STEAM視角下的教科版高一《信息技術基礎（必修）》教材分析

牛彥敏 茍金姍 彭明虹

摘要：信息技術是培養學生STEAM素養的學科之一，信息技術教材是教師開展教學的重要依據，也是學生學習的第一手資料，其編寫質量直接影響學生STEAM素養的高低。因此，本研究從STEAM視角出發，借助STEAM金字塔工具，選取教科版高一《信息技術基礎（必修）》教材作為研究對象，采取定量和質性相結合的方法對知識內容的分布和編排情況進行分析，得出相關結論，發現存在的不足，希冀能為我國信息技術學科教材的編寫以及學生STEAM素養的培養提供借鑒和參考。

關鍵詞：STEAM工具;STEAM教育;高一信息技術;教材分析

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）31-0284-05

An Analysis Study of the Textbook of "Basic Information Technology （Compulsory）" for High School in Educational Science Press from STEAM Perspective

NIU Yan-min12， GOU Jin-shan1， PENG Min-hong3

（1. School of Computer and Information Science， Chongqing Normal University， Chongqing 401331，China;2. Chongqing Engineering Research Center of Educational Big Data Intelligent Perception and Application， Chongqing 401331，China; 3. Audio-visual Education Center， Xiantao 433000，China）

Abstract： Information technology is one of the subjects that cultivate students' STEAM literacy. Information technology textbooks are an important basis for teachers to carry out their teaching and are also the first-hand materials for students' learning and the quality of their compilation quality directly affects the level of students' STEAM literacy. Therefore， with the help of STEAM pyramid tool， selects the textbook of "Information Technology Fundamentals （Compulsory）" for high school in Educational Science Press as the research object from the perspective of STEAM， adopts a combination of quantitative and qualitative methods to analyze the distribution and arrangement of knowledge contents， draw relevant conclusions and find out the shortcomings， hoping to provide reference for the compilation of information technology textbooks and the cultivation of students' STEAM literacy in China.

Key words： STEAM Tool; STEAM Education; High School Information Technology; Textbook Analysis

1 引言

STEM教育緣起于美國，美國深刻意識到理工教育對其發展的重要性[1]。1986年，美國國家科學委員會（NSB）發表了題為《本科的科學、數學和工程教育》的報告，被視為STEM教育的開端[2]。自此，STEM教育受到各國廣泛關注。STEM教育強調知識的跨學科融合，將科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）的相關知識融合起來，培養學生創造性思維、動手解決生活真實問題的能力。2006年，美國教授G.Yakman首次提出藝術（Arts）學科并將其與STEM四大學科進行融合，形成STEAM。自2002年以來，英國政府相繼發布一些報告，投入大量資金加大對STEAM教育發展的建設，培養具有豐富STEAM知識和全面技能的人才[3]。近年來，澳大利亞的學生在涉及STEM領域知識的國際測評項目中呈現顯著下降趨勢[4]，這引起政府的高度關注，連續兩年頒布綱領性文件。到目前為止，澳大利亞已建立較為全面的STEAM教育政策體系。受各國STEAM教育的影響，結合我國自身教育體系所面臨的改革，我國也開始進行有關STEAM實踐的教育研究。2016年6月，教育部印發《教育信息化“十三五”規劃》通知，提到有條件的地方要積極探索新型技術在眾創空間、跨學科學習（STEAM教育）、創客教育等新的教育模式的應用[5]。信息技術是培養學生STEAM素養的學科之一，信息技術教材是師生進行STEAM教育的橋梁，其編寫質量是影響學生STEAM素養高低的重要因素之一。因此，有必要從STEAM視角出發，對信息技術教材的知識要素在五門元學科的分布情況以及跨學科內容的編排情況進行分析，希冀能為我國信息技術學科教材的編寫以及學生STEAM素養的培養提供支持，并為相關研究做進一步的借鑒和參考。

2 研究設計

2.1 研究對象

現行高一信息技術教材版本主要有人民教育版、中國地圖版、上海科技版、廣東教育版、浙江教育版、教育科學版等，本研究選擇教育科學出版社高一信息技術教材《信息技術基礎（必修）》作為研究對象，該教材共計7個單元，分為20節，細化為51小節。

2.2 研究問題

本研究將要探討以下三個問題：

1）該教材的知識要素是否覆蓋STEAM五大元學科？

2）該教材的知識呈現方式是否符合學生的認知規律？

3）該教材是如何進行跨學科內容的編排？

2.3 研究方法

因本研究要分析該教材知識要素在五門元學科的分布情況和所占比例，所以采取定量與質性相結合的方法。在研究前期以單元進行劃分，將教材中的知識點提取出來，進行編碼量化，然后借助ST∑@M金字塔工具進行歸類統計與數量分析，計算教材中有關STEAM知識要素的所占比例，從而了解其分布情況。在此基礎上，對該教材的呈現方式以及內容編排進行質性分析。

2.4 研究工具

ST∑@M金字塔工具是以STEAM教育為基礎理念所提出的[2]，構建了S、T、E、A、M五個元學科的學科體系，每個元學科又精準劃分成具體子學科。參照2018年新修訂的STEAM金字塔框架，翻譯成中文版即ST∑@M金字塔結構框架[6]，如圖1所示。本研究查閱相關文獻資料，形成STEAM編碼表，因在抽取知識要素過程中發現，所抽取的知識要素并未涵蓋ST∑@M金字塔工具中的所有子學科，所以對不涉及的子學科在編碼表中予以刪除，表1為該教材的STEAM編碼表以及相關內容的節選描述。

2.5 研究過程

首先，兩名研究者背對背將教材的七個單元知識進行抽取，再進行編碼，編碼格式以A-（B）的形式表示，A代表第幾單元，B代表該單元的第幾個知識點，所有知識提取完成后，根據最新版ST∑@M金字塔工具，查閱相對應子學科的具體內容，按單元知識進行子學科歸類并進行定量分析。對存在分歧的知識點和專家共同討論，直到達成統一的意見。最后，對教材內容以及編排進行質性分析，根據分析結果，解決研究問題，得出研究結論。

3 研究結果

3.1教材知識點的定量分析

3.1.1 S、T、E、A、M知識點在教材的整體分布情況

經過數據統計，剔除重復知識點，該教材涉及S、T、E、A、M知識點共588個。借助ST∑@M金字塔工具對588個知識點進行知識分類并編碼，分別統計所包含的知識點數量。表2、圖2分別是該教材涉及五大元學科的知識分布情況和比例圖。

根據表2可以看出，該教材E（工程）類知識點數量最多，為316個，占53.74%;其次是S（科學）類知識點138個，占23.47%，第三是T（技術）類知識點121個，占20.58%;A（人文-藝術）和M（數學）類知識點分別為11和2，各占1.87%和0.34%。

通過圖2，不難發現，該教材都有涉及這五門元學科，但所占比例有所不同。工程類知識（E）相較其他四門元學科而言，數量多且占總數量的五成以上。排在其后的是科學類（S）和技術類（T）的知識。相對而言，藝術-人文類知識（A）和數學類知識（M）數量最少。

從表2和圖2中可以得到結論：該教材中E（工程）類知識點最多，占比較大，以工程類知識為主，科學和技術類知識為輔，人文-藝術和數學類知識嚴重不足。從數據總體分布來看，該教材的知識基本覆蓋S、T、E、A、M這五門元學科，教材知識具有一定的豐富性;從知識廣度來看，該教材符合STEAM教育跨學科融合的要求[6]。

3.1.2 S、T、E、A、M知識點在七個單元的分布情況

為直觀了解教材中有關S、T、E、A、M知識點在七個單元的分布情況，進行數量統計，如圖3所示。整體來看，教材七個單元的知識主要集中在S、T、E三大元學科;橫向上來看，每個單元在五門元學科的知識數量各有側重，教材七個單元的知識分布在E（工程）類知識較多，多于其他元學科，這與教材知識的整體分布情況具有一致性。通過上述定量分析，很好地解答了第一個研究問題。

3.2 教材知識點的質性分析

3.2.1教材內容基本覆蓋STEAM領域

該教材設置了豐富的模塊，按其呈現形式，劃分為正文、輔欄、練習三大部分。下面對教材中所呈現的三大部分以及具體知識內容情況進行分析。

（1）正文部分

正文部分所呈現的內容與STEAM密切相關。主要包括科學類知識、技術類知識、工程類知識。教材在每一章開始，以輔欄中的資料作為引入，呈現學習任務和學習目標，激發學生的好奇心和求知欲望。通過資料的分析與解讀，進一步過渡到正文知識點，從而自然進入正文知識的學習。最后列舉常見的生活實例總結學習主題，滲透STEAM教育所體現的生活價值，以此來培養學生的STEAM素養和跨學科實踐能力。

（2）輔欄部分

輔欄部分對正文部分的知識起著重要支撐作用，二者相輔相成。根據教材分析，發現輔欄部分主要分為資料、旁欄、實踐、綜合實踐四種呈現方式，見表3：

資料大部分呈現在每一章以及每一小節的開始，或為某一個知識點專門呈現。資料是對知識點的延伸和拓展，讓學生除了掌握基礎知識之外，獲得豐富的拓展性知識，符合STEAM教育的目標。旁欄是位于正文旁邊的欄目[7]，是對正文部分知識的輔助和拓展。本教材的旁欄分為左右兩欄，通常為拓展資料、重要信息提示等。旁欄中所呈現的學科知識與STEAM緊密相關，融合了STEAM教育的先進理念，讓學生從教材中汲取具有深度和廣度的知識。實踐是讓學生運用課上所習得的知識進行實際操作，解決特定背景下的問題。根據普通高一信息技術學科的教學目標，高一學生應掌握一定的基礎信息技術能力，知道如何選擇合適的信息技術工具快速準確地解決相應問題。實踐是培養學生動手操作的重要環節，是學生理論知識掌握程度的重要體現、是創造性和能動性解決問題的反映，符合STEAM教育的核心內容。綜合實踐模塊不同于實踐模塊，在知識內容的考察上更具層次性和深度性。實踐只是單獨考察某一小節的知識點，而綜合實踐考察的是一章的知識點，綜合性較強。該模塊側重于從多維角度考查學生的多元實踐能力，提高學科的應用價值。

（3）練習部分

練習部分是鞏固學生所學、考察其知識掌握程度的重要環節，也是教材必不可少的組成部分[7]。教材在每一章結束時都會呈現關于本章的練習題，方便學生進行知識的查漏補缺。練習題充分融合STEAM學科的相關知識，評價學生跨學科知識的掌握能力。

3.2.2教材編排體現STEAM學科價值取向

對教材的定量分析可以看出，教材知識內容基本覆蓋S、T、E、A、M五門元學科。這些知識內容在編排上并不是單獨出現，而是存在一定的融合性和遞進性，符合學生的認知學習規律。知識由淺入深，由簡單到綜合的不斷螺旋上升[6]。各單元之間邏輯緊密，均以“章-節”的形式出現，內容組織編排具有很強的相關性。在定量分析的基礎上進行質性分析，很好地回答了第二個和第三個研究問題。下面以教材第一章第一節“信息及其特征”為例，對元學科知識在教材中的整合情況進行介紹：如表4所示。

從教材的定量分析和質性分析可以看出，單元內部的知識是層層遞進的關系，單元之間的知識是環環相扣的邏輯關系。該教材以“信息”作為基礎展開整個教材的內容編排，如圖4所示。

第一章主要介紹信息與信息技術，合理地滲透STEAM學科素養。第二章進一步介紹信息獲取的過程以及獲取和檢索信息的多種方式，體現STEAM學科的多元性。信息獲取完成后需要對信息進行加工處理，拓展學生的視野。第三章重點介紹信息加工的兩種方式：編程加工和智能化加工，培養學生跨學科解決問題的能力。第四章和第五章分別在第三章的基礎之上介紹文本和表格、音頻、視頻、圖像的信息加工，在信息加工的內容上進行廣度和深度的拓展，體現STEAM學科的豐富性。信息加工完成后要進行管理，確保信息的合法性，體現STEAM學科的運用意義，之后再進行集成與交流，讓更多受眾了解信息所傳達的意圖，體現STEAM學科價值。

4 結論與不足

4.1 結論

本研究借助ST∑@M金字塔工具對教科版《信息技術基礎（必修）》教材所涉及的知識進行學科分類，經過定量與質性分析，得出基本結論：教材基本覆蓋STEAM五大元學科，整體編寫由淺入深，由易到難，知識邏輯關系環環相扣，符合學生的認知方式和學習規律;在知識呈現方面，圖文并茂，緩解學生視覺與心理上的疲勞，與生活實際緊密相連，加深學生對知識的理解和建構。在價值觀方面，具有較強的學科價值和生活價值。

4.2 不足

4.2.1 藝術-人文元學科分類存在偏頗

目前關于藝術-人文元學科在國內的劃分還沒有形成完整的中文版學科體系，一定程度上，對涉及該元學科的知識內容分類造成困難。本研究通過文獻查閱以及百度查詢，參照2018年新修訂的STEAM金字塔框架，總結了“藝術-人文”元學科的專業分類，還有失偏頗，需進一步考察和驗證。

4.2.2 部分知識點及理念具有滯后性

在對各單元知識點進行定量與質性分析過程中，教材中呈現的個別案例和理念已是“明日黃花”，與新時代所要求學生具備的知識和能力有些脫軌。書中的知識點與當下信息技術的發展現狀部分不匹配。例如：1.2.2小節信息技術的發展趨勢，介紹的新技術落后于當下，應適當加入一到兩種新技術，如自適應技術、知識圖譜等，介紹語音技術時，列舉的實例可以是我國的科大訊飛輸入法，一方面向學生展示語音技術的發展程度，另一方面展示我國企業技術的影響力。5.1小節音頻信息的采集與加工，除了介紹Cool Edit軟件的使用之外，還可以介紹Audition軟件，該軟件也是一款強大的音頻編輯工具，因為該章后面的內容主要涉及Premiere和Photoshop軟件，這些軟件都隸屬于Adobe公司旗下的產品，在軟件工具的布局與性能上具有相似性，能加速學生對軟件的入手。

5 展望

5.1 內化STEAM教育理念

一直以來，信息技術學科被視為教學“副科”。盡管國家層面頒發了相關教育信息化的政策文件，但有些工作在實際教育教學過程中落實并不到位。信息技術學科是應試教育下必修課的“選修”，教育工作者要從意識形態上將STEAM教育的先進理念有機融入信息技術學科的教學實踐之中，打破形式化的教育口號。

5.2 開辟STEAM教育專欄

未來社會高新技術產業發達，人才培養強調全面發展，尤其是問題解決能力的提升。在信息技術教學中，教師要注重跨學科概念的整合，運用STEAM意義建構的形式來實現知識點的關聯，以學科概念為基礎，引導學生關注知識表象背后的深層次內涵。在各學科教材編寫過程中，可以通過開辟“STEAM天地”專欄，讓各學科知識相互碰撞，擦出火花，讓STEAM教育為廣大師生服務，讓STEAM教學成果遍地開花。

5.3 根據新課程標準改進教材

17版課程標準中，將學科核心素養單獨列出，從注重基礎知識傳授轉向了培養學生的學科核心素養，這也是STEAM素養具體到學科教育的體現。因此在編寫教材時，要充分考慮學生的身心發展水平和心理接受能力。既要了解學生已有的知識和經驗，又要把握課程的節奏，使之自然銜接。同時針對高中學生的思維特點，培養他們學會發現問題、解決問題的能力。教材要圍繞高中信息技術學科核心素養，精煉學科大概念，吸納學科領域的前沿成果，與時俱進，讓學生進行知識的意義建構、增強信息意識、深化信息理念，理解信息技術對人類社會產生的影響。

本研究從STEAM視角出發，以教科版《信息技術基礎（必修）》教材作為研究對象進行定量與質性分析，得出上述研究結論，發現存在的問題，并對未來進行展望。本研究的后續工作將分析其他版本信息技術系列教材，進行對比研究，希冀能為我國信息技術學科教材的編寫以及學生STEAM素養的培養提供參考。

參考文獻：

[1] 朱學彥，孔寒冰. 科技人力資源開發探究——美國STEM學科集成戰略解讀[J]. 高等工程教育研究，2008（2）：21-25.

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[7] 沈琳. 基于STEM教育理念的人教版中學生物教材分析[D].閩南師范大學，2019.

【通聯編輯：王力】

收稿日期：2021-02-19

基金項目：重慶市教育科學規劃課題，“新工科”下計算機類課程智慧課堂教學模式研究（2019-GX-332）;重慶市技術創新與應用發展專項重點項目，數字教育眾籌眾創的個性化服務平臺研發及應用（cstc2019jscx-mbdxX0061）;“項目驅動為導向，導師團隊為保障”的教育碩士（現代教育技術）創新能力培養研究，重慶師范大學研究生教育教學改革研究項目，項目編號：xyjg009;“互聯網+”下BOPPPS教學模式在計算機類課程的改革與實踐研究，重慶師范大學高等教育教學改革研究項目，項目編號：202006。

作者簡介：牛彥敏（1975—），女，河南許昌人，博士，副教授，主要研究方向為信息技術應用;茍金姍（1997—），女，新疆博樂人，在讀研究生，主要研究方向為信息技術應用;彭明虹（1997—），女，湖北麻城人，本科，湖北省仙桃市電化教育館。