STEM理念下中学信息技术教学设计实践研究*

◆康妮

0 引言

随着信息技术的发展，人工智能、物联网、区块链等技术迅速发展并得到广泛利用，传统劳动力逐渐被智能化技术代替。有关未来人才的关键能力培养，教育的需求从简单的知识型传授逐渐向全面人才培养方向转变。例如：联合国教科文组织提出并逐步完善终身学习的核心素养框架，欧盟提出核心素养框架，美国21 世纪技能合作组织提出发布“21 世纪技能框架”等，都在未来人才的发展规划上作了不同角度的解读。综合以上框架，基于北京师范大学《中国学生发展核心素养》报告，核心素养大都强调培养学生批判性思维、创新能力、信息技术、协作交流等能力[1]。STEM 教学的提出为学生核心素养提升提供了较有价值的参考。很多学者将STEM 教育称为元学科，其将科学、数学、技术、工程等学科知识进行融合，除了完成学科知识的基本讲授外，还能针对学生问题解决能力进行锻炼，促进学生采用新方法、新思维的跨学科融合思维解决复杂问题[2]。

综上所述，STEM 教育与核心素养的教育诉求具有一定的一致性，因此，各国及教育组织将STEM教育视为创新复合型人才的培养方式。而STEM 也由四个独立学科领域形成一个多学科交叉融合的教育理念。近年来，部分学者在STEM 的基础上进行学科知识的再整合，融入艺术、阅读，形成STEAM、STREAM 等更为全面或更为具体的教育理念及方式[3]。

1 我国中学信息技术课堂STEM教育融合研究现状

目前有关STEM 教育理念研究已经进入实践阶段，相关理论及现状综述均为课程的实践提供了较为坚实的理论基础。国内现有STEM 课程呈零散状态，未能形成成熟体系及课程方案，细化至课程设计也只有较模糊的范式[4]。如何在日常教学中落实STEM 教学理念，促进学生核心素养的提升与培养，这已经成为每位教师必须思考并实践的议题。信息技术学科作为非中考学科，其更新迅速的课程内容及授课方式往往能很快适应时代对教育的要求，对颇为有效的新教学理念具有较好的包容性和可操作性。因此，在STEM 教育理念与日常教学的融合中，大部分学者都尝试在物理、化学、信息技术这类有技术基础、强调学生动手实践的课程中进行跨学科融合的实践研究[5]。

有关中学信息技术课程，目前教学聚焦学生信息辨别处理能力、办公软件使用等方面，并根据时代要求加入人工智能与编程课程，针对学生计算思维、创新思维、批判思维及信息处理能力进行引导养成，以适应未来人才要求。根据所在地区采用的重大版《初中信息技术》教材分析，中学信息技术教学内容涉及信息及其一般特征、文本建立与美化、表格应用、声音素材处理等，以多媒体素材处理为导向开展教学。由于程序编写能更好地促进学生计算思维与逻辑思维养成，因此在原有教材基础上，笔者所在学校增加适合学生学习的可视化编程软件的教学内容，同时以任务驱动、基于问题的方式，落地实践跨学科STEM 教育理念，以“信息技术+”的思路引导学生解决实际问题，最终促进其核心素养的提升。

2 STEM教育下的中学信息技术教学活动设计

2.1 传统教学内容变革，真实情境下的学习

STEM 教育理念中，学生学习需要有情境且环环相扣的教学内容支撑，因此，教师需在教学设计前根据教学内容确定真实问题，再通过反向思考的方式分析该问题解决时哪些知识可作为学习支架，细化教学内容呈现方式，继而确定教学流程。

合理的学习动机可以传递正面的学习态度，尤其在信息技术这类学科中，激趣环节的设计能够直接决定学生学习成就感的最终获得效果。因此，物联网、传感器等硬件设备的教学需要真实且合理的情境。本次课程实践对象为初中阶段八年级学生，他们具有较好的计算机知识基础，经过一年的可视化编程软件学习，初步具备利用软件解决问题的思考及实施能力。因此，借助校歌征集大赛这一生活事件，细化知识、精炼问题，得出“无乐理知识、无乐器如何参加”的模糊问题，引发学生思考，尝试引导学生利用信息技术软硬件结合的方式解决生活实际问题。

教师利用多媒体素材创设情境，引导帮助学生理清思路，明确真实情境下的需求，提供情境型支架，帮助学生快速进入学习状态；继而带领学生回想示范乐器钢琴的使用原理，为学生提供策略型支架，以此寻求相同效果的代替方式。问题清晰、方法明确，学生可在教师引导下逐步确定实施方案，如图1 所示，准备进入探索阶段。

图1 STEM 教育下基于问题的学习活动设计流程

2.2 采用基于问题的学习方式实现跨学科整合

整个教学活动基于校歌征集大赛，整理出“创作乐器缺失、词曲创作艰难”两大主要问题。学生在教师引导下总结出合理使用技术可实现模拟乐器的效果，继而确定“软件+硬件”解决问题的思路，并以小组为单位，逐一解决问题。教师此时为学生展示传感器模拟钢琴实现的可能性及计划实施的可行度，为学生明确最终效果。在探索环节，教师先为学生提供资源型支架及策略性支架，以按键传感器、光线传感器、超声波传感器、可视化编程软件等旧知识进行串联，整合新知识完成模拟乐器的设计思路。学生小组内确定学习目标，建立学习任务，完成并进入下一阶段。

此问题设计选用本身就具有跨学科融合的基础，即词（阅读）、曲（艺术）、创作（工程技术）中语文、音乐、信息技术等学科交叉，因此，学生在实施过程中会自发提出知识型资源和策略型资源的需求，形成“做中学”的形式。教师在音乐知识上作补充说明，有关音节、音阶、八拍等作详细介绍和要求，清晰学生计划实施方法，做好引导和资源提供，音乐知识资源如图2 所示。

图2 音乐知识资源提供

2.3 智慧教育手段实现协作学习

小组协作确定教学目标，通过智慧教育手段反馈小组探索情况。即教师提前制作任务细节和反馈区域，以点对点方式传送习题给智慧课堂内的学生，学生以小组为单位填写简谱创作结果。在课程实施过程中，在教师并未规定小组内分工的情况下，学生自发形成程序编写者、旋律创作者、结果反馈者、简谱演奏者等多个角色，以协作方式完成任务。规定时间内，小组提交创作情况，界面如图3 所示。

图3 智慧教育手段支持的小组活动情况

教师通过平板抢答功能选择三位学生展示，学生小组间的竞争关系能很好地提升学生的课堂参与度，保证课堂有序进行。在演示过程中，教师以“八分音符分别通过哪个传感器实现”“为何选择这些传感器”及演示效果等环节引导学生最大限度表现小组内成果，同时对于成功演示的小组进行深入提问，如“旋律想表达什么感受、情绪”，挖掘学生在课堂中的情感态度的获得感受。为了使演示效果便于观看，教师利用平板视频同屏功能现场拍摄学生演奏手部特写，加深本课信息技术知识的应用场景。

2.4 多样评价方式丰富STEM 课堂学生获得感

学生演示结束，教师不进行决断性评价，而是首先由小组内进行互评，从旋律传递感受、模拟乐器的操作流畅度、演奏者的熟练程度等方面进行多维度评价；其次，借助学生平板投票，请学生投出“我最喜爱的音乐片段”，增强课堂互动和学生参与度；最后，现场公布并邀请学生发表获奖感言，最大限度丰富课堂评价方式，让学生参与课堂的每一环节，真正成为课堂的主体。评价方式如图4 所示。

图4 智慧教育手段支持的投票评价方式

2.5 技术观养成及思考拓展

教师在课堂小结中引导学生跳出任务细节，强调软硬件结合解决实际问题的思维逻辑，传递正向的技术观念，促进学生成熟技术观的养成。在课程结束前，留下思考，词曲问题解决其一，留下的歌词创作问题作为思考作业。课程结束时，配乐齐诵校园现代诗，深化主题，培养学生美感，提升学生荣誉感，促进情感共鸣。

3 结论

本课程仅在本校八年级进行了课程实践，教学活动从设计、计划到实施经过六次尝试并不断改进，虽还存在尚需完善之处，但信息技术专家、学生均反馈较好。通过本次课程实践，在问题设计、教学策略等方面可总结出经验供参考。

3.1 注重真实情境下问题的合理性

STEM教育中的核心要素就是从真实情境出发，通过复杂问题的解决完成知识与技能的习得和运用。跨学科融合课堂是否能够有效进行，学生是否能有代入感，均取决于问题的真实度与合理性。因此，在问题的选择上要重视学生的沉浸感、情境或事件的真实性、知识资源接受度等要素，同时尽可能增加R（Reading）、A（Arts）元素，提升课堂美感，促进学生审美能力的提升。

3.2 注重学生活动感受体验

STEM 教育强调学生运用跨学科知识解决真实复杂综合问题，即强调学生自主、自发进行活动尝试。学生如何在学习任务中具有更多的情感共鸣及获得更多的成就感，需要教师在教学设计上思考学生的活动体验感受。教师可参考5E（即参与、探索、解释、迁移、评估）教学模式，拓展环节设计教与学的过程。在该种模式下，学生能够全身投入过程，参与思考问题、自主探索、阐述理解、新知识迁移、过程性及总结性反思评价等，真正成为课堂主体。

3.3 智慧教育手段的有效介入

丰富资源的提供、多样的评价方式是STEM 教育突出的特点，信息的及时获取和反馈对学生学习任务的进行具有积极作用。在智慧课堂背景下，技术在课前、课中、课后充分作用，从资源的提前分发到课堂的师生强交互，再到及时的评价结果反馈。在智慧教育手段辅助下，信息传递的时间被缩短，保证学生问题思考的连续性，让课堂变得更加高效。

4 结束语

本次课程仅进行小范围实践，尝试通过STEM教育理念指导中学信息技术课程，关注学生核心素养的提升。笔者始终认为：信息技术课程是最具有综合性发展可能的课程，它的目的不应局限于计算机操作教学，其独特的信息展现能力和技术发展特点更赋予学生全面素质提升的可能。因此，笔者尝试提供STEM 理念指导下跨学科的中学信息技术教学活动实践案例，期望能为STEM 教育实践落地提供参考，为该领域研究带来新的思考。