STEM理念下中學信息技術教學設計實踐研究*

◆康妮

0 引言

隨著信息技術的發展，人工智能、物聯網、區塊鏈等技術迅速發展并得到廣泛利用，傳統勞動力逐漸被智能化技術代替。有關未來人才的關鍵能力培養，教育的需求從簡單的知識型傳授逐漸向全面人才培養方向轉變。例如：聯合國教科文組織提出并逐步完善終身學習的核心素養框架，歐盟提出核心素養框架，美國21 世紀技能合作組織提出發布“21 世紀技能框架”等，都在未來人才的發展規劃上作了不同角度的解讀。綜合以上框架，基于北京師范大學《中國學生發展核心素養》報告，核心素養大都強調培養學生批判性思維、創新能力、信息技術、協作交流等能力[1]。STEM 教學的提出為學生核心素養提升提供了較有價值的參考。很多學者將STEM 教育稱為元學科，其將科學、數學、技術、工程等學科知識進行融合，除了完成學科知識的基本講授外，還能針對學生問題解決能力進行鍛煉，促進學生采用新方法、新思維的跨學科融合思維解決復雜問題[2]。

綜上所述，STEM 教育與核心素養的教育訴求具有一定的一致性，因此，各國及教育組織將STEM教育視為創新復合型人才的培養方式。而STEM 也由四個獨立學科領域形成一個多學科交叉融合的教育理念。近年來，部分學者在STEM 的基礎上進行學科知識的再整合，融入藝術、閱讀，形成STEAM、STREAM 等更為全面或更為具體的教育理念及方式[3]。

1 我國中學信息技術課堂STEM教育融合研究現狀

目前有關STEM 教育理念研究已經進入實踐階段，相關理論及現狀綜述均為課程的實踐提供了較為堅實的理論基礎。國內現有STEM 課程呈零散狀態，未能形成成熟體系及課程方案，細化至課程設計也只有較模糊的范式[4]。如何在日常教學中落實STEM 教學理念，促進學生核心素養的提升與培養，這已經成為每位教師必須思考并實踐的議題。信息技術學科作為非中考學科，其更新迅速的課程內容及授課方式往往能很快適應時代對教育的要求，對頗為有效的新教學理念具有較好的包容性和可操作性。因此，在STEM 教育理念與日常教學的融合中，大部分學者都嘗試在物理、化學、信息技術這類有技術基礎、強調學生動手實踐的課程中進行跨學科融合的實踐研究[5]。

有關中學信息技術課程，目前教學聚焦學生信息辨別處理能力、辦公軟件使用等方面，并根據時代要求加入人工智能與編程課程，針對學生計算思維、創新思維、批判思維及信息處理能力進行引導養成，以適應未來人才要求。根據所在地區采用的重大版《初中信息技術》教材分析，中學信息技術教學內容涉及信息及其一般特征、文本建立與美化、表格應用、聲音素材處理等，以多媒體素材處理為導向開展教學。由于程序編寫能更好地促進學生計算思維與邏輯思維養成，因此在原有教材基礎上，筆者所在學校增加適合學生學習的可視化編程軟件的教學內容，同時以任務驅動、基于問題的方式，落地實踐跨學科STEM 教育理念，以“信息技術+”的思路引導學生解決實際問題，最終促進其核心素養的提升。

2 STEM教育下的中學信息技術教學活動設計

2.1 傳統教學內容變革，真實情境下的學習

STEM 教育理念中，學生學習需要有情境且環環相扣的教學內容支撐，因此，教師需在教學設計前根據教學內容確定真實問題，再通過反向思考的方式分析該問題解決時哪些知識可作為學習支架，細化教學內容呈現方式，繼而確定教學流程。

合理的學習動機可以傳遞正面的學習態度，尤其在信息技術這類學科中，激趣環節的設計能夠直接決定學生學習成就感的最終獲得效果。因此，物聯網、傳感器等硬件設備的教學需要真實且合理的情境。本次課程實踐對象為初中階段八年級學生，他們具有較好的計算機知識基礎，經過一年的可視化編程軟件學習，初步具備利用軟件解決問題的思考及實施能力。因此，借助校歌征集大賽這一生活事件，細化知識、精煉問題，得出“無樂理知識、無樂器如何參加”的模糊問題，引發學生思考，嘗試引導學生利用信息技術軟硬件結合的方式解決生活實際問題。

教師利用多媒體素材創設情境，引導幫助學生理清思路，明確真實情境下的需求，提供情境型支架，幫助學生快速進入學習狀態；繼而帶領學生回想示范樂器鋼琴的使用原理，為學生提供策略型支架，以此尋求相同效果的代替方式。問題清晰、方法明確，學生可在教師引導下逐步確定實施方案，如圖1 所示，準備進入探索階段。

圖1 STEM 教育下基于問題的學習活動設計流程

2.2 采用基于問題的學習方式實現跨學科整合

整個教學活動基于校歌征集大賽，整理出“創作樂器缺失、詞曲創作艱難”兩大主要問題。學生在教師引導下總結出合理使用技術可實現模擬樂器的效果，繼而確定“軟件+硬件”解決問題的思路，并以小組為單位，逐一解決問題。教師此時為學生展示傳感器模擬鋼琴實現的可能性及計劃實施的可行度，為學生明確最終效果。在探索環節，教師先為學生提供資源型支架及策略性支架，以按鍵傳感器、光線傳感器、超聲波傳感器、可視化編程軟件等舊知識進行串聯，整合新知識完成模擬樂器的設計思路。學生小組內確定學習目標，建立學習任務，完成并進入下一階段。

此問題設計選用本身就具有跨學科融合的基礎，即詞（閱讀）、曲（藝術）、創作（工程技術）中語文、音樂、信息技術等學科交叉，因此，學生在實施過程中會自發提出知識型資源和策略型資源的需求，形成“做中學”的形式。教師在音樂知識上作補充說明，有關音節、音階、八拍等作詳細介紹和要求，清晰學生計劃實施方法，做好引導和資源提供，音樂知識資源如圖2 所示。

圖2 音樂知識資源提供

2.3 智慧教育手段實現協作學習

小組協作確定教學目標，通過智慧教育手段反饋小組探索情況。即教師提前制作任務細節和反饋區域，以點對點方式傳送習題給智慧課堂內的學生，學生以小組為單位填寫簡譜創作結果。在課程實施過程中，在教師并未規定小組內分工的情況下，學生自發形成程序編寫者、旋律創作者、結果反饋者、簡譜演奏者等多個角色，以協作方式完成任務。規定時間內，小組提交創作情況，界面如圖3 所示。

圖3 智慧教育手段支持的小組活動情況

教師通過平板搶答功能選擇三位學生展示，學生小組間的競爭關系能很好地提升學生的課堂參與度，保證課堂有序進行。在演示過程中，教師以“八分音符分別通過哪個傳感器實現”“為何選擇這些傳感器”及演示效果等環節引導學生最大限度表現小組內成果，同時對于成功演示的小組進行深入提問，如“旋律想表達什么感受、情緒”，挖掘學生在課堂中的情感態度的獲得感受。為了使演示效果便于觀看，教師利用平板視頻同屏功能現場拍攝學生演奏手部特寫，加深本課信息技術知識的應用場景。

2.4 多樣評價方式豐富STEM 課堂學生獲得感

學生演示結束，教師不進行決斷性評價，而是首先由小組內進行互評，從旋律傳遞感受、模擬樂器的操作流暢度、演奏者的熟練程度等方面進行多維度評價；其次，借助學生平板投票，請學生投出“我最喜愛的音樂片段”，增強課堂互動和學生參與度；最后，現場公布并邀請學生發表獲獎感言，最大限度豐富課堂評價方式，讓學生參與課堂的每一環節，真正成為課堂的主體。評價方式如圖4 所示。

圖4 智慧教育手段支持的投票評價方式

2.5 技術觀養成及思考拓展

教師在課堂小結中引導學生跳出任務細節，強調軟硬件結合解決實際問題的思維邏輯，傳遞正向的技術觀念，促進學生成熟技術觀的養成。在課程結束前，留下思考，詞曲問題解決其一，留下的歌詞創作問題作為思考作業。課程結束時，配樂齊誦校園現代詩，深化主題，培養學生美感，提升學生榮譽感，促進情感共鳴。

3 結論

本課程僅在本校八年級進行了課程實踐，教學活動從設計、計劃到實施經過六次嘗試并不斷改進，雖還存在尚需完善之處，但信息技術專家、學生均反饋較好。通過本次課程實踐，在問題設計、教學策略等方面可總結出經驗供參考。

3.1 注重真實情境下問題的合理性

STEM教育中的核心要素就是從真實情境出發，通過復雜問題的解決完成知識與技能的習得和運用。跨學科融合課堂是否能夠有效進行，學生是否能有代入感，均取決于問題的真實度與合理性。因此，在問題的選擇上要重視學生的沉浸感、情境或事件的真實性、知識資源接受度等要素，同時盡可能增加R（Reading）、A（Arts）元素，提升課堂美感，促進學生審美能力的提升。

3.2 注重學生活動感受體驗

STEM 教育強調學生運用跨學科知識解決真實復雜綜合問題，即強調學生自主、自發進行活動嘗試。學生如何在學習任務中具有更多的情感共鳴及獲得更多的成就感，需要教師在教學設計上思考學生的活動體驗感受。教師可參考5E（即參與、探索、解釋、遷移、評估）教學模式，拓展環節設計教與學的過程。在該種模式下，學生能夠全身投入過程，參與思考問題、自主探索、闡述理解、新知識遷移、過程性及總結性反思評價等，真正成為課堂主體。

3.3 智慧教育手段的有效介入

豐富資源的提供、多樣的評價方式是STEM 教育突出的特點，信息的及時獲取和反饋對學生學習任務的進行具有積極作用。在智慧課堂背景下，技術在課前、課中、課后充分作用，從資源的提前分發到課堂的師生強交互，再到及時的評價結果反饋。在智慧教育手段輔助下，信息傳遞的時間被縮短，保證學生問題思考的連續性，讓課堂變得更加高效。

4 結束語

本次課程僅進行小范圍實踐，嘗試通過STEM教育理念指導中學信息技術課程，關注學生核心素養的提升。筆者始終認為：信息技術課程是最具有綜合性發展可能的課程，它的目的不應局限于計算機操作教學，其獨特的信息展現能力和技術發展特點更賦予學生全面素質提升的可能。因此，筆者嘗試提供STEM 理念指導下跨學科的中學信息技術教學活動實踐案例，期望能為STEM 教育實踐落地提供參考，為該領域研究帶來新的思考。