探析STEM教育理念下高中信息技术核心素养培养策略

摘 要：近几年STEM与中小学教育的研究较多，很多学科的研究都具有借鉴与参考意义。对高中信息技术学科而言，在实现高中信息技术核心素养培养的过程中，也可以将STEM理念融入，由此形成更加综合性的核心素养培养格局。文章结合高中信息技术核心素养培养中STEM理念的融入案例，先论述STEM教育理念融入高中信息技术核心素养培养方面的逻辑情况，接着对STEM高中信息技术教育目标、STEM实现教学过程的优化、STEM理念优化教学评价等方面的策略进行探究。

关键词：高中信息技术;STEM教育理念;核心素养;素养培育

STEM强调多学科的交叉融合，倡导综合性教学、跨学科教学，这与新时代发展的知识和技能诉求综合化是吻合的，即倡导将科技元素、工程元素、人文元素、数学元素、创新元素、合作元素和交流元素等融合起来，形成综合性的素质教育格局[1]。STEM教育打破学科壁垒，从宏观上规划学科之间需要解决的复杂问题。教师在不同学科各自教学指导中整合各科优势为学生提供逼近真实、富有现实意义的学习情境，以利于学生高阶思维与积极情感投入，从而全面提升学生知识、技能与情感意志方面的核心素养。文章基于高中信息技术教学经验，在高中信息技术教学中就如何落实STEM教育理念进行探讨。

一、STEM教育理念融入高中信息技术核心素养培养的逻辑初衷

《普通高中信息技术课程标准》（2017版）明确提出，高中信息技术学科有着通用技术学科的课程特点，与其他学科相比，有着更强的包容性，可以很好地实现各个学科知识的融合，继而构建跨越式的学科教育体系。因此，在高中信息技术学习的时候，可以将多学科的理论知识、技能等融入，确保架构科学、数学、物理、人文、伦理和艺术学科的综合教育环境[2]。对学生而言，在这样的学习格局中，夯实的不仅是专业学科的知识体系，还引导综合性素养和能力得以锻炼。高中信息技术核心素养培养，要求高中信息技术教育教学中将信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任等板块融入，由此确保实际信息技术核心素养培养朝着更加明确的方向发展。从本质上来看，STEM教育理念与核心素养培养理念之间是吻合的，两者都倡导综合性教育，希望可以在教育目标靶向设定、在教育内容跨学科丰富化、在教学方法不断优化的过程中，让高中学生信息技术核心素养能够得到全面发展。为了改变这样的局面，需要切实地将STEM教育理念与高中信息技术核心素养培养关联起来，确保高中信息技术教育的质量得以不断提升，素养得到更好锻炼。

二、STEM教育理念下高中信息技术核心素养培养策略

STEM教育理念与高中信息技术核心素养培养的融合，是一项系统化的工程，需要在教学目标、教学内容和教学方式等多个角度来进行嵌入，以确保形成更加理想的核心素养培养环境。面对这样系统化的工程，就需要形成工程精細化管理的价值观念，继而切实做好不同版块的优化，由此循序渐进地实现新的高中信息技术核心素养培养体系的构建。下面以“计算机解决问题的过程——组件楼道里的人体感应灯”知识点学习为例进行探讨。

（一）基于STEM的教学目标重塑

在教学目标重塑过程中，其本质就是将STEM理念与高中信息技术核心素养关联起来，由此架构全新的高中信息技术教育教学目标体系[3]。要想将本课难点知识“了解流程图的规范表示，算法的描述”通过STEM理念给呈现出来，在课程中需要将其归结为如下目标：

1.科学维度的目标。认识生活中常见的感应灯，对不同类型的感应灯的运行机制进行归结，学会去探讨不同类型感应灯的造型、使用场景、能耗等;在观察活动中可以小组合作的方式来进行，找到不同类型的感应灯，然后去进行拆解，拆解之后去分析对应感应灯由哪些部分组成、制作原理是什么。上述的教学目标设定，在于养成高中学生科学严谨的学习素质和习惯，可以将其归结到信息意识中去，就是在不断收集和获取信息的基础上，利用互联网中更加多的资讯，确保自己对对象的认知进入到更加深刻的状态。

2.技术维度的目标。能够使用算法的概念去寻求解决问题的方案，巧妙地将算法技术融入;学会使用python语言编写技术，对程序语句的效能进行归结，并且演示对应的效果;能够综合使用mixly软件和开源硬件，实现对应实验过程的模拟，继而确保计算机解题方案得以生成。在上述的技术使用过程中，可以使得学生计算机解决问题的能力得以提高，确保自主学习素质得以发展，让学生去感受计算机思维、数字化学习和创新的魅力，继而确保此方面的技术素养得以发展和进步。

3.工程维度的目标。将感应灯的设计制作作为一个工程，要求学生使用甘特图界定清楚项目启动阶段、计划阶段、执行阶段和收尾阶段，在小组交互中确保生成对应的甘特图，制订详细的工程进度，后续的各项工作都需要依照上述的甘特图的基准来开展，继而使得学生能够形成更加严谨的工程思维，工程管理的意识和能力也会在此过程中得到增强。在这样的教学板块中，有助于学生对工程项目结构产生兴趣，对学生数字化学习和创新素质发展是很有帮助的。

4.数学维度的目标。学生掌握使用流程图来进行算法的描述，将感应灯的功能进行界定。白天的时候，光亮大于600，此时感应灯不亮;光亮小于600，此时周围有人活动，感应灯就会亮起;如果周围没有人活动，感应灯就不会亮。学生在上述问题探讨中，可以使其数字化学习和创新素养得以锻炼，计算思维素养也进入到更加理想的发展形态。这里需要引入高中数学中关于算法的知识，引导学生如何用计算机的语言去理解，引导学生怎么用流程图去展示算法过程。

（二）立足STEM实现教学过程的优化

在基于STEM理念的教学目标体系构建之后，就需要切实将其贯彻执行到实际的教学中去[4]。详细讲述，本次课程的步骤为：第一，创设对应的情境，导入新课程，播放一段小视频（夜深人静的时候，楼道里的灯一直亮着的现象），引导学生思考如何改进楼道里的灯，引出楼道里的人体感应灯。学生观看视频，回答问题。此板块的价值在于：观察学生对此问题的认识，引导学生获取和分析信息，培养学生的信息意识。其实信息技术与生活息息相关，教师展示当下比较常见的楼道感应灯的场景，旨在以简单的生活运用将学生的思考引入本课学习。

第二，分析具体问题，对实际项目“如何改进楼道里的灯”需求进行分析。引导学生按小组分析问题、写出解题步骤。以“节能环保”为主题，考虑生活中传感器的应用，简单介绍传感器。学生以小组为单位，分析问题，明确需求，写出求解问题的解题步骤。此板块会将学生信息意识和计算思维作为焦点。在一段时间之后，教师会对学生的分析进行点评，并且实现解题步骤的归纳。分析问题过程中，教师需要引导学生思考如何将问题逐步分解，采用小组合作方式一一将问题予以解决，遇到关键问题要通过集体智慧进行解决，将计算机知识解决策略有效融入其中。

第三，鼓励学生去进行算法的设计。引出算法的概念和算法的描述方法。算法概念：解决问题的方法和步骤。算法的描述：自然语言进行描述和流程图描述。让学生以分组的方式，使用自然语言来分析不同情况下的诉求，再将其转化为流程图语言，绘制流程图，生成算法描述。算法学习是高中数学学习内容之一，考虑到部分学校数学算法学习或许还没有教学，因此教师需要跟学生介绍简单的数学算法知识，这样学生在解决本课中的实际案例才不会觉得陌生。当然也可以提前跟学生的数学教师沟通，在这节课前先上一节数学算法课。

第四，编写代码，进行代码的调试。演示用python语言编写的程序，对照解题步骤解释程序语句的作用，演示并点评部分学生程序，每位同学都启动python IDL程序设计环境，输入程序代码，并调试运行，检测结果。在合作交流的基础上，结合mixly软件和开源硬件，完成模拟实验。写代码的知识很多学生在初中有接触，当然教师也可以课上直接补充这节课遇到的代码知识，或让能力较强的学生引导其他学生怎么写代码。在这部分引导学生讲解计算机解题过程中，可以培养学生合作、自主学习的能力，让学生了解计算机解题的过程和优势，认识生活智能化、信息化的魅力，培养学生计算机思维和数字化学习与创新意识，激发学生学习编程的兴趣。

第五，小结阶段。需要让学生明白，在计算机解题的基本过程中学会算法的编写，感受算法的魅力。

很明显，在上述教育教学的过程中，教师可以很好地借助各个板块的架构，处理好STEM理念与高中信息技术核心素养之间的关系，整个课堂内容充实，教学方法灵活，充分体现出以学生为本的教育理念，课堂氛围也达到了理想的状态，这样自然可以使得高中信息技术核心素养的培育进入更加有效的状态。

（三）巧用STEM理念优化教学评价

STEM理念与高中信息技术核心素养的融合，不仅要从教育内容和教学方式的角度来进行，还需要从教学评价机制改善调整的角度入手，这样才能够进入更加高质量的信息技术教育教学格局[5]。在此过程中，需要关注：其一，使用组内评价、组间评价和教师评价三种评价融合模式，确保可以从不同的行为主体，对实际高中信息技术教育教学情况进行评价。以组内评价为例，以小组为单位，依照评价量表，确保依照实际情况，填写学生评价表格，在班级内各个小组对彼此进行评价，教师将四个核心指标和STEM整合起来，生成融合性的指标，然后依照这样的指标对实际的教学情况进行量化评估，在层次设定上可以将焦点放在：作品展示板块、沟通交流板块、表达汇报板块和情感态度板块。最后对三个评价的权重进行设定，由此得出对应的评价结果。其二，建立完善的评价结果反馈和利用机制。对应的评价报告生成之后，还需要切实做好结果反馈和利用工作，这才能够引导评价机制更好地发挥自身效能。在此过程中，需要组织教师对自身教育教学的流程进行反思，找到其中存在的不足和缺陷，在此基础上确保为今后的教学改革和改善奠定基础。

三、对STEM教育理念融入高中信息技术核心素养教学的反思

高中信息技术教师要认识到高中信息技术核心素养属于核心素养培养系统中的重要板块，是以全面发展的人为核心，在文化基础板块、自主发展板块和社会参与板块的架构上进行的学科素养细化[6]。在STEM理念落实于信息技术教学需要考虑如下问题：信息意识，是对信息有着理想的敏感度、对信息价值有着良好的判断力;计算思维，是解决问题的过程中，有着良好计算意识和能力;数字化学习与创新，创设数字化学习环境，实现学习资源的收集和管理，并且进入资源应用和创新中去;信息社会责任，有信息安全意识和能力，能够遵守信息相关的法律法规，有着良好的信息道德素养。

很明显，STEM中的科学素养、技术素养、工程素养和数学素养，两者有融合的基础，也有融合的必要性，尤其在高中教育深度改革的背景下，两者的融合机制将得以构建。需要提醒的是，在实际教育教学中还需要注意如下节点：其一，鼓励高中信息技术教师对STEM教育理念与高中信息技术核心素养的关系进行探讨，思考如何在真实的信息技术教育教学过程中，合理地将两者融合起来，在学术调研的过程中，在信息技术课程校本化方案设定的时候，都可以将此作为重要的方向;其二，在高中信息技术核心素养培养的过程中，STEM教育理念可以提供更加多的教学模式和创新思路，继而合理地将不同的教学方法融入，坚持以学生发展为落脚点，这样才能够确保高中信息技术课堂的高效性。

结束语

综上所述，在高中信息技术核心素养培养过程中，STEM教育理念与高中信息技术核心素养之间的融合，属于高中信息技术教育改革的基本诉求，必须要引起高度重视。当然，除了在教学思想上需要进行改进之外，还需要在高中信息技术教学实践中不断去尝试，坚持理论联系实践的原则，坚持知行合一的原则，坚持以学生为本的原则，继而使得兩者的融合形成合力，实现高中信息技术教学新格局的构建。

参考文献

[1]马燕燕.计算思维主导下的高中信息技术教学模式设计：以Python教学为例[J].中国现代教育装备，2021（20）：61-63.

[2]胡克赟.核心素养引领下的高中信息技术教学策略[J].山西教育（教学），2021（10）：71-72.

[3]王鹤远.以STEM教育理念为载体打造高中信息技术有效课堂[J].中小学电教（教学），2021（9）：5-6.

[4]聂庆琳.基于STEM理念的高中信息技术课堂教学策略分析[J].中小学电教，2021（Z2）：156-157.

[5]王振强.中小学人工智能教育现状问题与思考[J].中国现代教育装备，2019（22）：1-5.

[6]陈宝红.基于学科核心素养培养的高中信息技术项目式教学研究[J].福建教育学院学报，2021，22（2）：72-74.

本文系福建省莆田市仙游县2020年度中学教育教学研究课题“STEM教育下高中信息技术学科素养培养研究”（课题编号：XYZXKT2059）成果之一。