì)學(xué)習(xí)者的培養(yǎng)目標(biāo)是一致的。從學(xué)生的核心素養(yǎng)出發(fā)，發(fā)展學(xué)習(xí)能力、思維能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，從真實(shí)問題的解決過程中，能了解科學(xué)、技術(shù)、人類社會(huì)發(fā)展和文明的過程，形成創(chuàng)新意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。（2）二者對(duì)學(xué)習(xí)方法的要求是一致的。探究式學(xué)習(xí)是學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的重點(diǎn)方式之一。它突出真實(shí)問題的創(chuàng)設(shè)，提供探究的工具和資源，使學(xué)生在做中學(xué)和學(xué)中思的參與過程中，動(dòng)手動(dòng)腦，經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，獲取科學(xué)知識(shí)，領(lǐng)悟科學(xué)思想，培養(yǎng)科學(xué)思維。（3）二者對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的定位是一致的。

科學(xué)的核心是發(fā)現(xiàn)，技術(shù)的核心是發(fā)明，工程的核心是建造，數(shù)學(xué)的核心是建模，藝術(shù)的核心是設(shè)計(jì)。STEAM教育強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)的跨學(xué)科知識(shí)，去解決個(gè)人生活和社會(huì)發(fā)展的問題，讓學(xué)生通過科學(xué)技術(shù)與工 程實(shí)踐活動(dòng)培養(yǎng)解決問題的思維。

3.信息技術(shù)助力科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)，打造體驗(yàn)式學(xué)習(xí)

小學(xué)科學(xué)課強(qiáng)調(diào)通過動(dòng)手做來學(xué)習(xí)科學(xué)，如做實(shí)驗(yàn)、觀察、測(cè)量、種植與飼養(yǎng)、制作實(shí)物模型等，這些方法符合兒童的天性，可以有效地激發(fā)兒童的學(xué)習(xí)興趣。但不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，有不同的理解和呈現(xiàn)特點(diǎn)。如電荷的相互作用、磁場(chǎng)的強(qiáng)弱對(duì)電流的影響、宇宙中地月系月球運(yùn)行的規(guī)律、星空中的星座等內(nèi)容，因看不見、摸不著，傳統(tǒng)的教學(xué)方法無法解決學(xué)生對(duì)其概念的認(rèn)識(shí)、對(duì)其原理的理解。此時(shí)，信息技術(shù)支持下的虛擬實(shí)驗(yàn)、模擬軟件，將無形化為有形，讓靜止化為動(dòng)態(tài)，提供學(xué)生探究的體驗(yàn)，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生科學(xué)探究的欲望，符合其科學(xué)的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，能起到化龍點(diǎn)睛的作用。

[本文系深圳市龍華區(qū)“ 十三五”教育科學(xué)規(guī)劃課題“面向STEAM的“Scratch+繪畫”課程開發(fā)及實(shí)踐”（﹝2019﹞ LHQNFZ19150）的階段性成果]

（責(zé)任編輯：韓曉潔）