基于STEAM教育理念的高中信息技术项目教学研究

摘 要：项目教学是高中信息技术教学的重要方法之一，与STEAM教育理念融合，既能很好地巩固学生所学，又能有效地提升学生的跨学科意识，以及运用跨学科知识解决问题的能力。因此，应充分认识到STEAM教育理念与教学融合的必要性、重要性，结合自身教学经验，以及高中信息技术学科特点，探寻高效的教学思路与方法。本文对STEAM教育理念下人工智能项目教学进行研究，以供参考。

关键词：STEAM教育理念;高中信息技术;项目教学;研究

人工智能不仅是当前较为前沿的科技，也是高中信息技术教学的重要内容，其涉及较多的跨学科知识，因此在进行人工智能项目教学过程中，为获得预期的教学效果，应注重STEAM教育理念的学习与融入，给学生更为高效地完成人工智能项目带来良好的指引与启发。

一、STEAM教育理念的解读

STEAM教育理念实质上是一种跨学科教育理念，其涵盖了科学、技术、工程、艺术、数学五个领域方面的知识。这一教育理念符合当前高中信息技术课程标准内涵。高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）强调促进学生全面发展，而促进学生全面发展既需要学生牢固掌握文化课知识，又需要具备跨学科的意识与能力，以解决一些更为复杂综合性类的问题。与传统的单学科教学模式相比，STEAM教育模式更加注重教学过程中的实践性和多门学科的交互性[1]。其主要有三种学习方式：基于问题的学习、基于设计的学习和基于项目的学习，这些学习方式对于提高学生跨学科解决问题能力、批判性思维能力、小组协作能力、创造性思维能力都具有重要作用。一些教育工作者尝试着将这一教育理念应用于相关学科的教学中获得了经验与成果，为该教育理念的进一步推广奠定了坚实基础。

二、STEAM教育理念下高中信息技术项目教学的原则

STEAM教育理念下高中信息技术项目式教学时，为确保教学活动的高效进行，应注重做好以往教学经验总结，认真吸取以往的经验教训，遵循一定的教学原则，使得STEAM教育理念为高中信息技术项目教学增添光彩。

（一）趣味性原则

兴趣是最好的老师，是驱使学生克服学习困难的内在动力。高中信息技术项目教学时为使学生能够主动地应用科学、技术、工程、艺术、数学知识，脚踏实地地完成教学项目，应注重向项目中增加趣味性元素。例如，联系学生的生活实际或者当今的科技发展，讲解与布置相关的项目，使学生认识到完成高中信息技术项目需用到很多领域的知识，进一步提高其运用所学解决高中信息技术项目问题的意识，提高项目完成成功率[2]。

（二）启发性原则

高中信息技术教学中部分项目难度较大，甚至会用课本以外的知识。为防止挫伤学生的积极性，提高学生完成项目的自信心，教学活动中应注重遵循启发性原则，一方面，可将教学项目进行合理地分解，以达到化难为易，各个击破的目的。教学中引导学生先采取措施解决好分解后的小项目，而后将各个小项目按照一定的逻辑关系组装起来[3]。另一方面，充分把握教学项目的难点，并围绕项目难点设计启发性问题，启发学生积极联系所学，通过五科知识的综合应用，迅速找到完成项目的方案和具体思路。

（三）激励性原则

STEAM教育理念下开展高中信息技术项目教学时应认识到“激励”给学生带来的积极影响，能很好地调动学生学习的自觉性，更好地挖掘学生的学习潜力。教学实践中应注重给予学生针对性的激励，提升学生参与项目的情感体验。激励的方法多种多样，既可以在课堂上提出表扬，也可肯定学生在项目中的表现，有条件的情况下可通过发放一定的小礼品作为奖励。

三、STEAM教育理念下高中信息技术项目教学的实践

在进行沪科版高中信息技术《人工智能初步》“项目三让智能车能够‘刷脸’开车门”教学中融入STEAM教育理念进行教学。具体教学过程分为五个环节：环节一，运用STEAM教育理念对该项目内容进行划分，明确该项目中应用到的相关学科知识，使学生对要学习的内容有个大致的了解，提高其对STEAM教育理念的认识。环节二，灵活运用多种教学方法，讲解项目中设计的重要基础知识，使学生更好地掌握智能车识别人脸的原理、步驟等专业知识[4]。环节三，布置相关的实践项目，引导学生联系所学基础知识，借助STEAM教育理念制订相关的实施方案。环节四，做好学生项目方案的检查，并引导学生运用自己的方式展示成果。环节五，为更好地调动学生的实践积极性，更加深入理解，全面掌握所学，对学生的实践成果进行适当的评价，使其更好地认识到自身学习的不足，并通过针对性的方式加以弥补。

环节一：项目内容的剖析

智能车“刷脸”开车门这一简单的过程，本身就涉及了很多的科学知识，而且运用摄像、人脸特征点检测、人脸比对等相关的专业技术。不仅如此，其还需要从工程的视角，对各个功能模块进行合理划分，确保各功能模块相互配合，相互协作，共同完成识别、开门的动作。不仅如此，在“刷脸”的过程中，还应考虑人们的身高，能够给人们“刷脸”带来便利。智能车“刷脸”开车门这一功能设计时需要与智能车的外观相协调，并符合人们的审美观，如此才能更容易使人们接受。智能车“刷脸”开车门内部需要计算机程序的驱动，而计算机程序中设计有很多的运算代码，需要运用相关的数学知识。综合来看该项目很好地体现了STEAM教育理念，教学活动中为使学生认识到这一点，在讲解基础知识时应注重给予学生针对性的引导与启发。

环节二：教学活动的开展

课堂上使用多媒体技术为学生播放智能车“刷脸”开车门的相关视频，更好地吸引学生的注意力，激发学生的学习积极性。而后询问学生，“你知道智能车‘刷脸’开车门的这一功能是怎么实现的，其背后的原理是什么吗？”当学生百思不得其解时自然地引入要讲解的知识点，尤其为更好地加深学生印象，增加学习的乐趣应注重边为学生讲解相关理论边向学生播放相关的动画视频，使其更好地理解“刷脸”的步骤、原理。同时注重设计相关问题，在课堂上与学生积极互动引发学生思考[5]。例如，刷脸之前是否先将允许开车门的人脸信息输入到系统中吗？你知道刷脸后内部程序需要提取人脸的哪些特征吗？你知道设计“刷脸”系统需要考虑哪些问题吗？课堂上给学生预留空白时间，要求学生思考、讨论。如此学生很容易理解与掌握人脸识别的原理，即人脸识别系统先通过识别人脸，通过针对性的处理提取相关的人脸特征，存储到相关的数据库中。当人进行刷脸开车门时，同样提取人脸的特征，而后通过对比给予数据工作中的人脸特征数据，便可判断出其是否具有打开车门的权限，从而进行相关的动作。

环节三：实践项目的布置

学生掌握上述人工智能技术基础知识后，为引导学生运用STEAM教育理念进行实践项目的设计，应结合学生的现有知识储备为学生布置“人脸识别门禁系统”的项目[6]。为保证实践项目的顺利完成，将班级学生每6人划分成一个小组，以小组为单位开展项目。另外，为保证实践项目的顺利完成，要求学生认真思考如下问题，做好充分的实践准备：（1）该实践项目是怎样体现STEAM教育理念的，应用了哪些科学、技术、工程、艺术、数学知识？（2）系统包括哪些模块，各实现什么样的功能？（3）该系统功能的实现需要哪些硬件设施？（4）实施项目中需要注重哪些细节？（5）项目的创新之处有哪些？（6）在小组中该如何进行合理的分工？同时，为学生规定项目完成的时间，督促各小组积极思考、认真讨论，查阅相关的资料，共同制订项目方案。

环节四：实践项目的检查

要求学生在规定的时间内完成项目设计方案的提交。认真检查各小组学生编写的“人脸识别门禁系统”设计方案，尤其认真分析方案应用了哪些跨学科知识，是否正确地运用了所学的人工智能知识，各功能之间的衔接与联系是否合理等，以更好地掌握学生所学，发现学生项目完成中存在的共性问题，在课堂上进行针对性的讲解，进一步澄清其认识，纠正理解上的误区。

环节五：实践项目的评价

做好实践项目的评价具有重要的现实意义，尤其能够使学生认识到实践中的不足，引导其敢于正视与弥补自身的不足。“人脸识别门禁系统”项目完成后应从多个方面对各小组提交的设计方案进行评价，包括各小组在实践中的表现、融入STEAM教育理念的情况、应用人脸识别理论知识的情况等[7]。评价时注重给予学生针对性的表扬，使其尝到参与实践项目的成就感，提升其参与实践项目的体验。同时，指出各小组实践过程中存在的不足，要求其再接再厉，通过查阅资料不断地对设计方案进行完善与优化。

四、STEAM教育理念下高中信息技术项目教学实践的启示

STEAM教育理念下积极开展人工智能项目教学活动，通过反思与总结得出以下启示：

（一）做好基础知识深入讲解

人工智能项目教学中项目的完成离不开基础知识的支撑，使学生更好地运用跨学科知识完成项目，应做好基础知识的深入讲解，帮助学生构建系统的知识网络，并给予学生针对性的指引。一方面，讲解人工智能知识之前，要求学生提前进行预习，在课下完成相关概念等一些基础知识的学习，在课堂上将精力放在重点、难点知识的学习上[8]。同时，学习相关理论知识后要求学生不能满足于现状，在课下注重上网查询相关资料，对所学知识进一步深挖，更好地扩充知识面，为项目的完成奠定基础。另一方面，讲解人工智能相关理论知识时应注重给学生预留自主探究的时间，使其参与到人工智能知识的形成中，搞清楚人工智能知识的来龙去脉和内在联系，真正把握人工智能知识的精髓。

（二）引导学生做好充分准备

STEAM教育理念下人工智能项目教学中，为确保学生能够保质保量地完成相关项目，既要注重结合学生所学知识设计与之相关的项目，又要引导学生做好充分准备，尤其应注重以下细节的落实：其一，从STEAM角度对项目进行拆分。人工智能项目通常由多个子模块构成，涵盖的知识点较多，为学生布置好项目后要求学生认真分析所应用的跨学科知识，思考哪些跨学科知识已经学习，哪些跨学科知识并未学习，提前查阅资料或者向教师请教，做好充分的知识储备[9]。其二，各个击破项目的重点、难点。在实施项目之前引导学生树立必胜的信念，尤其通过制订详细的实施计划，明确项目的重点、难点，并注重借助小组团队的力量共同克服，为项目的顺利完成扫清障碍。

（三）注重项目实施过程跟踪

为确保学生严格按照要求，运用STEAM知识完成项目，应做好项目实施过程中的跟踪，确保学生在规定的时间内完成项目。一方面，通过询问各小组代表，掌握项目完成进度，以及在项目中遇到的问题，相关问题的解决方法等。不仅如此，还应注重与学生沟通交流，了解项目实施过程中遇到的困难，必要情况下通过设计问题给予学生启发，使其能夠找到正确的项目完成思路。另一方面，认真记录各小组学生在项目实施过程中的具体表现，为开展相关的评价活动提供依据[10]。另外，要求学生在完成项目的过程中具备良好的小组合作意识，对小组成员进行合理分工，确保STEAM知识的合理灵活运用，顺利高效地完成布置的人工智能项目。

参考文献

[1]廉文如，宁晓芳，张明明.基于STEM理念的高中信息技术课程设计[J].中国教育技术装备，2021（11）：81-83.

[2]张文祥.STEM教育理念下高中信息技术项目学习实践研究：以《算法与程序实现》模块的教学为例[J].教育信息技术，2021（Z1）：85-88.

[3]苏巍.基于STEAM理念下的高中信息技术课堂教学问题研究[J].试题与研究，2020（30）：5-6.

[4]熊恩来，熊蕾，杨教平，徐立泽，周友恒.STEAM教育理念下的高中信息技术课堂教学[J].西部素质教育，2020，6（10）：124-126.

[5]陈静.基于STEAM的高中信息技术课程项目设计研究[D].哈尔滨师范大学，2020.

[6]黄志锋.浅谈STEAM教育与高中信息技术的融合[J].教育界，2020（17）：18-19.

[7]孟浩.项目教学法在高中信息技术教学中的践行[J].计算机产品与流通，2017（08）：206.

[8]孙芳.以学生为中心的教学：高中信息技术项目学习初探[J].电脑知识与技术，2019，15（34）：114-115.

[9]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（02）：72-74.

[10]魏培李.高中信息技术项目式教学互动策略研究[J].电脑知识与技术，2020，16（15）：183，185.

作者简介：连维锋（1982— ），男，汉族，福建永泰人，福建省永泰县第一中学，大学本科毕业，中学一级信息技术教师。研究方向：高中信息技术教学工作。

本文系福建省教育科学“十三五”规划2020年度课题“基于STEAM理念的高中人工智能项目教学设计研究”（立项批准号：FJJKXB20-1231）研究成果。