STEM教育理念下的信息學(xué)課程教學(xué)

陳茂賢

在傳統(tǒng)的信息學(xué)課程教學(xué)中，教師往往只注重單調(diào)、機(jī)械的編程教學(xué)而忽略了其背后蘊(yùn)藏的多學(xué)科交叉融合思想，從而局限了學(xué)生解決問題綜合能力的培養(yǎng)。以科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)為核心多學(xué)科交叉融合的STEM教育理念的提出，豐富了信息學(xué)課程教學(xué)的內(nèi)涵，并創(chuàng)新了基于綜合能力培養(yǎng)的信息學(xué)課堂教學(xué)模式。

一、STEM教育理念

STEM 是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的簡稱，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合。STEM 教育并不是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)教育的簡單疊加，而是將四門學(xué)科內(nèi)容組合成有機(jī)整體，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。

跨學(xué)科就是要求教師在基于STEM理念實(shí)施教學(xué)時(shí)，不將重點(diǎn)放在某個(gè)特定學(xué)科或者過于關(guān)注學(xué)科界限，而應(yīng)將重心放在真實(shí)問題的解決上，跨越學(xué)科界限，強(qiáng)調(diào)綜合利用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)解決問題。

二、中小學(xué)信息學(xué)課程特點(diǎn)

中小學(xué)信息學(xué)是一門涉及算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)等方面的內(nèi)容，以編程解決問題為核心的學(xué)科拓展課程，基于問題的學(xué)習(xí)（PBL）是其重要的教學(xué)模式。學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)原理、數(shù)學(xué)知識(shí)、軟件工程思想和計(jì)算機(jī)操作技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)來解決大量的實(shí)際問題。中小學(xué)信息學(xué)課程將有關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)引入到編程解決問題中學(xué)習(xí)，并構(gòu)建數(shù)學(xué)模型；組織學(xué)生運(yùn)用工程的思想進(jìn)行問題的需求分析、算法規(guī)劃和程序設(shè)計(jì)；學(xué)生通過掌握信息技術(shù)操作實(shí)現(xiàn)上機(jī)編程和調(diào)試程序；在編程解決問題的過程中，還需要運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的原理、思想和方法，才能更好地進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建和算法的設(shè)計(jì)。

三、STEM理念下信息學(xué)課程教學(xué)模式

根據(jù)STEM教育理念和信息學(xué)課程的特點(diǎn)，將STEM理念滲透到基于問題學(xué)習(xí)的信息學(xué)課程教學(xué)過程中，筆者提出了如圖所示的“STEM理念下的信息學(xué)課程教學(xué)模式”。

四、STEM理念下信息學(xué)課程教學(xué)案例

以編程解題“整除的判斷”為例說明。

1.提出問題

爸爸買了新房子，正打算給小明的房間鋪邊長是c厘米的正方形地磚。小明趕緊拿尺子量了一下自己的房間，發(fā)現(xiàn)長a厘米，寬b厘米。問：在不切割地磚的情況下，能用若干塊地磚正好鋪滿這個(gè)房間嗎？

2.分析問題

本題已知條件是房間的長和寬以及正方形地磚的邊長，需要解決的問題是怎樣不切割地磚剛好鋪滿房間。要解決該問題，就要了解正方形有什么特點(diǎn)，長和寬是什么以及不切割地磚鋪滿房間要滿足什么條件。通過分析最后得出“房間的長和寬都要是正方形地磚邊長的整數(shù)倍”的結(jié)論，這個(gè)過程滲透著數(shù)學(xué)思想。

3.學(xué)習(xí)新知

本題中，需要由前面的分析引出判斷“整數(shù)倍”的程序表達(dá)，如a除以b的余數(shù)為0，則a能被b整除。那么，在C++編程可用if（a%b==0）來判斷。通過新知識(shí)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體驗(yàn)計(jì)算機(jī)科學(xué)的有關(guān)原理。

4.解決問題

本例要解決的問題最后可歸納為“輸入三個(gè)正整數(shù)a，b和c，判斷a和b是否能同時(shí)被c整除的問題”，我們需要編出實(shí)際程序來解決問題。

指導(dǎo)學(xué)生在構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)算法、編寫并調(diào)試程序，利用程序求解問題的結(jié)果，這與“需求、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、確認(rèn)以及維護(hù)” 軟件工程思想相一致，在編程和調(diào)試過程中，需要計(jì)算機(jī)操作技術(shù)的支撐。

5.展示交流

教師抽樣展示學(xué)生程序，并讓學(xué)生說解題思路，交流探討學(xué)生操作過程出現(xiàn)的問題、解決的方法，從而進(jìn)一步強(qiáng)化STEM教育理念的滲透，提高學(xué)生解決問題的綜合能力。

6.總結(jié)反思

歸納總結(jié)解題思路，思考整除和求余運(yùn)算還可以解決哪些生活實(shí)際問題？如找出8的所有倍數(shù)，這些都是可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)反思的內(nèi)容。

“STEM理念下的信息學(xué)課程教學(xué)模式”的提出是一種新的嘗試，在體現(xiàn)其跨學(xué)科性的同時(shí)，將趣味性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性和藝術(shù)性帶進(jìn)信息學(xué)課堂，期望能給枯燥單調(diào)的信息學(xué)課堂打開另一片天空。endprint