基于STEAM教育理念的高中信息技術項目教學研究

摘 要：項目教學是高中信息技術教學的重要方法之一，與STEAM教育理念融合，既能很好地鞏固學生所學，又能有效地提升學生的跨學科意識，以及運用跨學科知識解決問題的能力。因此，應充分認識到STEAM教育理念與教學融合的必要性、重要性，結合自身教學經驗，以及高中信息技術學科特點，探尋高效的教學思路與方法。本文對STEAM教育理念下人工智能項目教學進行研究，以供參考。

關鍵詞：STEAM教育理念;高中信息技術;項目教學;研究

人工智能不僅是當前較為前沿的科技，也是高中信息技術教學的重要內容，其涉及較多的跨學科知識，因此在進行人工智能項目教學過程中，為獲得預期的教學效果，應注重STEAM教育理念的學習與融入，給學生更為高效地完成人工智能項目帶來良好的指引與啟發。

一、STEAM教育理念的解讀

STEAM教育理念實質上是一種跨學科教育理念，其涵蓋了科學、技術、工程、藝術、數學五個領域方面的知識。這一教育理念符合當前高中信息技術課程標準內涵。高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）強調促進學生全面發展，而促進學生全面發展既需要學生牢固掌握文化課知識，又需要具備跨學科的意識與能力，以解決一些更為復雜綜合性類的問題。與傳統的單學科教學模式相比，STEAM教育模式更加注重教學過程中的實踐性和多門學科的交互性[1]。其主要有三種學習方式：基于問題的學習、基于設計的學習和基于項目的學習，這些學習方式對于提高學生跨學科解決問題能力、批判性思維能力、小組協作能力、創造性思維能力都具有重要作用。一些教育工作者嘗試著將這一教育理念應用于相關學科的教學中獲得了經驗與成果，為該教育理念的進一步推廣奠定了堅實基礎。

二、STEAM教育理念下高中信息技術項目教學的原則

STEAM教育理念下高中信息技術項目式教學時，為確保教學活動的高效進行，應注重做好以往教學經驗總結，認真吸取以往的經驗教訓，遵循一定的教學原則，使得STEAM教育理念為高中信息技術項目教學增添光彩。

（一）趣味性原則

興趣是最好的老師，是驅使學生克服學習困難的內在動力。高中信息技術項目教學時為使學生能夠主動地應用科學、技術、工程、藝術、數學知識，腳踏實地地完成教學項目，應注重向項目中增加趣味性元素。例如，聯系學生的生活實際或者當今的科技發展，講解與布置相關的項目，使學生認識到完成高中信息技術項目需用到很多領域的知識，進一步提高其運用所學解決高中信息技術項目問題的意識，提高項目完成成功率[2]。

（二）啟發性原則

高中信息技術教學中部分項目難度較大，甚至會用課本以外的知識。為防止挫傷學生的積極性，提高學生完成項目的自信心，教學活動中應注重遵循啟發性原則，一方面，可將教學項目進行合理地分解，以達到化難為易，各個擊破的目的。教學中引導學生先采取措施解決好分解后的小項目，而后將各個小項目按照一定的邏輯關系組裝起來[3]。另一方面，充分把握教學項目的難點，并圍繞項目難點設計啟發性問題，啟發學生積極聯系所學，通過五科知識的綜合應用，迅速找到完成項目的方案和具體思路。

（三）激勵性原則

STEAM教育理念下開展高中信息技術項目教學時應認識到“激勵”給學生帶來的積極影響，能很好地調動學生學習的自覺性，更好地挖掘學生的學習潛力。教學實踐中應注重給予學生針對性的激勵，提升學生參與項目的情感體驗。激勵的方法多種多樣，既可以在課堂上提出表揚，也可肯定學生在項目中的表現，有條件的情況下可通過發放一定的小禮品作為獎勵。

三、STEAM教育理念下高中信息技術項目教學的實踐

在進行滬科版高中信息技術《人工智能初步》“項目三讓智能車能夠‘刷臉’開車門”教學中融入STEAM教育理念進行教學。具體教學過程分為五個環節：環節一，運用STEAM教育理念對該項目內容進行劃分，明確該項目中應用到的相關學科知識，使學生對要學習的內容有個大致的了解，提高其對STEAM教育理念的認識。環節二，靈活運用多種教學方法，講解項目中設計的重要基礎知識，使學生更好地掌握智能車識別人臉的原理、步驟等專業知識[4]。環節三，布置相關的實踐項目，引導學生聯系所學基礎知識，借助STEAM教育理念制訂相關的實施方案。環節四，做好學生項目方案的檢查，并引導學生運用自己的方式展示成果。環節五，為更好地調動學生的實踐積極性，更加深入理解，全面掌握所學，對學生的實踐成果進行適當的評價，使其更好地認識到自身學習的不足，并通過針對性的方式加以彌補。

環節一：項目內容的剖析

智能車“刷臉”開車門這一簡單的過程，本身就涉及了很多的科學知識，而且運用攝像、人臉特征點檢測、人臉比對等相關的專業技術。不僅如此，其還需要從工程的視角，對各個功能模塊進行合理劃分，確保各功能模塊相互配合，相互協作，共同完成識別、開門的動作。不僅如此，在“刷臉”的過程中，還應考慮人們的身高，能夠給人們“刷臉”帶來便利。智能車“刷臉”開車門這一功能設計時需要與智能車的外觀相協調，并符合人們的審美觀，如此才能更容易使人們接受。智能車“刷臉”開車門內部需要計算機程序的驅動，而計算機程序中設計有很多的運算代碼，需要運用相關的數學知識。綜合來看該項目很好地體現了STEAM教育理念，教學活動中為使學生認識到這一點，在講解基礎知識時應注重給予學生針對性的引導與啟發。

環節二：教學活動的開展

課堂上使用多媒體技術為學生播放智能車“刷臉”開車門的相關視頻，更好地吸引學生的注意力，激發學生的學習積極性。而后詢問學生，“你知道智能車‘刷臉’開車門的這一功能是怎么實現的，其背后的原理是什么嗎？”當學生百思不得其解時自然地引入要講解的知識點，尤其為更好地加深學生印象，增加學習的樂趣應注重邊為學生講解相關理論邊向學生播放相關的動畫視頻，使其更好地理解“刷臉”的步驟、原理。同時注重設計相關問題，在課堂上與學生積極互動引發學生思考[5]。例如，刷臉之前是否先將允許開車門的人臉信息輸入到系統中嗎？你知道刷臉后內部程序需要提取人臉的哪些特征嗎？你知道設計“刷臉”系統需要考慮哪些問題嗎？課堂上給學生預留空白時間，要求學生思考、討論。如此學生很容易理解與掌握人臉識別的原理，即人臉識別系統先通過識別人臉，通過針對性的處理提取相關的人臉特征，存儲到相關的數據庫中。當人進行刷臉開車門時，同樣提取人臉的特征，而后通過對比給予數據工作中的人臉特征數據，便可判斷出其是否具有打開車門的權限，從而進行相關的動作。

環節三：實踐項目的布置

學生掌握上述人工智能技術基礎知識后，為引導學生運用STEAM教育理念進行實踐項目的設計，應結合學生的現有知識儲備為學生布置“人臉識別門禁系統”的項目[6]。為保證實踐項目的順利完成，將班級學生每6人劃分成一個小組，以小組為單位開展項目。另外，為保證實踐項目的順利完成，要求學生認真思考如下問題，做好充分的實踐準備：（1）該實踐項目是怎樣體現STEAM教育理念的，應用了哪些科學、技術、工程、藝術、數學知識？（2）系統包括哪些模塊，各實現什么樣的功能？（3）該系統功能的實現需要哪些硬件設施？（4）實施項目中需要注重哪些細節？（5）項目的創新之處有哪些？（6）在小組中該如何進行合理的分工？同時，為學生規定項目完成的時間，督促各小組積極思考、認真討論，查閱相關的資料，共同制訂項目方案。

環節四：實踐項目的檢查

要求學生在規定的時間內完成項目設計方案的提交。認真檢查各小組學生編寫的“人臉識別門禁系統”設計方案，尤其認真分析方案應用了哪些跨學科知識，是否正確地運用了所學的人工智能知識，各功能之間的銜接與聯系是否合理等，以更好地掌握學生所學，發現學生項目完成中存在的共性問題，在課堂上進行針對性的講解，進一步澄清其認識，糾正理解上的誤區。

環節五：實踐項目的評價

做好實踐項目的評價具有重要的現實意義，尤其能夠使學生認識到實踐中的不足，引導其敢于正視與彌補自身的不足。“人臉識別門禁系統”項目完成后應從多個方面對各小組提交的設計方案進行評價，包括各小組在實踐中的表現、融入STEAM教育理念的情況、應用人臉識別理論知識的情況等[7]。評價時注重給予學生針對性的表揚，使其嘗到參與實踐項目的成就感，提升其參與實踐項目的體驗。同時，指出各小組實踐過程中存在的不足，要求其再接再厲，通過查閱資料不斷地對設計方案進行完善與優化。

四、STEAM教育理念下高中信息技術項目教學實踐的啟示

STEAM教育理念下積極開展人工智能項目教學活動，通過反思與總結得出以下啟示：

（一）做好基礎知識深入講解

人工智能項目教學中項目的完成離不開基礎知識的支撐，使學生更好地運用跨學科知識完成項目，應做好基礎知識的深入講解，幫助學生構建系統的知識網絡，并給予學生針對性的指引。一方面，講解人工智能知識之前，要求學生提前進行預習，在課下完成相關概念等一些基礎知識的學習，在課堂上將精力放在重點、難點知識的學習上[8]。同時，學習相關理論知識后要求學生不能滿足于現狀，在課下注重上網查詢相關資料，對所學知識進一步深挖，更好地擴充知識面，為項目的完成奠定基礎。另一方面，講解人工智能相關理論知識時應注重給學生預留自主探究的時間，使其參與到人工智能知識的形成中，搞清楚人工智能知識的來龍去脈和內在聯系，真正把握人工智能知識的精髓。

（二）引導學生做好充分準備

STEAM教育理念下人工智能項目教學中，為確保學生能夠保質保量地完成相關項目，既要注重結合學生所學知識設計與之相關的項目，又要引導學生做好充分準備，尤其應注重以下細節的落實：其一，從STEAM角度對項目進行拆分。人工智能項目通常由多個子模塊構成，涵蓋的知識點較多，為學生布置好項目后要求學生認真分析所應用的跨學科知識，思考哪些跨學科知識已經學習，哪些跨學科知識并未學習，提前查閱資料或者向教師請教，做好充分的知識儲備[9]。其二，各個擊破項目的重點、難點。在實施項目之前引導學生樹立必勝的信念，尤其通過制訂詳細的實施計劃，明確項目的重點、難點，并注重借助小組團隊的力量共同克服，為項目的順利完成掃清障礙。

（三）注重項目實施過程跟蹤

為確保學生嚴格按照要求，運用STEAM知識完成項目，應做好項目實施過程中的跟蹤，確保學生在規定的時間內完成項目。一方面，通過詢問各小組代表，掌握項目完成進度，以及在項目中遇到的問題，相關問題的解決方法等。不僅如此，還應注重與學生溝通交流，了解項目實施過程中遇到的困難，必要情況下通過設計問題給予學生啟發，使其能夠找到正確的項目完成思路。另一方面，認真記錄各小組學生在項目實施過程中的具體表現，為開展相關的評價活動提供依據[10]。另外，要求學生在完成項目的過程中具備良好的小組合作意識，對小組成員進行合理分工，確保STEAM知識的合理靈活運用，順利高效地完成布置的人工智能項目。

參考文獻

[1]廉文如，寧曉芳，張明明.基于STEM理念的高中信息技術課程設計[J].中國教育技術裝備，2021（11）：81-83.

[2]張文祥.STEM教育理念下高中信息技術項目學習實踐研究：以《算法與程序實現》模塊的教學為例[J].教育信息技術，2021（Z1）：85-88.

[3]蘇巍.基于STEAM理念下的高中信息技術課堂教學問題研究[J].試題與研究，2020（30）：5-6.

[4]熊恩來，熊蕾，楊教平，徐立澤，周友恒.STEAM教育理念下的高中信息技術課堂教學[J].西部素質教育，2020，6（10）：124-126.

[5]陳靜.基于STEAM的高中信息技術課程項目設計研究[D].哈爾濱師范大學，2020.

[6]黃志鋒.淺談STEAM教育與高中信息技術的融合[J].教育界，2020（17）：18-19.

[7]孟浩.項目教學法在高中信息技術教學中的踐行[J].計算機產品與流通，2017（08）：206.

[8]孫芳.以學生為中心的教學：高中信息技術項目學習初探[J].電腦知識與技術，2019，15（34）：114-115.

[9]陳寶紅.基于學科核心素養培養的高中信息技術項目式教學研究[J].福建教育學院學報，2021，22（02）：72-74.

[10]魏培李.高中信息技術項目式教學互動策略研究[J].電腦知識與技術，2020，16（15）：183，185.

作者簡介：連維鋒（1982— ），男，漢族，福建永泰人，福建省永泰縣第一中學，大學本科畢業，中學一級信息技術教師。研究方向：高中信息技術教學工作。

本文系福建省教育科學“十三五”規劃2020年度課題“基于STEAM理念的高中人工智能項目教學設計研究”（立項批準號：FJJKXB20-1231）研究成果。