王蕾

教學現(xiàn)場

近期的學科研訓活動中，以STEM項目與信息技術學科的整合為主題的活動較多。在眾多的活動中，有的公開課雖然主題明確，但是缺乏明晰的STEM項目的融合印記，更多時候仍然是信息技術課為主導的課堂。

問題分析

作為一門綜合性的課程，STEM項目最初以獨立的教學形態(tài)出現(xiàn)。隨著課程的發(fā)展，它與信息技術等其他學科進行了有效的融合。其中在信息技術課中融入STEM項目，需要對原有的信息技術課程結(jié)構和組織類型進行改良，以推動學科的深層發(fā)展。

● STEM項目概念解析

STEM教育是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineer）和數(shù)學（Mathematics）教育的簡稱，它是1980年美國為提升國家競爭力和勞動力創(chuàng)新能力而提出的一項國家教育戰(zhàn)略，旨在打破學科領域邊界，培養(yǎng)學生的科技理工素養(yǎng)。目前，它已成為國內(nèi)外教育界關注復合型創(chuàng)新性人才培養(yǎng)、勞動力水平提升的熱點課題。從STEM到STEAM（增添藝術領域），再到STEMx（增添更多項學科領域），STEM教育的內(nèi)涵和外延越來越豐富，囊括了藝術、體育、人文、計算機科學、調(diào)查研究、創(chuàng)造與革新、全球溝通協(xié)作等21世紀所需的知識與技能，發(fā)展為包容性更強的跨學科綜合素養(yǎng)教育。[1]

課程化環(huán)境下的STEM，旨在將原本分散的科學、技術、工程、數(shù)學四門課程集合成一個新的整體。這一集合，不是課程的簡單組合，而是把學生學習到的零碎知識與機械工程轉(zhuǎn)變成一個探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過程，強調(diào)學生在“雜亂無章”的學習情境中提升設計能力、合作能力、問題解決能力和實踐創(chuàng)新能力。[2]

● 信息技術教學中有關STEM項目的融合方式?

我國信息技術學科中有類似STEM教育的內(nèi)容，但是，當前的信息技術課程與STEM教育至少有三個方面存在差異：一是，信息技術屬于分科課程，更多體現(xiàn)學科本位，而非STEM提倡的跨學科的整合課程;二是，信息技術教學中缺少工程教育的建制;三是，技術類課程自身的教育價值并沒有得到應有的重視。因此，在既有課程框架下開拓STEM教育需要深入思考。[3]

信息技術中融入STEM需要從課程內(nèi)容、教學組織形式、課堂評價方式等角度對信息技術課程進行針對性的改造，以信息技術課為平臺，采用具有STEM項目特征的形式進行課程改革，使其突出跨學科、整合性、創(chuàng)新性的特點，最終服務于學生。

● 基于STEM項目的信息技術教學設計

1.教學目標：從技能性目標到應用性任務的變革

信息技術學科的教學目標包括知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個維度，其中知識與技能作為學科的重要目標之一，指向課程的技能目標，要求教學達成活動。在STEM項目中，應做這樣的定位：技能目標淡化為暗線，任務應用成為明線，明線推動教學進程，暗線保障任務達成，兩者在融合過程中，實現(xiàn)教學效能。

（1）原設計

《機靈的小老鼠》屬于信息技術趣味編程模塊，內(nèi)容涉及Scratch程序編寫、光線（聲音）傳感器硬件介入等，而圍繞此課展開的教學設計較多。根據(jù)積累的教學設計來看，大多以光線（聲音）傳感器的技能介紹和程序編寫為主。常見的設計流程一般如下：

通過話筒（光感設備）的實例引入光線（聲音）傳感器的概念→講述光線（聲音）傳感器的概念;

介紹傳感器相應的程序模塊→教師演示基本模塊的搭建過程→學生模仿教師的程序，編寫程序;

按照具體的項目要求進行活動→教師輔導評議。

以上過程注重技能的達成，以認識光線（聲音）傳感器的器件為知識目標，以達成對象運動為技能目標。在該設計的教學中，學生能夠達成基本的教學目標，但是教師主導中的技能要求突出，學生作品往往缺乏創(chuàng)新意蘊;學生能夠使用光線（聲音）傳感器，但是由于缺乏意義學習過程，遷移能力未能有效達成。

（2）思考焦點

以上的設計中，技術主線明顯，教學中注重對光線（聲音）傳感器的概念認知，將光線（聲音）傳感器為外設控制的程序模塊作為教學重點，關注搭建的達成率。學生在學習過程中，雖然了解了光線（聲音）傳感器的技術原理和控制模塊，但是缺乏對傳感器應用實例的感性認識。這樣的教學過程以技能為主旨，并未能提供完整的應用練習，導致學生的學習過程單一，對概念的理解片面，以至于無法形成正確的知識遷移。

（3）改進型設計

南京市鼓樓區(qū)教學現(xiàn)場會上，筆者執(zhí)教了一節(jié)基于STEM項目的《機靈的小老鼠》公開課，該課的教學流程如下：

導入：公園里有一只可愛的小老鼠，每天晝伏夜出，撿食公園里的糖果。但是探出頭來觀察時若時間不對則有危險，因為一只巡邏的汪星人總是虎視眈眈地盯著它，怎樣才能安全地出洞覓食呢？

問題提出：

判斷時間1→如果天亮著→老鼠待在洞里;

判斷時間2→如果天黑了→老鼠外出覓食;

判斷時間3→如果天快黑→老鼠做好準備。

問題思考：如何能解決以上問題？

解決思路1：時間→光線→光值→光線傳感器;

解決思路2：聲音→聲感→音量→聲音傳感器。

解決方式：

路徑過程1：檢測環(huán)境數(shù)值（光值或者音量）。

路徑過程2：記錄數(shù)據(jù)，分析適宜的閾值。

路徑過程3：設置相應的變量，用以記錄每個時間段的數(shù)值。

路徑過程4：程序判斷→當某種情況下，老鼠應該如何動作。

路徑過程5：實驗調(diào)試→根據(jù)具體情況進行參數(shù)的調(diào)整。

活動反思：

解決問題所用的傳感器：○光線傳感器，○聲音傳感器，○光線和聲音傳感器。

解決問題所用的程序模塊：（ ? ? ）。

實施效果：（ ? ? ? ?）。

反思總結(jié)：（ ? ? ? ?）。

教學評析：在本課的設計中，任務主線代替技術主線成為教學的核心，通過一系列的應用實例，讓學生客觀體驗到光線（聲音）傳感器是如何對編程軟件進行控制的，利用外設可以對軟件中的虛擬對象產(chǎn)生哪些影響。這些任務來源于生活實際，符合學生的個人經(jīng)驗。通過項目化的應用，為教學過程建立起良好的教學環(huán)境，提升學生的認識深度。在實際教學中，該課收到了良好的課堂反饋，學生創(chuàng)作了大量的個性化作品，達到了行為與創(chuàng)新的教學目標。

2.學習過程：從線性學習到非線性選擇的轉(zhuǎn)變

經(jīng)過十多年的教學歷程，信息技術課的某些經(jīng)典教學內(nèi)容已經(jīng)在一定程度上形成了較為固定的教學結(jié)構。例如，WPS文字單元的學習，一般都是以作品進行最終的表達。但實際上，由于中小學的計算機教室多為公共機房，學生無法安全地存儲自己的作品，導致2～3課時內(nèi)常常無法完成既定的教學任務。因此主題活動常常浮于形式，難以落實。在基于STEM項目的信息技術教學中，非線性的結(jié)構更加符合教學的需要，由學生來對自身的學習過程進行選擇和組織，找到適宜的學習時間點。

（1）原設計

在《WPS文字-主題制作》一課中，常見的安排為經(jīng)過2～3課時，最終完成一個完整的作品。理想狀態(tài)下，學生依據(jù)“主題選擇→收集素材→整理素材→加工處理→制作完成”的流程，在2～3節(jié)課中制作完整的作品。但由于客觀條件的限制，如課時有限，或文件丟失無法接力制作，最終導致教學往往有頭無尾。

（2）思考焦點

教學硬件環(huán)境是無法在短期內(nèi)改變的，但是出現(xiàn)以上的情況，不僅有硬件環(huán)境的限制，還有教師對教材的二次加工未能因地制宜的原因。教參建議課時可以根據(jù)教學實情進行相應的修改，教學主題可以根據(jù)學情進行針對性的加工，從而保證教學目標的實現(xiàn)。

（3）改進型設計

基于STEM項目的教學過程，可以對以上綜合性較強的主題活動進行改良型設計。將學習活動的思路進行調(diào)整，由學生來主動選擇適合自己的學習內(nèi)容，建立非線性的教學結(jié)構。

《WPS文字-主題制作》教學設計可以由二次線性任務與一次開放任務組成：

任務一為“我能秀”，教授如何在“WPS文字”中加入帶有邊框的個性圖片。

任務二為“任我秀”，讓學生通過已經(jīng)經(jīng)過部分加工處理的素材支架進行個性化的選擇，通過加入具有個性化邊框的小報，讓學生能夠自我選擇，找到自己心儀的版面類型，完成創(chuàng)作的第二階段。

任務三為“精彩秀”，教師分別出示：①帶有背景的海報;②帶有“形狀”裝飾的海報;③帶有更多文字內(nèi)容的海報;④帶有更多圖形組合的海報。

學生提出自我的規(guī)劃：我打算如何改進我的海報（如下圖）。

學生根據(jù)自己的喜好，選擇個性化的方式完成自己的作品。

教學評析：在本課的教學中，采用了線性的知識學習與非線性的作業(yè)選擇的教學設計結(jié)構，既給予學生充足技能認知過程，又采用具有自我選擇性的作業(yè)個性化選擇形式，讓學生根據(jù)自身的情況選擇適宜的作品呈現(xiàn)方式。此類型的設計，既能滿足學優(yōu)生對綜合修改作品的需求，也能讓尚不具備過高表現(xiàn)技巧、缺乏必要后備練習時間的學生有完整表達自身需要的機會。從實際上課效果來看，達成率近乎100%，且作品呈現(xiàn)出豐富的層次性。

3.課堂形式：從組織形式的單課型到主題的系統(tǒng)性

傳統(tǒng)的信息技術課中，評價的方式多以總結(jié)性評價為主，通常通過一個作品來涵蓋本課的教學內(nèi)容?；赟TEM的教學設計，強調(diào)依托項目自身的需要，將學生創(chuàng)作中所涉及的各方面能力進行綜合性的培養(yǎng)，如對作品構建的流程設計、程序編寫、算法分析等，通過整體性的教學設計，提升學生符合其自身發(fā)展需要的綜合素養(yǎng)。

（1）原設計

《WPS演示的動作路徑》是信息技術的傳統(tǒng)課例，常見的教學模式是教師通過實例展示動作路徑的適用場合→引入動作路徑的概念→出示動作路徑的圖例→講解概念→示范技能操作過程→學生模仿操作→完成教師布置的教學任務。

以上教學過程中，技能目標達成率較高，學生可以在本節(jié)課中完成既定的技能任務，但是問題也顯而易見：學生的作品表達形式單一，有的學生為了實驗動作路徑的操作過程，將原本不應該動的對象也“被動”了起來;有時動作的對象，出現(xiàn)不符合其自身正確規(guī)律的“亂動”;有時對象動作的順序顛倒，發(fā)生“躁動”情況。因此在此課中，常能發(fā)現(xiàn)動作目的和動作意義分離的情況。

（2）思考焦點

造成動作目的和動作意義分離的原因在于，學生對知識點的理解片面，僅僅限于技術層面的掌握，缺乏真正符合知識點本身的應用意義的認知。因此會出現(xiàn)技能操作為主，設計欠缺，為技術所累的尷尬情況。具體到本課，WPS演示的動作路徑的技能目標達成，但其過程與方法的教學目標未能與任務本身的意義有機結(jié)合，因此出現(xiàn)上述的情況。

（3）改進型設計

STEM視野下的信息技術教學，將學習任務所蘊含的各類相關知識進行有效的統(tǒng)整。在一節(jié)課的容量中，為學生構建更為全面的知識體系。在本課的設計中，落實為以下的過程：

主題：新龜兔賽跑-動作路徑。

主線1：第一場比賽-草地奔跑。兔子吸取上次比賽遇到大樹就偷懶的教訓，約定和烏龜在廣闊的草地上進行比賽。（草地上，兔子可以設計自己的最佳路徑，烏龜可以找到各種提升速度的媒介，結(jié)局開放。）

主線2：第二場比賽-水中競技。烏龜覺得總是由兔子來選擇場地不公平，于是提出在水中進行第二輪比賽。（在水中，烏龜可以采用自由路徑的方式游動，兔子要借助小船來比賽，根據(jù)水中的行進情況迂回前進，應用一定的圖形化的方式來運動。）

主線3：第三場比賽-迷宮競賽。烏龜和兔子經(jīng)過兩輪比賽，不分勝負，開始進入障礙賽階段，賽場中設置了大樹、巖石、危險品等多種障礙物，兔子和烏龜需要借助最為合理的方式以最佳解決路徑問題、順利完成任務者為勝。（此階段中，學生要對場地進行算法分析，理出最短的動作時間。場地中的客觀環(huán)境，需要學生將動作的合理性進行分析，找出最快的動作方式。）

教學評析：本課的教學將數(shù)學、工程學和信息技術算法進行了融合，幫助學生在符合科學性的前提下完成作品，在教學過程中，學生帶有明晰的學科主線，自始至終能夠進行意義學習。在實際教學中，這樣的教學設計過程收到了良好的教學效果。

● 融合的關注點

STEM項目與信息技術課的融合中，綜合性和主題性的要求凸顯，課程更加關注對于生活實際問題的求解能力。在教學過程中，需要積極吸取STEM項目中適宜的元素，為信息技術課增添更為豐富的層次和設計元素，推動學科的深層發(fā)展。在融合過程中，要關注以下問題：

首先，自然融合。信息技術學科與STEM項目融合的過程中，汲取項目中有益的結(jié)構方式和組織形式，將多學科的知識借助適宜的主題進行融合。這個過程是依照主題的要求進行組織的，適宜的主題需要尋找適合的學科內(nèi)容進行整合，而不能生拉硬拽，將無關知識硬性介入課程中。

其次，貫通融合。在融合的過程中，信息技術的技能目標與STEM項目的綜合目標之間有著異曲同工的妙處。在教學過程中，兼顧信息技術的技能性和STEM項目的多維度性，最大程度地將兩者通過良好的任務方式進行整合，以尋求教學效益的最大化。

最后，有機融合。信息技術學科與STEM項目的融合中，采用何種形式進行融合需要仔細斟酌：任務主線性融合、區(qū)塊鏈型融合、底層知識鏈融合、項目推進型融合等，都有其具體適用的內(nèi)容和場合。在教學過程中，教師應依據(jù)學情，采取最佳融合方式，保障教學效能。