1. 引言
近年来，“以学生为中心”等新的教育理念逐渐受到重视，本文提出的STEAM + 5C理念符合这一教育主旋律。本文对于高等教育中的计算机学科的教育教学具有理论和实践意义。首先，推进高等学府运用STEAM教育开展计算机学科教育，与义务教育不同，高等教育的知识体系相对更为复杂，知识点分散，充分利用STEAM理念可以提高教学效率；其次，为计算机学科专任教师提供基于STEAM教育的项目参考案例，现大多数学校从理论型大学像应用型大学转型，这就要求老师坚持理论实践一体化，STEAM教育恰好符合这一理念；最后，结合5C的评价模式，可以转变学生的学习态度，提高学生的学习能力，加强学生对计算机技术在实际生活中的应用。
2. STEAM与5C模式
STEAM教育理念源于美国，是一种培养实用创新型人才的方式。美国学者在原有的STEM框架上加入“A元素”后，正式提出STEAM理念。STEAM由科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Art)和数学(Mathematics)这五个英文单词的首字母组成，是一种跨学科、多学科融合的教育教学实践方式。2007年美国开始把STEAM教育理念与K12课程相结合，以此提高美国中小学的科学素养和实践能力；2015年美国将STEAM教育扩展到高等教育，从而覆盖全年龄教育体系。此后，韩国、英国等国家也开始采纳STEAM理念。2016年，Kelley等人在真实环境中用STEM进行各学科之间进行整合，提出一种新的STEM框架，以此促进学生对各学科产生一致性理解与共识；同年，Lyn指出在整合中应该多关注数学和科学，并提出多学科整合的建议。
在我国，STEAM理念也越来越引起国内学者注意，但我国的研究大多在幼儿和初小教育，关于在高等教育的应用不多。2020年，袁磊提出深化STEAM教育教学的改革路径[1]；2022年刘小娟认为可以利用情境问题驱动课堂教学，利用工程项目整合教学内容，以此培养学生的科学思维和问题解决能力[2]；2023年吴金花认为可以通过项目式学习引导学生进行头脑风暴，学生通过交流提出不同的解决方案，以此培养他们的发散思维[3]；在教学模式方面，闵文静以STEM教育理念为背景，结合UIRDE模式以及三种探究式学习过程设计了UIRDE探究性教学，并且针对学生和教师设计了不同的评价量表[4]；王廷焱依据STEAM的核心理念，提出了将物理实验与表演艺术相结合的方法，以此来激发学生对实验的热情[5]；此后张晓峰将STEAM教育理念应用于物理学中“杠杆”的课堂教学[6]；李天宇将STEAM理念渗透至中小学人工智能教育方面[7]；2021年周子明等人将STEAM教育融入设计思维[8]；2022年归妙龄等人将STEAM教育与中职课程相结合[9]。
而5C模式起源于欧美等发达国家，20世纪90年代，为了衡量社会对人才能力的要求，提出5C模式，5C能力是指创造力(Creativity)、问题解决能力(Complex problem solving)、批判性思考能力(Critical thinking)、合作学习能力(Collaboration)和沟通交流能力(Communication)。1992年，澳洲提出“学以致用七能力”，为了有效提高工作能力；1996年，联合国教科文组织提出“终身学习四大支柱”，以便使人才快速适应社会；2003年，美国提出“21世纪关键能力”，评判人才必备能力；2005年，欧美提出“终身学习八项关键能力”，使人才更好的实现自我。5C评价模式是新时代对人才需求提出的关键能力和综合能力的培养要求。
将STEAM教育理念和5C评价模式与计算机专业课程教学的特点相结合，可以构建更加完善的理论框架。在计算机专业课程教学中，融入科学、技术、工程、艺术和数学等多学科知识，打破学科界限，形成跨学科的学习目标和主题。通过项目式学习和探究式学习等方式，让学生在解决实际问题的过程中综合运用多学科知识，提高跨学科整合能力和创新能力。通过实验室实践、项目开发和实习机会等方式，让学生在动手实践的过程中锻炼动手能力和创新思维。同时，鼓励学生参与科研项目和创新竞赛等活动，激发他们的创新潜能和创造力。
采用5C评价模式，全面评估学生的学习能力和综合素质。关注学生的学习态度、诚信度和责任感；评估学生的学习能力、解决问题的能力和创新能力；考察学生的知识储备、学习资源和背景；评估学生的团队协作能力、沟通能力和分享精神；关注学生的学习环境、家庭支持和社会背景等外部条件。通过全面评估，教师可以更好地了解学生的学习状况和需求，制定个性化的教学策略和辅导方案。
由此可见，将STEAM教育理念与高等教育尤其是计算机方向的教育相结合是本文探讨的重点。而目前社会所需的人才不再是单一的人才，是集多元化知识体系于一身的多方位人才，因此有必要将5C评价机制引入。
本文是结合STEAM教学模式和5C评价模式的一种创新改革，重点探究将传统的计算机课程进行STEAM模式改革，改善传统教学模式缺乏趣味性、生活性的问题，改变学生的学习态度并培养相应的5C能力。
3. 计算机相关课程现状
在本人的教学过程中，发现计算机专业在课程教学方面存在些许问题。
1) 生源质量参差不齐。由于入校学生的录取分数范围比较大，所以学生的学习水平高低不一，虽然有的学习态度很好，但是学生的学习基础和学习习惯存在差异，当老师用计算机、移动电子设备等多媒体进行教学时，大多数学生首先会想到用他们去娱乐而不是去操作老师讲过的知识点。
2) 教学内容不能与时俱进。由于计算机专业的特殊性，发展极为迅速，所以在教学时发现，有一些的课本以及部分操作软件存在一线落时的知识与技术，比如win7的系统，过于老旧版本的Eclipse等。这会导致教学与社会应用的严重脱节，即使学到知识到工作中也完全用不到，阻碍了学生的发展。
3) 教学模式相对传统。为了便于管理学生，部分老师还是以讲授者的姿态去向学生灌输知识，这样做虽使得课堂纪律更好，但是课堂缺乏趣味性、学生与老师缺乏互动性，不利于师生良好关系的建立。
4) 对学生评价过于单一。考试还是大部分学科评价学生的手段，这很大程度上造成学生平时不学习，到了考试的时候熬夜背书的情况。学生的其他方面无法得到全面评价。
由此，本文提出的STEAM理念和5C评价模式可以有效地解决以上问题。
4. 基于STEAM与5C模式的课程建设
目前，STEAM理念在我国的中小学教育应用研究较多，因此为其在高等教育中的实践提供了参考案例。高等教育与中小学教育最大的区别在于知识的体量和难度等级，因此根据高等教育的教学风格，可以探寻新的与STEAM理念和5C评价体系的模式。
本文分3个阶段完成。阶段一，进行相关资料的收集；阶段二，进行相关的理论研究，通过调研，比如发放问卷的方式，对学生的学习情况的难点和痛点进行分析；阶段三，进行教学实践，将STEAM和5C教学法应用于相关课程的教育教学实践；阶段四，总结阶段，对于在课程实践的效果进行分析，形成最终结论。图1为文的具体框架思路。
Figure 1. Framework concept
图1. 框架思路
图2为实施具体流程图，我们来通过具体案例来看一下流程，在备课阶段在分析学习者、内容以及社会需求的基础之上给出教学方案并基于STEAM教育理念进行优化；教学实施阶段通过项目去教授学生相关概念与知识，寓教于行，使学生在实践中充分理解所学内容；教学实施完成后积极进行5C评价，快速对学生的学习情况进行正向反馈，同时在多个维度对学生的学习成功进行评判，避免单一考核模式的出现，多方面评测学生的学习力。
Figure 2. Flow chart
图2. 流程图
本文以《网络安全编程》这门课为例。《网络安全编程》网络工程专业的一门重要的课程，该课程的教学目的是为网络工程专业学生后续网络软件开发打下基础。该课程考核的是为了衡量学生理解网络传输协议、掌握、应用UDP、TCP协议，基于Java API开发网络通讯软件，实现文本、文件内容的加密安全传输。那么也就说本课程为以提高学生的编程能力为主，要求学生能较好地理解和运用基于JAVA的网络通讯API编程，考察学生解决问题的基本能力。但现有的考核模式为考试，面临如下问题：
1) 不能很好的体现学生的学习水平。采用传统的考试模式，没办法体现学生的实际操作与运用软件的编程的水平，考核方式过于单一。因此决定采用分阶段考核 + 答辩的方式，通过测评学生每章代码的完成情况来给出相应的分数，这样可以更全面的体现学生的实际动手操作水平和知识的掌握程度。
2) 纯理论的授课模式过于枯燥，想要调动学生的积极性首先要学生动手自己去操作，因此采用实践与讲授结合的方式进行教学。
因此，本文对《网络安全编程》中要讲授的主题为“客户机与服务器通信”这个点进行STEAM设计。其中科学(Science)，考查学生科学合理的使用计算资源，因此主要对学生讲解线程池的概念并对其进行考查；技术(Technology)考查学生对相关技术的应用，比如考查对本节重点知识套接字、输入输出流等相关技术的使用；工程(Engineering)这里主要考查学生的工程性，用工程思维去解决问题，这里选择考查学生对Eclipse以及Jframe框架的使用；艺术(Art)主要是考查学生的审美，因此界面的布局与色彩的搭配是重点；数学(Mathematics)主要是对学生各自数学知识的考查，如各自元素的相当位置，图例占比等。图3为本次主题涵盖的STEAM教育理念。
Figure 3. Integration diagram of STEAM education philosophy and curriculum content
图3. STEAM教育理念与课程内容结合图
在进行完STEAM理念的课程后，基于学生自评、同学互评、教师评价三方面给出5C评价分数。通过最终作品对学生的创造力、问题解决能力、批判性思考能力、合作学习能力和沟通交流能力进行评判，采用师生评价、生生互评、学生自评的模式。图4为5C评价模式与课程内容的具体结合。
Figure 4. Integration diagram of 5C evaluation mode and course content
图4. 5C评价模式与课程内容结合图
教改实践结果表明，首先STEAM的教育理念可以有效促进学生5C能力的提升，而5C能力的提升可以更好促进STEAM教育理念的实施。通过STEAM教育理念可以更好的提高学生的创新能力、实践能力、合作能力、沟通能力和辩证思维能力。其次，有助于改善学生的学习态度，让学生更好的参与进课堂的学习中来，做到“学以致用，学以实用”，培养学生的综合素质和终身学习能力，提高学生对计算机专业的兴趣。
课改的重难点在于，如何将复杂的理科方向的知识变得更具趣味性是任课教师需要关注的重点；同时对于学生的5C评价机制要制定合理的标准，不然会造成教师过于主观的评价，因此需要结合任课老师、辅导员、学生互评等多方评价。
5. 总结
本研究成果可以为计算机学科专任教师提供基于STEAM教育的项目参考案例。通过对本方案的实践，能给应用型高校提供实施参考价值。另外本研究从创新教师教学方式与学生评价体系为出发点，着力于提升课堂的趣味性与实用性，提高学生的课堂积极性与各方面综合素质能力，提高教育教学质量，从而为社会培养具有创新精神和实践能力的计算机专业人才。
基金项目
2024年亳州学院质量工程教育教学改革研究项目(2024XJXM063)。
NOTES
*通讯作者。