“STEM+”视阈下设计思维培育的高中信息技术教学实践研究

【摘要】STEM提倡多学科融合。在日常生活中，信息技术无处不在，而设计思维对于现代社会发展来说，是动力和源泉。文章开展的“STEM+”视阈下设计思维培育的高中信息技术教学实践研究具有重要意义。

【关键词】设计思维;培育;高中信息技术

【基金项目】本文系江苏省教育科学“十三五”规划2018年度立项课题“‘STEM+’视阈下设计思维培育的高中信息技术教学实践研究”（课题批准号：C-b/2018/02/36）的研究成果。

作者简介：羌红燕（1986.12-），女，江苏省平潮高级中学，中学一级教师，市基本功比赛一等奖。

当今处于信息时代，知识与经济占据主导，知识日益更新，市场竞争也日趋激烈，对我们来说是新的挑战。高中信息技术课程有它的独特之处，能融合其他学科，并且更新速度快，能紧跟时代步伐。它提倡学生自主表达思想，鼓励学生利用信息技术解决实际问题，不断实践，不断创新。设计思维能帮助人们突破常规思维，提出解决问题的新方法。在高中信息技术教学活动中，基于“STEM+”视阈培育学生的设计思维能力，既能提高学生的信息素养，也能推动整个社会的发展，促使国家更为强大。本文将从以下几方面来研究“STEM+”视阈下设计思维培育的高中信息技术教学。

一、“STEM+”视阈

20世纪80年代，为了提高国家竞争力和劳动力的创新能力，美国提出了一项国家教育战略，即STEM教育，目的在于打破学科之间的界限，培养学生的科技理工素养。同时，STEM也是培养新型创新人才的热点课题。南京外国语学校朱善萍女士在2016年提出“STEM+”，包括艺术、体育、人文、计算机科学、调查研究、创造与革新及全球沟通协作等知识和技能，成为跨学科综合素养教育，包容性更强。“STEM+”视阈下设计思维培育的高中信息技术教学，尝试从新视角打通技术与其他领域之间的壁垒，从知识学习转为思维探究，尝试从寻找教学模式转为追求思维品质教学，希望在高中信息技术领域寻找到合适的研究者及研究策略的突破口。

二、设计思维

什么是设计思维？很多设计活动都可以被视为设计思维。20世纪80年代，随着人性化设计的兴起，设计思维开始引起人们的重视。

现在对设计思维的定义是一种以人为本的解决复杂问题的创新方法，它利用设计者的理解和方法，将技术可行性、商业策略与用户需求相匹配，从而转化为客户价值和市场机会。作为一种思维的方式，设计思维被普遍认为具有综合处理能力的性质，能够理解问题产生的背景，能够催生洞察力及解决方法，并能够理性地分析和找出最合适的解决方案。

在当代，流行词中已出现设计思维，它可以广泛地应用于设计和工程技术，以及商业活动和管理学等方面，可以认为是描述某种独特的“在行动中进行创意思考”的方式。设计思维的发展，对现今的教育领域有着越来越大的影响。

三、“STEM+”视阈下的设计思维

2017年，高中进行了新课程改革。在《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中，高中信息技术教材以及课程内容和形式都发生了比较大的变化。新课标指导下的高中信息技术课程不再满足于传统的教师讲授、学生模仿，而是更加注重对学生信息技术核心素养的培养。信息意识、计算思维、数字化学习与创新以及信息社会责任这四个核心要素是高中信息技术学科的核心素养。

其中，计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。比如，看待问题时能够利用计算机合理组织数据;通过仔细分析各种信息，运用合理的算法解决问题等。在关注计算思维的同时，还应关注人与技术交互碰撞领域——设计思维。随着美学、IT技术等快速发展，我们应重新思考人与物、人与世界的关系。

基于“STEM+”视阈的设计思维培育即立足于系统工程如何去创造一个有趣、实用产品的思维方式，涉及如何让世界更美好，将科技创新融入人与物、物与物、人与社会的互动感知。比如，在设计思维培育中，在实施跨学科融合教育的同时，强化学生的意志品质，激发学生的家国情怀，唤醒学生的生命自觉，既关注信息技术融合多学科应用与创新思维角度，也注重高中信息技术课程中培养学生的创新精神和实践能力，实现自我、本我、超我的均衡发展。

四、“STEM+”视阈下的设计思维培育策略及教学实践

设计思维作为一种高级思维能力，怎么样进行培养呢？笔者查阅了大量资料，依据设计思维的心理操作过程，认为培养学生设计思维能力的关键是表象积累、思维发散、联想和想象力、决策能力。下面将从这四个方面分别进行阐述。

（一）增加表象信息积累

表象信息，通俗地讲，就是储存在大脑中客观事物的具体形象，是一种信息表象的形式。通过多种感知器官，人们可以直接获取客观世界的表象。表象由听觉表象、视觉表象、嗅觉表象、味觉表象、触觉表象等组成。所以，教师在进行教学活动时，可以充分利用各种形式让学生进行表象信息积累，如播放课前导入视频，学生实际动手操作，播放相关的音乐等。值得注意的是，要让学生选择并积累有用的信息，教师就要对各种形式的表象进行筛选，选择有利于提高学生信息素养的表象，最好能吸引学生兴趣，也就是在无意注意的前提下引起有意注意，可以用任務驱动的方式。积累表象信息的目的是长久记忆表象信息。学生在进行有意注意时，开始时是短时记忆。教师可通过一层层教学活动，促使学生形成长时记忆。记忆任何一种信息都必须先经过短时记忆再进入长时记忆。

在教学活动中，教师可以从以下三个方面增加学生的表象积累。

首先，培养学生的观察力，多观察客观事物的多面特征，感知和积累表象信息。只有提高观察力才能更好地接收表象信息，增加表象积累。

其次，通过加强记忆来增加表象积累。教师在教学过程中，一方面讲授新知识点，促进学生对新知识的理解，积累表象;另一方面适当复习以前学习的知识，间接进行表象积累。

再次，将有意注意和无意注意充分结合，积累表象信息。教师在教学活动中应明确教学目标。学生在有意注意时会有针对性地选择表象，进行表象信息积累，而在无意注意恰当时会间接增加表象信息积累。培养学生设计思维的基础是增加表象信息积累。

在高中信息技术课程教学中，教师应选择恰当的教学方法和信息技术工具，帮助学生进行表象积累。如：直观教学法，教师借助实物帮助学生学习，如汉诺塔的算法，借助实物圆环来进行演示;情境教学法，教师可利用视频等创设情境，营造学习氛围，如播放疫情期间一些感人的视频，触动学生的家国情怀等;项目式教学，这是最近时兴的一种教学方法，最显著的特点是“项目为主线、教师为引导、学生为主体”，注重理论与实践结合，让学生在项目式学习中利用多感官全面感知事物，不断进行表象信息积累;还有其他一些教学方法，如活动教学法、暗示教学方法和电化教学方法等。

（二）强化联想和想象力

根据事物间的关联，由一个事物想到另一事物的心理活动，就是联想;当联想冲出平常的习惯，产成新的形象，就是想象。想象是人脑对已有表象信息进行分析、综合、加工、改造后生成新的形象的一种心理活动。

突破设计思维培育的环节是联想和想象。在高中信息技术教学中，教师可以通过游戏活动和创设情境的方式来提高学生的联想力和想象力。学生在游戏过程中学习知识，不仅能调动学习兴趣，而且能营造轻松氛围，发展观察力、记忆力、联想力和想象力。应该注意的是，游戏应贴合教学内容，寓教于乐，不能为了游戏而游戏。教师也可以创设情境，让学生参与到教学活动中，引起学生的共鸣，激发学生的想象力。

（三）促进发散思维

培养设计思维能力的关键即发散思维。发散思维是指依据目标从不同的角度寻找并发现相关信息的过程。发散思维能使我们获得大量可选择和考虑的新思路和新方法，从而解决问题。在解决实际问题的过程中，学生有时会找不到合适的方法，会出现暂时性脑袋“空白”或者因惯性思维而无法找到解决问题的思路。

在高中信息技术课程教学中，如何发散学生的思维呢？教师应鼓励学生多思考，多发表意见，提出一些新奇的想法，汇总在一个本子上;可以建立一些班级论坛、网络平台，让学生在班级群里自由发言，但是教师必须做到及时收集，可以让学生总结分析;也可以把学习内容分成几个主题，让学生进行分主题学习，然后进行知识整合，锻炼学生的发散思维;在课堂结束阶段，教师可以提出问题，引导学生回顾总结所学内容，在已有知识的基础上生成新的想法，也能促进学生的思维发散。

（四）提高决策能力

决策在生活中无处不在。决策是对若干可行方案进行判断并选择的过程。在教学过程中，决策就是学生进行自我、本我展示的过程，即根据学生的认知特点，让学生进行逻辑推理，运用已有知识对学习内容进行比较分析，形成自己的觀点。可以让学生采取小组学习形式，提高学生的参与度;教师也可以适当引导，促进学生进行自主学习，提高学生的决策能力。

五、“STEM+”视阈下设计思维培育教学中的有效工具

思维导图是“STEM+”视阈下设计思维培育教学中的有效工具。思维导图（The Mind Map），又名心智导图，是表达发散性思维的有效图形思维工具，它简单却很高效，是一种实用的思维工具。思维导图运用图文并重的技巧，把各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来，将主题关键词与图像、颜色等建立记忆链接。思维导图有很多软件可以进行辅助画图。

思维导图已逐步被运用到教学领域。教师可以利用思维导图进行课程的设置，以及教学模式的探索与改革，探讨新的学习方法和教学技巧。

思维导图在高中信息技术教学中应用的实例如下。

（一）教学思路

以教科版2017新版必修1《数据与计算》中“周而复始的循环”这节课为例，教学设计是在前面两节内容的基础上，进一步对python编程中的循环结构进行学习，主要涉及for和while两个循环语句。本节课的教学重点：掌握for和while循环语句的格式。教学难点：掌握for循环中循环次数的设置方法;掌握while循环中循环控制条件的设置方法。

为了实现教学目标，笔者设计了“飞行棋掷骰子”这个项目让学生更好地进行深度学习，让学生一步步有层次、有进度地学习for循环和while循环。

1.第一部分：让计算机模拟掷骰子

学生思考：我们要让计算机做什么？

教师活动：讲解random标准库，产生1到6之间的随机数。

学生活动：学生体验计算机模拟掷骰子的程序。

设计意图：让学生在理解循环结构之前对其主要程序有一定的了解。

2.第二部分：用循环实现重复掷骰子4次

教师活动：飞行棋有四组，红、黄、蓝、绿，每组都掷骰子一次，所以需要计算机一共重复掷骰子4次。怎么实现呢？讲解如何使用for循环。

学生活动：动手实践设计程序。

设计意图：让学生先基于教师讲解掌握for和range的用法，再通过亲身实践加深对for循环的理解，了解for循环解决问题的过程。

3.第三部分：为飞行棋游戏设计运行密码

教师活动：为飞行棋程序设计一个密码，只有输入正确密码后，才能运行掷骰子的游戏。怎么实现呢？讲解如何使用while循环。

学生活动：思考回答问题并动手实践设计程序。

设计意图：让学生先基于教师讲解掌握while的用法，再通过亲身实践加深对while循环的理解，了解while循环解决问题的过程。

4.第四部分：总结for和while循环的区别

教师板书，让学生理解两种循环的原理，并让学生说一说for和while循环的区别。

（二）思维导图

本文立足于高中信息技术课程，在“STEM+”视阈下重新定位设计思维，进行了设计思维培育的教学实践，从增加表象信息积累、强化联想和想象力、促进发散思维以及提高决策能力四个方面进行了具体分析，让学生始终处在课堂的主体地位，从而使学生获得创新思维能力。

【参考文献】

林琳，沈书生，李艺.谈设计思维发展高阶思维何以可能——基于皮亚杰发生认识论的视角[J].电化教育研究，2019（08）：22-29.

赵婷婷.高中信息技术课程中设计思维能力的培养研究[D].南京：南京师范大学，2013.