STEM教育視野下信息技術學科項目化活動設計與思考

曾召文

【摘 要】近年來，創新教育在國內逐漸興起，Scratch教學、深度學習、項目學習、STEM教育等熱詞頻頻出現在教育詞匯中，信息技術學科迫切需要發揮橋梁紐帶作用，融入這股潮流中。本文論述了信息技術學科開展STEM教育的必要性，并提供了運用Scratch開展STEM教育的項目化活動設計方案，希望為中小學信息技術教育的創新發展提供參考依據。

【關鍵詞】STEM教育；信息素養；核心素養；項目化學習

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2017）10-0068-04

時代需求的變化：從知識的接受者到知識的生產者

隨著全球化、信息化帶來的知識形態的轉變，Michael Gibbons等認為，以應用導向、跨學科或超學科導向、異質性互動導向、實踐反思導向、多維評價導向的知識生產模式2正在興起。該模式下，知識生產的動力有多種原因，知識生產不拘泥于固定的學術場所，被稱為“求力的知識”，而傳統的知識生產模式1，即以尋找 “第一原則”為動力的“求真的知識”的知識生產模式[1]，已經顯得力不從心，這是文明和科技進步的結果。在以標準化為特點的工業時代，物質相對匱乏，順從是這一時代的主旋律，學校培養了大批模式化人才以適應工業生產的需要，對大多數人而言，他們只是知識的接受者，受教育就是繼承和學習別人的已有成果。邁入信息社會，隨著科學技術的發展，人們生活水平日益提高，已不再局限于簡單的基本需求，轉而追求更高的物質、文化生活。于是個性化、定制等詞匯進入了人們的眼簾，主動創新成為這個時代的符號，社會呼吁更多的知識生產者不斷涌現。

現實世界中的問題一般很少通過某單一學科的知識來解決，基于此，STEM教育逐漸引起了人們的重視。近年來，STEM教育方興未艾，尤其在美國已有較大發展，累積了許多基于實際問題的案例。華東師范大學任友群教授認為，開展STEM教育就是為了培養模式2下的知識生產者，只有工程技術驅動的教育模式才能培養出當前急需的知識生產者[2]。在《教育2030：行動框架》中，聯合國教科文組織也提出了“鼓勵學生盡早接觸科學、技術、工程和數學（STEM）領域”。然而，在國內工程技術教育在基礎教育領域卻并不受重視，近年來，雖屢有呼聲，但仍處于起步階段，課程、師資、活動設計、資源和評價方式等方面都處在探索階段。

筆者認為，開展STEM教育是信息技術學科發展的一個良好契機。信息技術學科作為一門工具性學科可以有效地融入STEM領域，發揮橋梁紐帶作用，將分離的學科知識整合起來，發揮學生的想象力，激發他們的創新思維，培養信息時代的知識生產者。

學生行為意識的變化：從被動的重復技能訓練到主動追求創新

進入信息社會，與工業社會相比，教育情境發生了改變，教育主客體的文化背景、資源、信息傳播渠道以及目標取向較之以往呈現出不同的特征。

首先，教育主、客體的社會生活背景發生了變化。當前，處在基礎教育階段的學生是伴隨著數字化工具成長起來的“數字土著”，在耳濡目染中發展了數字素養，對新科技產品了然于胸。信息技術學科中陳舊的知識體系和內容設置已經不能吸引他們的注意力，例如，硬件與系統管理知識對十幾年前的學生來說顯得生澀難懂，對當前的學生而言，已經耳熟能詳。處在這一時代的教師也不再是一心只讀圣賢書的教書先生，他們無時無刻不受到碎片化信息的影響，信息技術應用能力逐步提升，認知方式也在悄然發生改變。以前熟練掌握信息技術的專任教師都是學校里的香餑餑，深受其他學科教師和學生喜愛，而今信息渠道日益拓展，學生可以在信息技術課堂以外獲取豐富的知識，信息技術學科因缺少特色而陷入可有可無的尷尬境地。

其次，學習資源和傳播渠道發生了變化。信息技術的飛速發展，信息資源呈幾何級增長，信息技術手段和工具日益人性化、簡單化和智能化，原來復雜的技術問題變得越來越簡單。比如，原來處理一張圖片可能要用到專業的Photoshop軟件，操作復雜，現在使用一款手機上的美圖軟件，輕輕一點就能實現專業的效果；以前要在網上發表文章必須學會網頁制作，還要具備空間、域名等網站管理知識，現在隨著Web技術的發展，信息傳播渠道越來越多，互聯網用戶既是信息的接收者又是信息的生產者和傳播者，用HTML5工具、微信、微博等就能輕松地發表意見、接受關注和評論。新技術使人們可以更加專注于觀點的深度和內容的創新，從而獲得別人的認同。

再次，學科價值取向發生了變化。目前，我國大部分地區的信息技術課還是側重于培養學生的信息技術技能，例如，使用軟件處理辦公文檔、圖片、音視頻，制作動畫等，學生在課堂上花費大量時間通過模仿和反復的操練，學習復雜的軟件操作，完成規定作品的制作，而在作品的創意上花費的時間卻極為有限。在缺乏新鮮信息刺激的教學場景中，大部分學生對學習的內容是排斥和厭倦的，特別是當程序和算法模塊被認為枯燥乏味而逐漸弱化以后，信息技術課堂上的學習內容基本變成了行為主義模式下機械地重復和強化序列化的操作，學生的邏輯思維和創新思維沒有得到有效的訓練和提升。追求新意和個性化是當前學生的特點，新時代的教師更應抓住學生的鮮明特點，轉換思維，優化內容設計，把培養學生的邏輯思維和創新思維作為教學的核心。

課程目標的變化：從關注信息素養到關注核心素養

《基礎教育信息技術課程標準（2012版）》[3]將課程目標設定為培養和提升學生的信息素養，側重于信息技術基礎知識和工具的使用，涉及硬件與系統管理、信息加工與表達、網絡與信息交流、算法與程序設計、機器人與人工智能基礎等。2016年國家層面相繼出臺了中國學生發展核心素養和各學科高中核心素養框架[4]，高中信息技術學科分別從信息意識、計算思維、數字化實踐能力、信息社會責任四個維度來闡釋核心素養的內涵。

核心素養提出以后，信息意識、信息與技術工具應用能力相比，內涵更加寬泛了，計算思維和數字化學習與創新也提上了議程。核心素養對學生能力發展方面提出了更高的要求，學科培養需求的變化要求廣大信息技術教師要突破陳舊觀念，順應時代發展。endprint

面向思維發展的項目化活動案例設計

信息技術教育是文化論與工具論的融合[5]，步入信息社會，信息技術早已作為一種文化融入人們的日常生活中，同時人們又把信息技術作為認知工具，用來認識周圍的物理空間和虛擬空間，在認識世界的過程中創生新的信息文化。課堂上，我們不能把信息技術僅僅作為一種工具來引導和教育學生，信息技術還能被用來創造新知識，豐富社會文化。開展STEM教育過程中，我們要清醒地認識到學生的制作過程是形式，材料和工具選擇是技能，設計是創新的體現，作品讓學生擁有成就感（馬濤，2016），否則極易陷入實踐課、制作課和技能訓練課的誤區。

當前有很多信息技術網絡平臺或工具支撐學生創新思維和邏輯思維的發展，如Scratch、App Inventor等等。本文的活動案例是基于Scratch來設計的，Scratch是由麻省理工學院（MIT） 設計開發的一款面向青少年的簡易編程工具，把交互式故事、游戲和動畫用編程的方式來實現，并能在在線社區上展示，還可以用來有效地擴展其他學科的教學深度。采用搭積木方式編寫程序，降低傳統編程語言學習的認知負擔，學生可以更專注地思考問題和作品創意。

教育游戲是“將生命的體驗與樂趣變為學習的目的與手段的一套工具和方法論”[6]。其生動形象的動態畫面、角色設計和任務情境設計對學生有天然的吸引力。筆者嘗試以小學信息技術拓展模塊算法與程序設計入門為例，將信息技術編程教學與語文、數學等學科知識結合起來，設計一個跨學科的項目化活動案例——用Scratch設計和開發小學數學計算題闖關游戲。

1. 設計目的

單純的小學學科知識枯燥乏味，引導學生在信息技術課堂上運用編程工具將學科知識融入游戲設計中，既可以培養學生的分析、建模等計算思維，還可以引導學生充分發揮想象力對游戲的任務情境和角色進行設計。同時，還可以將學科知識嵌入游戲關卡中，寓學于樂。完成項目學習后，可以展示給別人和發布到在線社區，體驗成功的喜悅，將學生從單純的游戲娛樂取向往游戲設計取向引導。

2. 教學分析

小學高年級學生處在具體運算階段到形式運算階段的過渡期，思考問題兼具形象思維和抽象思維的特點。以興趣作為切入點，將學習內容融入游戲設計中，能很好地體現杜威 “做中學”的教育理念。

數學計算和簡單游戲情境設計對高年級學生而言已不成問題，但對問題建模和理解程序算法和結構及事件偵測和觸發機制則需要加以引導。

3. 項目學習任務

學會游戲情境和腳本的設計方法；理解按鍵控制角色行走的方法；理解變量和變量列表存取數據的方法；理解通過詢問和回答命令顯示和存取數據；理解連接命令的用法。

4. 教學工具和資源

項目學習需要為學生提供豐富的學習資源，由于學生自主學習的時間多，筆者還借用了課堂行為管理工具管理學生的學習行為。

（1）編程工具：在線編輯器（https：//scratch.mit.edu/projects/editor/？tip_bar=home）或Scratch離線編輯器。

（2）學習資源：Scratch在線討論區和基于Moodle的Scratch專題學習網站（局域網訪問）。

（3）課堂行為管理工具：班級優化大師。

5. 項目教學環節設計

基于項目的學習，學生需要的是充足的學習時間，給他們足夠的思考空間和動手機會。Scratch支持在線編輯，給課堂提供了一個很好的延伸空間。

總結與反思

在小學階段開展STEM教育，Scratch是一個不錯的選擇，可以用它開發多學科學習案例。如語文課堂運用動畫功能制作數字故事，科學課堂演示燈泡隨電流變化的效果，音樂課堂彈奏出特色音符等，還可以與樂高積木配合開展機器人教學。Scratch弱化了程序代碼的書寫，積木式的程序塊讓特效設置更方便，交互更簡單，同時角色造型設計采用GIF動畫形式更容易讓學生理解，語音支持現場錄制。總之，這款工具給學生提供豐富的功能，便捷的操作讓學生可以專注于想象和創造。

值得提出的是，無論工具怎樣，關鍵是怎么用。如果我們僅僅把工具當作學習對象來教學，就只發揮了它的基本價值，對學生而言，也僅僅是多學會了一個軟件或一種技能。如果我們把它當作認知工具和創作工具，在項目活動中進行深度學習，我們還會發現它更大的價值，發展學生的創新能力和思維，創作出意想不到的新作品。endprint