STEM项目与中小学信息技术教学融合方式探究

王蕾

教学现场

近期的学科研训活动中，以STEM项目与信息技术学科的整合为主题的活动较多。在众多的活动中，有的公开课虽然主题明确，但是缺乏明晰的STEM项目的融合印记，更多时候仍然是信息技术课为主导的课堂。

问题分析

作为一门综合性的课程，STEM项目最初以独立的教学形态出现。随着课程的发展，它与信息技术等其他学科进行了有效的融合。其中在信息技术课中融入STEM项目，需要对原有的信息技术课程结构和组织类型进行改良，以推动学科的深层发展。

● STEM项目概念解析

STEM教育是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineer）和数学（Mathematics）教育的简称，它是1980年美国为提升国家竞争力和劳动力创新能力而提出的一项国家教育战略，旨在打破学科领域边界，培养学生的科技理工素养。目前，它已成为国内外教育界关注复合型创新性人才培养、劳动力水平提升的热点课题。从STEM到STEAM（增添艺术领域），再到STEMx（增添更多项学科领域），STEM教育的内涵和外延越来越丰富，囊括了艺术、体育、人文、计算机科学、调查研究、创造与革新、全球沟通协作等21世纪所需的知识与技能，发展为包容性更强的跨学科综合素养教育。[1]

课程化环境下的STEM，旨在将原本分散的科学、技术、工程、数学四门课程集合成一个新的整体。这一集合，不是课程的简单组合，而是把学生学习到的零碎知识与机械工程转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程，强调学生在“杂乱无章”的学习情境中提升设计能力、合作能力、问题解决能力和实践創新能力。[2]

● 信息技术教学中有关STEM项目的融合方式 

我国信息技术学科中有类似STEM教育的内容，但是，当前的信息技术课程与STEM教育至少有三个方面存在差异：一是，信息技术属于分科课程，更多体现学科本位，而非STEM提倡的跨学科的整合课程;二是，信息技术教学中缺少工程教育的建制;三是，技术类课程自身的教育价值并没有得到应有的重视。因此，在既有课程框架下开拓STEM教育需要深入思考。[3]

信息技术中融入STEM需要从课程内容、教学组织形式、课堂评价方式等角度对信息技术课程进行针对性的改造，以信息技术课为平台，采用具有STEM项目特征的形式进行课程改革，使其突出跨学科、整合性、创新性的特点，最终服务于学生。

● 基于STEM项目的信息技术教学设计

1.教学目标：从技能性目标到应用性任务的变革

信息技术学科的教学目标包括知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度，其中知识与技能作为学科的重要目标之一，指向课程的技能目标，要求教学达成活动。在STEM项目中，应做这样的定位：技能目标淡化为暗线，任务应用成为明线，明线推动教学进程，暗线保障任务达成，两者在融合过程中，实现教学效能。

（1）原设计

《机灵的小老鼠》属于信息技术趣味编程模块，内容涉及Scratch程序编写、光线（声音）传感器硬件介入等，而围绕此课展开的教学设计较多。根据积累的教学设计来看，大多以光线（声音）传感器的技能介绍和程序编写为主。常见的设计流程一般如下：

通过话筒（光感设备）的实例引入光线（声音）传感器的概念→讲述光线（声音）传感器的概念;

介绍传感器相应的程序模块→教师演示基本模块的搭建过程→学生模仿教师的程序，编写程序;

按照具体的项目要求进行活动→教师辅导评议。

以上过程注重技能的达成，以认识光线（声音）传感器的器件为知识目标，以达成对象运动为技能目标。在该设计的教学中，学生能够达成基本的教学目标，但是教师主导中的技能要求突出，学生作品往往缺乏创新意蕴;学生能够使用光线（声音）传感器，但是由于缺乏意义学习过程，迁移能力未能有效达成。

（2）思考焦点

以上的设计中，技术主线明显，教学中注重对光线（声音）传感器的概念认知，将光线（声音）传感器为外设控制的程序模块作为教学重点，关注搭建的达成率。学生在学习过程中，虽然了解了光线（声音）传感器的技术原理和控制模块，但是缺乏对传感器应用实例的感性认识。这样的教学过程以技能为主旨，并未能提供完整的应用练习，导致学生的学习过程单一，对概念的理解片面，以至于无法形成正确的知识迁移。

（3）改进型设计

南京市鼓楼区教学现场会上，笔者执教了一节基于STEM项目的《机灵的小老鼠》公开课，该课的教学流程如下：

导入：公园里有一只可爱的小老鼠，每天昼伏夜出，捡食公园里的糖果。但是探出头来观察时若时间不对则有危险，因为一只巡逻的汪星人总是虎视眈眈地盯着它，怎样才能安全地出洞觅食呢？

问题提出：

判断时间1→如果天亮着→老鼠待在洞里;

判断时间2→如果天黑了→老鼠外出觅食;

判断时间3→如果天快黑→老鼠做好准备。

问题思考：如何能解决以上问题？

解决思路1：时间→光线→光值→光线传感器;

解决思路2：声音→声感→音量→声音传感器。

解决方式：

路径过程1：检测环境数值（光值或者音量）。

路径过程2：记录数据，分析适宜的阈值。

路径过程3：设置相应的变量，用以记录每个时间段的数值。

路径过程4：程序判断→当某种情况下，老鼠应该如何动作。

路径过程5：实验调试→根据具体情况进行参数的调整。

活动反思：

解决问题所用的传感器：○光线传感器，○声音传感器，○光线和声音传感器。

解决问题所用的程序模块：（     ）。

实施效果：（        ）。

反思总结：（        ）。

教学评析：在本课的设计中，任务主线代替技术主线成为教学的核心，通过一系列的应用实例，让学生客观体验到光线（声音）传感器是如何对编程软件进行控制的，利用外设可以对软件中的虚拟对象产生哪些影响。这些任务来源于生活实际，符合学生的个人经验。通过项目化的应用，为教学过程建立起良好的教学环境，提升学生的认识深度。在实际教学中，该课收到了良好的课堂反馈，学生创作了大量的个性化作品，达到了行为与创新的教学目标。

2.学习过程：从线性学习到非线性选择的转变

经过十多年的教学历程，信息技术课的某些经典教学内容已经在一定程度上形成了较为固定的教学结构。例如，WPS文字单元的学习，一般都是以作品進行最终的表达。但实际上，由于中小学的计算机教室多为公共机房，学生无法安全地存储自己的作品，导致2～3课时内常常无法完成既定的教学任务。因此主题活动常常浮于形式，难以落实。在基于STEM项目的信息技术教学中，非线性的结构更加符合教学的需要，由学生来对自身的学习过程进行选择和组织，找到适宜的学习时间点。

（1）原设计

在《WPS文字-主题制作》一课中，常见的安排为经过2～3课时，最终完成一个完整的作品。理想状态下，学生依据“主题选择→收集素材→整理素材→加工处理→制作完成”的流程，在2～3节课中制作完整的作品。但由于客观条件的限制，如课时有限，或文件丢失无法接力制作，最终导致教学往往有头无尾。

（2）思考焦点

教学硬件环境是无法在短期内改变的，但是出现以上的情况，不仅有硬件环境的限制，还有教师对教材的二次加工未能因地制宜的原因。教参建议课时可以根据教学实情进行相应的修改，教学主题可以根据学情进行针对性的加工，从而保证教学目标的实现。

（3）改进型设计

基于STEM项目的教学过程，可以对以上综合性较强的主题活动进行改良型设计。将学习活动的思路进行调整，由学生来主动选择适合自己的学习内容，建立非线性的教学结构。

《WPS文字-主题制作》教学设计可以由二次线性任务与一次开放任务组成：

任务一为“我能秀”，教授如何在“WPS文字”中加入带有边框的个性图片。

任务二为“任我秀”，让学生通过已经经过部分加工处理的素材支架进行个性化的选择，通过加入具有个性化边框的小报，让学生能够自我选择，找到自己心仪的版面类型，完成创作的第二阶段。

任务三为“精彩秀”，教师分别出示：①带有背景的海报;②带有“形状”装饰的海报;③带有更多文字内容的海报;④带有更多图形组合的海报。

学生提出自我的规划：我打算如何改进我的海报（如下图）。

学生根据自己的喜好，选择个性化的方式完成自己的作品。

教学评析：在本课的教学中，采用了线性的知识学习与非线性的作业选择的教学设计结构，既给予学生充足技能认知过程，又采用具有自我选择性的作业个性化选择形式，让学生根据自身的情况选择适宜的作品呈现方式。此类型的设计，既能满足学优生对综合修改作品的需求，也能让尚不具备过高表现技巧、缺乏必要后备练习时间的学生有完整表达自身需要的机会。从实际上课效果来看，达成率近乎100%，且作品呈现出丰富的层次性。

3.课堂形式：从组织形式的单课型到主题的系统性

传统的信息技术课中，评价的方式多以总结性评价为主，通常通过一个作品来涵盖本课的教学内容。基于STEM的教学设计，强调依托项目自身的需要，将学生创作中所涉及的各方面能力进行综合性的培养，如对作品构建的流程设计、程序编写、算法分析等，通过整体性的教学设计，提升学生符合其自身发展需要的综合素养。

（1）原设计

《WPS演示的动作路径》是信息技术的传统课例，常见的教学模式是教师通过实例展示动作路径的适用场合→引入动作路径的概念→出示动作路径的图例→讲解概念→示范技能操作过程→学生模仿操作→完成教师布置的教学任务。

以上教学过程中，技能目标达成率较高，学生可以在本节课中完成既定的技能任务，但是问题也显而易见：学生的作品表达形式单一，有的学生为了实验动作路径的操作过程，将原本不应该动的对象也“被动”了起来;有时动作的对象，出现不符合其自身正确规律的“乱动”;有时对象动作的顺序颠倒，发生“躁动”情况。因此在此课中，常能发现动作目的和动作意义分离的情况。

（2）思考焦点

造成动作目的和动作意义分离的原因在于，学生对知识点的理解片面，仅仅限于技术层面的掌握，缺乏真正符合知识点本身的应用意义的认知。因此会出现技能操作为主，设计欠缺，为技术所累的尴尬情况。具体到本课，WPS演示的动作路径的技能目标达成，但其过程与方法的教学目标未能与任务本身的意义有机结合，因此出现上述的情况。

（3）改进型设计

STEM视野下的信息技术教学，将学习任务所蕴含的各类相关知识进行有效的统整。在一节课的容量中，为学生构建更为全面的知识体系。在本课的设计中，落实为以下的过程：

主题：新龟兔赛跑-动作路径。

主线1：第一场比赛-草地奔跑。兔子吸取上次比赛遇到大树就偷懒的教训，约定和乌龟在广阔的草地上进行比赛。（草地上，兔子可以设计自己的最佳路径，乌龟可以找到各种提升速度的媒介，结局开放。）

主线2：第二场比赛-水中竞技。乌龟觉得总是由兔子来选择场地不公平，于是提出在水中进行第二轮比赛。（在水中，乌龟可以采用自由路径的方式游动，兔子要借助小船来比赛，根据水中的行进情况迂回前进，应用一定的图形化的方式来运动。）

主线3：第三场比赛-迷宫竞赛。乌龟和兔子经过两轮比赛，不分胜负，开始进入障碍赛阶段，赛场中设置了大树、岩石、危险品等多种障碍物，兔子和乌龟需要借助最为合理的方式以最佳解决路径问题、顺利完成任务者为胜。（此阶段中，学生要对场地进行算法分析，理出最短的动作时间。场地中的客观环境，需要学生将动作的合理性进行分析，找出最快的动作方式。）

教学评析：本课的教学将数学、工程学和信息技术算法进行了融合，帮助学生在符合科学性的前提下完成作品，在教学过程中，学生带有明晰的学科主线，自始至终能够进行意义学习。在实际教学中，这样的教学设计过程收到了良好的教学效果。

● 融合的关注点

STEM项目与信息技术课的融合中，综合性和主题性的要求凸显，课程更加关注对于生活实际问题的求解能力。在教学过程中，需要积极吸取STEM项目中适宜的元素，为信息技术课增添更为丰富的层次和设计元素，推动学科的深层发展。在融合过程中，要关注以下问题：

首先，自然融合。信息技术学科与STEM项目融合的过程中，汲取项目中有益的结构方式和组织形式，将多学科的知识借助适宜的主题进行融合。这个过程是依照主题的要求进行组织的，适宜的主题需要寻找适合的学科内容进行整合，而不能生拉硬拽，将无关知识硬性介入课程中。

其次，贯通融合。在融合的过程中，信息技术的技能目标与STEM项目的综合目标之间有着异曲同工的妙处。在教学过程中，兼顾信息技术的技能性和STEM项目的多维度性，最大程度地将两者通过良好的任务方式进行整合，以寻求教学效益的最大化。

最后，有机融合。信息技术学科与STEM项目的融合中，采用何种形式进行融合需要仔细斟酌：任务主线性融合、区块链型融合、底层知识链融合、项目推进型融合等，都有其具体适用的内容和场合。在教学过程中，教师应依据学情，采取最佳融合方式，保障教学效能。