◆康妮

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等技術(shù)迅速發(fā)展并得到廣泛利用，傳統(tǒng)勞動(dòng)力逐漸被智能化技術(shù)代替。有關(guān)未來人才的關(guān)鍵能力培養(yǎng)，教育的需求從簡單的知識型傳授逐漸向全面人才培養(yǎng)方向轉(zhuǎn)變。例如：聯(lián)合國教科文組織提出并逐步完善終身學(xué)習(xí)的核心素養(yǎng)框架，歐盟提出核心素養(yǎng)框架，美國21 世紀(jì)技能合作組織提出發(fā)布“21 世紀(jì)技能框架”等，都在未來人才的發(fā)展規(guī)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(xué)《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》報(bào)告，核心素養(yǎng)大都強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生批判性思維、創(chuàng)新能力、信息技術(shù)、協(xié)作交流等能力[1]。STEM 教學(xué)的提出為學(xué)生核心素養(yǎng)提升提供了較有價(jià)值的參考。很多學(xué)者將STEM 教育稱為元學(xué)科，其將科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)、工程等學(xué)科知識進(jìn)行融合，除了完成學(xué)科知識的基本講授外，還能針對學(xué)生問題解決能力進(jìn)行鍛煉，促進(jìn)學(xué)生采用新方法、新思維的跨學(xué)科融合思維解決復(fù)雜問題[2]。

綜上所述，STEM 教育與核心素養(yǎng)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(chuàng)新復(fù)合型人才的培養(yǎng)方式。而STEM 也由四個(gè)獨(dú)立學(xué)科領(lǐng)域形成一個(gè)多學(xué)科交叉融合的教育理念。近年來，部分學(xué)者在STEM 的基礎(chǔ)上進(jìn)行學(xué)科知識的再整合，融入藝術(shù)、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(xué)信息技術(shù)課堂STEM教育融合研究現(xiàn)狀

目前有關(guān)STEM 教育理念研究已經(jīng)進(jìn)入實(shí)踐階段，相關(guān)理論及現(xiàn)狀綜述均為課程的實(shí)踐提供了較為堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。國內(nèi)現(xiàn)有STEM 課程呈零散狀態(tài)，未能形成成熟體系及課程方案，細(xì)化至課程設(shè)計(jì)也只有較模糊的范式[4]。如何在日常教學(xué)中落實(shí)STEM 教學(xué)理念，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升與培養(yǎng)，這已經(jīng)成為每位教師必須思考并實(shí)踐的議題。信息技術(shù)學(xué)科作為非中考學(xué)科，其更新迅速的課程內(nèi)容及授課方式往往能很快適應(yīng)時(shí)代對教育的要求，對頗為有效的新教學(xué)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(xué)的融合中，大部分學(xué)者都嘗試在物理、化學(xué)、信息技術(shù)這類有技術(shù)基礎(chǔ)、強(qiáng)調(diào)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的課程中進(jìn)行跨學(xué)科融合的實(shí)踐研究[5]。

有關(guān)中學(xué)信息技術(shù)課程，目前教學(xué)聚焦學(xué)生信息辨別處理能力、辦公軟件使用等方面，并根據(jù)時(shí)代要求加入人工智能與編程課程，針對學(xué)生計(jì)算思維、創(chuàng)新思維、批判思維及信息處理能力進(jìn)行引導(dǎo)養(yǎng)成，以適應(yīng)未來人才要求。根據(jù)所在地區(qū)采用的重大版《初中信息技術(shù)》教材分析，中學(xué)信息技術(shù)教學(xué)內(nèi)容涉及信息及其一般特征、文本建立與美化、表格應(yīng)用、聲音素材處理等，以多媒體素材處理為導(dǎo)向開展教學(xué)。由于程序編寫能更好地促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維與邏輯思維養(yǎng)成，因此在原有教材基礎(chǔ)上，筆者所在學(xué)校增加適合學(xué)生學(xué)習(xí)的可視化編程軟件的教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)以任務(wù)驅(qū)動(dòng)、基于問題的方式，落地實(shí)踐跨學(xué)科STEM 教育理念，以“信息技術(shù)+”的思路引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際問題，最終促進(jìn)其核心素養(yǎng)的提升。

2 STEM教育下的中學(xué)信息技術(shù)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

2.1 傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容變革，真實(shí)情境下的學(xué)習(xí)

STEM 教育理念中，學(xué)生學(xué)習(xí)需要有情境且環(huán)環(huán)相扣的教學(xué)內(nèi)容支撐，因此，教師需在教學(xué)設(shè)計(jì)前根據(jù)教學(xué)內(nèi)容確定真實(shí)問題，再通過反向思考的方式分析該問題解決時(shí)哪些知識可作為學(xué)習(xí)支架，細(xì)化教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式，繼而確定教學(xué)流程。

合理的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)可以傳遞正面的學(xué)習(xí)態(tài)度，尤其在信息技術(shù)這類學(xué)科中，激趣環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)能夠直接決定學(xué)生學(xué)習(xí)成就感的最終獲得效果。因此，物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等硬件設(shè)備的教學(xué)需要真實(shí)且合理的情境。本次課程實(shí)踐對象為初中階段八年級學(xué)生，他們具有較好的計(jì)算機(jī)知識基礎(chǔ)，經(jīng)過一年的可視化編程軟件學(xué)習(xí)，初步具備利用軟件解決問題的思考及實(shí)施能力。因此，借助校歌征集大賽這一生活事件，細(xì)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(fā)學(xué)生思考，嘗試引導(dǎo)學(xué)生利用信息技術(shù)軟硬件結(jié)合的方式解決生活實(shí)際問題。

教師利用多媒體素材創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)幫助學(xué)生理清思路，明確真實(shí)情境下的需求，提供情境型支架，幫助學(xué)生快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)；繼而帶領(lǐng)學(xué)生回想示范樂器鋼琴的使用原理，為學(xué)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(xué)生可在教師引導(dǎo)下逐步確定實(shí)施方案，如圖1 所示，準(zhǔn)備進(jìn)入探索階段。

圖1 STEM 教育下基于問題的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)流程

2.2 采用基于問題的學(xué)習(xí)方式實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科整合

整個(gè)教學(xué)活動(dòng)基于校歌征集大賽，整理出“創(chuàng)作樂器缺失、詞曲創(chuàng)作艱難”兩大主要問題。學(xué)生在教師引導(dǎo)下總結(jié)出合理使用技術(shù)可實(shí)現(xiàn)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(shí)為學(xué)生展示傳感器模擬鋼琴實(shí)現(xiàn)的可能性及計(jì)劃實(shí)施的可行度，為學(xué)生明確最終效果。在探索環(huán)節(jié)，教師先為學(xué)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(jìn)行串聯(lián)，整合新知識完成模擬樂器的設(shè)計(jì)思路。學(xué)生小組內(nèi)確定學(xué)習(xí)目標(biāo)，建立學(xué)習(xí)任務(wù)，完成并進(jìn)入下一階段。

此問題設(shè)計(jì)選用本身就具有跨學(xué)科融合的基礎(chǔ)，即詞（閱讀）、曲（藝術(shù)）、創(chuàng)作（工程技術(shù)）中語文、音樂、信息技術(shù)等學(xué)科交叉，因此，學(xué)生在實(shí)施過程中會自發(fā)提出知識型資源和策略型資源的需求，形成“做中學(xué)”的形式。教師在音樂知識上作補(bǔ)充說明，有關(guān)音節(jié)、音階、八拍等作詳細(xì)介紹和要求，清晰學(xué)生計(jì)劃實(shí)施方法，做好引導(dǎo)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(shí)現(xiàn)協(xié)作學(xué)習(xí)

小組協(xié)作確定教學(xué)目標(biāo)，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(wù)細(xì)節(jié)和反饋區(qū)域，以點(diǎn)對點(diǎn)方式傳送習(xí)題給智慧課堂內(nèi)的學(xué)生，學(xué)生以小組為單位填寫簡譜創(chuàng)作結(jié)果。在課程實(shí)施過程中，在教師并未規(guī)定小組內(nèi)分工的情況下，學(xué)生自發(fā)形成程序編寫者、旋律創(chuàng)作者、結(jié)果反饋者、簡譜演奏者等多個(gè)角色，以協(xié)作方式完成任務(wù)。規(guī)定時(shí)間內(nèi)，小組提交創(chuàng)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(dòng)情況

教師通過平板搶答功能選擇三位學(xué)生展示，學(xué)生小組間的競爭關(guān)系能很好地提升學(xué)生的課堂參與度，保證課堂有序進(jìn)行。在演示過程中，教師以“八分音符分別通過哪個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)”“為何選擇這些傳感器”及演示效果等環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生最大限度表現(xiàn)小組內(nèi)成果，同時(shí)對于成功演示的小組進(jìn)行深入提問，如“旋律想表達(dá)什么感受、情緒”，挖掘?qū)W生在課堂中的情感態(tài)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(xiàn)場拍攝學(xué)生演奏手部特寫，加深本課信息技術(shù)知識的應(yīng)用場景。

2.4 多樣評價(jià)方式豐富STEM 課堂學(xué)生獲得感

學(xué)生演示結(jié)束，教師不進(jìn)行決斷性評價(jià)，而是首先由小組內(nèi)進(jìn)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(jìn)行多維度評價(jià)；其次，借助學(xué)生平板投票，請學(xué)生投出“我最喜愛的音樂片段”，增強(qiáng)課堂互動(dòng)和學(xué)生參與度；最后，現(xiàn)場公布并邀請學(xué)生發(fā)表獲獎(jiǎng)感言，最大限度豐富課堂評價(jià)方式，讓學(xué)生參與課堂的每一環(huán)節(jié)，真正成為課堂的主體。評價(jià)方式如圖4 所示。

圖4 智慧教育手段支持的投票評價(jià)方式

2.5 技術(shù)觀養(yǎng)成及思考拓展

教師在課堂小結(jié)中引導(dǎo)學(xué)生跳出任務(wù)細(xì)節(jié)，強(qiáng)調(diào)軟硬件結(jié)合解決實(shí)際問題的思維邏輯，傳遞正向的技術(shù)觀念，促進(jìn)學(xué)生成熟技術(shù)觀的養(yǎng)成。在課程結(jié)束前，留下思考，詞曲問題解決其一，留下的歌詞創(chuàng)作問題作為思考作業(yè)。課程結(jié)束時(shí)，配樂齊誦校園現(xiàn)代詩，深化主題，培養(yǎng)學(xué)生美感，提升學(xué)生榮譽(yù)感，促進(jìn)情感共鳴。

3 結(jié)論

本課程僅在本校八年級進(jìn)行了課程實(shí)踐，教學(xué)活動(dòng)從設(shè)計(jì)、計(jì)劃到實(shí)施經(jīng)過六次嘗試并不斷改進(jìn)，雖還存在尚需完善之處，但信息技術(shù)專家、學(xué)生均反饋較好。通過本次課程實(shí)踐，在問題設(shè)計(jì)、教學(xué)策略等方面可總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)供參考。

3.1 注重真實(shí)情境下問題的合理性

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

3.2 注重學(xué)生活動(dòng)感受體驗(yàn)

STEM 教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科知識解決真實(shí)復(fù)雜綜合問題，即強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主、自發(fā)進(jìn)行活動(dòng)嘗試。學(xué)生如何在學(xué)習(xí)任務(wù)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(xué)設(shè)計(jì)上思考學(xué)生的活動(dòng)體驗(yàn)感受。教師可參考5E（即參與、探索、解釋、遷移、評估）教學(xué)模式，拓展環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)教與學(xué)的過程。在該種模式下，學(xué)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(jié)性反思評價(jià)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(jià)方式是STEM 教育突出的特點(diǎn)，信息的及時(shí)獲取和反饋對學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)的進(jìn)行具有積極作用。在智慧課堂背景下，技術(shù)在課前、課中、課后充分作用，從資源的提前分發(fā)到課堂的師生強(qiáng)交互，再到及時(shí)的評價(jià)結(jié)果反饋。在智慧教育手段輔助下，信息傳遞的時(shí)間被縮短，保證學(xué)生問題思考的連續(xù)性，讓課堂變得更加高效。

4 結(jié)束語

本次課程僅進(jìn)行小范圍實(shí)踐，嘗試通過STEM教育理念指導(dǎo)中學(xué)信息技術(shù)課程，關(guān)注學(xué)生核心素養(yǎng)的提升。筆者始終認(rèn)為：信息技術(shù)課程是最具有綜合性發(fā)展可能的課程，它的目的不應(yīng)局限于計(jì)算機(jī)操作教學(xué)，其獨(dú)特的信息展現(xiàn)能力和技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)更賦予學(xué)生全面素質(zhì)提升的可能。因此，筆者嘗試提供STEM 理念指導(dǎo)下跨學(xué)科的中學(xué)信息技術(shù)教學(xué)活動(dòng)實(shí)踐案例，期望能為STEM 教育實(shí)踐落地提供參考，為該領(lǐng)域研究帶來新的思考。