“STEM+”視閾下設(shè)計思維培育的高中信息技術(shù)教學(xué)實踐研究

【摘要】STEM提倡多學(xué)科融合。在日常生活中，信息技術(shù)無處不在，而設(shè)計思維對于現(xiàn)代社會發(fā)展來說，是動力和源泉。文章開展的“STEM+”視閾下設(shè)計思維培育的高中信息技術(shù)教學(xué)實踐研究具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】設(shè)計思維;培育;高中信息技術(shù)

【基金項目】本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度立項課題“‘STEM+’視閾下設(shè)計思維培育的高中信息技術(shù)教學(xué)實踐研究”（課題批準(zhǔn)號：C-b/2018/02/36）的研究成果。

作者簡介：羌紅燕（1986.12-），女，江蘇省平潮高級中學(xué)，中學(xué)一級教師，市基本功比賽一等獎。

當(dāng)今處于信息時代，知識與經(jīng)濟占據(jù)主導(dǎo)，知識日益更新，市場競爭也日趨激烈，對我們來說是新的挑戰(zhàn)。高中信息技術(shù)課程有它的獨特之處，能融合其他學(xué)科，并且更新速度快，能緊跟時代步伐。它提倡學(xué)生自主表達思想，鼓勵學(xué)生利用信息技術(shù)解決實際問題，不斷實踐，不斷創(chuàng)新。設(shè)計思維能幫助人們突破常規(guī)思維，提出解決問題的新方法。在高中信息技術(shù)教學(xué)活動中，基于“STEM+”視閾培育學(xué)生的設(shè)計思維能力，既能提高學(xué)生的信息素養(yǎng)，也能推動整個社會的發(fā)展，促使國家更為強大。本文將從以下幾方面來研究“STEM+”視閾下設(shè)計思維培育的高中信息技術(shù)教學(xué)。

一、“STEM+”視閾

20世紀80年代，為了提高國家競爭力和勞動力的創(chuàng)新能力，美國提出了一項國家教育戰(zhàn)略，即STEM教育，目的在于打破學(xué)科之間的界限，培養(yǎng)學(xué)生的科技理工素養(yǎng)。同時，STEM也是培養(yǎng)新型創(chuàng)新人才的熱點課題。南京外國語學(xué)校朱善萍女士在2016年提出“STEM+”，包括藝術(shù)、體育、人文、計算機科學(xué)、調(diào)查研究、創(chuàng)造與革新及全球溝通協(xié)作等知識和技能，成為跨學(xué)科綜合素養(yǎng)教育，包容性更強。“STEM+”視閾下設(shè)計思維培育的高中信息技術(shù)教學(xué)，嘗試從新視角打通技術(shù)與其他領(lǐng)域之間的壁壘，從知識學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為思維探究，嘗試從尋找教學(xué)模式轉(zhuǎn)為追求思維品質(zhì)教學(xué)，希望在高中信息技術(shù)領(lǐng)域?qū)ふ业胶线m的研究者及研究策略的突破口。

二、設(shè)計思維

什么是設(shè)計思維？很多設(shè)計活動都可以被視為設(shè)計思維。20世紀80年代，隨著人性化設(shè)計的興起，設(shè)計思維開始引起人們的重視。

現(xiàn)在對設(shè)計思維的定義是一種以人為本的解決復(fù)雜問題的創(chuàng)新方法，它利用設(shè)計者的理解和方法，將技術(shù)可行性、商業(yè)策略與用戶需求相匹配，從而轉(zhuǎn)化為客戶價值和市場機會。作為一種思維的方式，設(shè)計思維被普遍認為具有綜合處理能力的性質(zhì)，能夠理解問題產(chǎn)生的背景，能夠催生洞察力及解決方法，并能夠理性地分析和找出最合適的解決方案。

在當(dāng)代，流行詞中已出現(xiàn)設(shè)計思維，它可以廣泛地應(yīng)用于設(shè)計和工程技術(shù)，以及商業(yè)活動和管理學(xué)等方面，可以認為是描述某種獨特的“在行動中進行創(chuàng)意思考”的方式。設(shè)計思維的發(fā)展，對現(xiàn)今的教育領(lǐng)域有著越來越大的影響。

三、“STEM+”視閾下的設(shè)計思維

2017年，高中進行了新課程改革。在《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中，高中信息技術(shù)教材以及課程內(nèi)容和形式都發(fā)生了比較大的變化。新課標(biāo)指導(dǎo)下的高中信息技術(shù)課程不再滿足于傳統(tǒng)的教師講授、學(xué)生模仿，而是更加注重對學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新以及信息社會責(zé)任這四個核心要素是高中信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)。

其中，計算思維是指個體運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。比如，看待問題時能夠利用計算機合理組織數(shù)據(jù);通過仔細分析各種信息，運用合理的算法解決問題等。在關(guān)注計算思維的同時，還應(yīng)關(guān)注人與技術(shù)交互碰撞領(lǐng)域——設(shè)計思維。隨著美學(xué)、IT技術(shù)等快速發(fā)展，我們應(yīng)重新思考人與物、人與世界的關(guān)系。

基于“STEM+”視閾的設(shè)計思維培育即立足于系統(tǒng)工程如何去創(chuàng)造一個有趣、實用產(chǎn)品的思維方式，涉及如何讓世界更美好，將科技創(chuàng)新融入人與物、物與物、人與社會的互動感知。比如，在設(shè)計思維培育中，在實施跨學(xué)科融合教育的同時，強化學(xué)生的意志品質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的家國情懷，喚醒學(xué)生的生命自覺，既關(guān)注信息技術(shù)融合多學(xué)科應(yīng)用與創(chuàng)新思維角度，也注重高中信息技術(shù)課程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，實現(xiàn)自我、本我、超我的均衡發(fā)展。

四、“STEM+”視閾下的設(shè)計思維培育策略及教學(xué)實踐

設(shè)計思維作為一種高級思維能力，怎么樣進行培養(yǎng)呢？筆者查閱了大量資料，依據(jù)設(shè)計思維的心理操作過程，認為培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計思維能力的關(guān)鍵是表象積累、思維發(fā)散、聯(lián)想和想象力、決策能力。下面將從這四個方面分別進行闡述。

（一）增加表象信息積累

表象信息，通俗地講，就是儲存在大腦中客觀事物的具體形象，是一種信息表象的形式。通過多種感知器官，人們可以直接獲取客觀世界的表象。表象由聽覺表象、視覺表象、嗅覺表象、味覺表象、觸覺表象等組成。所以，教師在進行教學(xué)活動時，可以充分利用各種形式讓學(xué)生進行表象信息積累，如播放課前導(dǎo)入視頻，學(xué)生實際動手操作，播放相關(guān)的音樂等。值得注意的是，要讓學(xué)生選擇并積累有用的信息，教師就要對各種形式的表象進行篩選，選擇有利于提高學(xué)生信息素養(yǎng)的表象，最好能吸引學(xué)生興趣，也就是在無意注意的前提下引起有意注意，可以用任務(wù)驅(qū)動的方式。積累表象信息的目的是長久記憶表象信息。學(xué)生在進行有意注意時，開始時是短時記憶。教師可通過一層層教學(xué)活動，促使學(xué)生形成長時記憶。記憶任何一種信息都必須先經(jīng)過短時記憶再進入長時記憶。

在教學(xué)活動中，教師可以從以下三個方面增加學(xué)生的表象積累。

首先，培養(yǎng)學(xué)生的觀察力，多觀察客觀事物的多面特征，感知和積累表象信息。只有提高觀察力才能更好地接收表象信息，增加表象積累。

其次，通過加強記憶來增加表象積累。教師在教學(xué)過程中，一方面講授新知識點，促進學(xué)生對新知識的理解，積累表象;另一方面適當(dāng)復(fù)習(xí)以前學(xué)習(xí)的知識，間接進行表象積累。

再次，將有意注意和無意注意充分結(jié)合，積累表象信息。教師在教學(xué)活動中應(yīng)明確教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生在有意注意時會有針對性地選擇表象，進行表象信息積累，而在無意注意恰當(dāng)時會間接增加表象信息積累。培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計思維的基礎(chǔ)是增加表象信息積累。

在高中信息技術(shù)課程教學(xué)中，教師應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和信息技術(shù)工具，幫助學(xué)生進行表象積累。如：直觀教學(xué)法，教師借助實物幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，如漢諾塔的算法，借助實物圓環(huán)來進行演示;情境教學(xué)法，教師可利用視頻等創(chuàng)設(shè)情境，營造學(xué)習(xí)氛圍，如播放疫情期間一些感人的視頻，觸動學(xué)生的家國情懷等;項目式教學(xué)，這是最近時興的一種教學(xué)方法，最顯著的特點是“項目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”，注重理論與實踐結(jié)合，讓學(xué)生在項目式學(xué)習(xí)中利用多感官全面感知事物，不斷進行表象信息積累;還有其他一些教學(xué)方法，如活動教學(xué)法、暗示教學(xué)方法和電化教學(xué)方法等。

（二）強化聯(lián)想和想象力

根據(jù)事物間的關(guān)聯(lián)，由一個事物想到另一事物的心理活動，就是聯(lián)想;當(dāng)聯(lián)想沖出平常的習(xí)慣，產(chǎn)成新的形象，就是想象。想象是人腦對已有表象信息進行分析、綜合、加工、改造后生成新的形象的一種心理活動。

突破設(shè)計思維培育的環(huán)節(jié)是聯(lián)想和想象。在高中信息技術(shù)教學(xué)中，教師可以通過游戲活動和創(chuàng)設(shè)情境的方式來提高學(xué)生的聯(lián)想力和想象力。學(xué)生在游戲過程中學(xué)習(xí)知識，不僅能調(diào)動學(xué)習(xí)興趣，而且能營造輕松氛圍，發(fā)展觀察力、記憶力、聯(lián)想力和想象力。應(yīng)該注意的是，游戲應(yīng)貼合教學(xué)內(nèi)容，寓教于樂，不能為了游戲而游戲。教師也可以創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生參與到教學(xué)活動中，引起學(xué)生的共鳴，激發(fā)學(xué)生的想象力。

（三）促進發(fā)散思維

培養(yǎng)設(shè)計思維能力的關(guān)鍵即發(fā)散思維。發(fā)散思維是指依據(jù)目標(biāo)從不同的角度尋找并發(fā)現(xiàn)相關(guān)信息的過程。發(fā)散思維能使我們獲得大量可選擇和考慮的新思路和新方法，從而解決問題。在解決實際問題的過程中，學(xué)生有時會找不到合適的方法，會出現(xiàn)暫時性腦袋“空白”或者因慣性思維而無法找到解決問題的思路。

在高中信息技術(shù)課程教學(xué)中，如何發(fā)散學(xué)生的思維呢？教師應(yīng)鼓勵學(xué)生多思考，多發(fā)表意見，提出一些新奇的想法，匯總在一個本子上;可以建立一些班級論壇、網(wǎng)絡(luò)平臺，讓學(xué)生在班級群里自由發(fā)言，但是教師必須做到及時收集，可以讓學(xué)生總結(jié)分析;也可以把學(xué)習(xí)內(nèi)容分成幾個主題，讓學(xué)生進行分主題學(xué)習(xí)，然后進行知識整合，鍛煉學(xué)生的發(fā)散思維;在課堂結(jié)束階段，教師可以提出問題，引導(dǎo)學(xué)生回顧總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，在已有知識的基礎(chǔ)上生成新的想法，也能促進學(xué)生的思維發(fā)散。

（四）提高決策能力

決策在生活中無處不在。決策是對若干可行方案進行判斷并選擇的過程。在教學(xué)過程中，決策就是學(xué)生進行自我、本我展示的過程，即根據(jù)學(xué)生的認知特點，讓學(xué)生進行邏輯推理，運用已有知識對學(xué)習(xí)內(nèi)容進行比較分析，形成自己的觀點。可以讓學(xué)生采取小組學(xué)習(xí)形式，提高學(xué)生的參與度;教師也可以適當(dāng)引導(dǎo)，促進學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的決策能力。

五、“STEM+”視閾下設(shè)計思維培育教學(xué)中的有效工具

思維導(dǎo)圖是“STEM+”視閾下設(shè)計思維培育教學(xué)中的有效工具。思維導(dǎo)圖（The Mind Map），又名心智導(dǎo)圖，是表達發(fā)散性思維的有效圖形思維工具，它簡單卻很高效，是一種實用的思維工具。思維導(dǎo)圖運用圖文并重的技巧，把各級主題的關(guān)系用相互隸屬與相關(guān)的層級圖表現(xiàn)出來，將主題關(guān)鍵詞與圖像、顏色等建立記憶鏈接。思維導(dǎo)圖有很多軟件可以進行輔助畫圖。

思維導(dǎo)圖已逐步被運用到教學(xué)領(lǐng)域。教師可以利用思維導(dǎo)圖進行課程的設(shè)置，以及教學(xué)模式的探索與改革，探討新的學(xué)習(xí)方法和教學(xué)技巧。

思維導(dǎo)圖在高中信息技術(shù)教學(xué)中應(yīng)用的實例如下。

（一）教學(xué)思路

以教科版2017新版必修1《數(shù)據(jù)與計算》中“周而復(fù)始的循環(huán)”這節(jié)課為例，教學(xué)設(shè)計是在前面兩節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進一步對python編程中的循環(huán)結(jié)構(gòu)進行學(xué)習(xí)，主要涉及for和while兩個循環(huán)語句。本節(jié)課的教學(xué)重點：掌握for和while循環(huán)語句的格式。教學(xué)難點：掌握for循環(huán)中循環(huán)次數(shù)的設(shè)置方法;掌握while循環(huán)中循環(huán)控制條件的設(shè)置方法。

為了實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，筆者設(shè)計了“飛行棋擲骰子”這個項目讓學(xué)生更好地進行深度學(xué)習(xí)，讓學(xué)生一步步有層次、有進度地學(xué)習(xí)for循環(huán)和while循環(huán)。

1.第一部分：讓計算機模擬擲骰子

學(xué)生思考：我們要讓計算機做什么？

教師活動：講解random標(biāo)準(zhǔn)庫，產(chǎn)生1到6之間的隨機數(shù)。

學(xué)生活動：學(xué)生體驗計算機模擬擲骰子的程序。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在理解循環(huán)結(jié)構(gòu)之前對其主要程序有一定的了解。

2.第二部分：用循環(huán)實現(xiàn)重復(fù)擲骰子4次

教師活動：飛行棋有四組，紅、黃、藍、綠，每組都擲骰子一次，所以需要計算機一共重復(fù)擲骰子4次。怎么實現(xiàn)呢？講解如何使用for循環(huán)。

學(xué)生活動：動手實踐設(shè)計程序。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生先基于教師講解掌握for和range的用法，再通過親身實踐加深對for循環(huán)的理解，了解for循環(huán)解決問題的過程。

3.第三部分：為飛行棋游戲設(shè)計運行密碼

教師活動：為飛行棋程序設(shè)計一個密碼，只有輸入正確密碼后，才能運行擲骰子的游戲。怎么實現(xiàn)呢？講解如何使用while循環(huán)。

學(xué)生活動：思考回答問題并動手實踐設(shè)計程序。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生先基于教師講解掌握while的用法，再通過親身實踐加深對while循環(huán)的理解，了解while循環(huán)解決問題的過程。

4.第四部分：總結(jié)for和while循環(huán)的區(qū)別

教師板書，讓學(xué)生理解兩種循環(huán)的原理，并讓學(xué)生說一說for和while循環(huán)的區(qū)別。

（二）思維導(dǎo)圖

本文立足于高中信息技術(shù)課程，在“STEM+”視閾下重新定位設(shè)計思維，進行了設(shè)計思維培育的教學(xué)實踐，從增加表象信息積累、強化聯(lián)想和想象力、促進發(fā)散思維以及提高決策能力四個方面進行了具體分析，讓學(xué)生始終處在課堂的主體地位，從而使學(xué)生獲得創(chuàng)新思維能力。

【參考文獻】

林琳，沈書生，李藝.談設(shè)計思維發(fā)展高階思維何以可能——基于皮亞杰發(fā)生認識論的視角[J].電化教育研究，2019（08）：22-29.

趙婷婷.高中信息技術(shù)課程中設(shè)計思維能力的培養(yǎng)研究[D].南京：南京師范大學(xué)，2013.