STEM教育視野下信息技術(shù)學(xué)科項目化活動設(shè)計與思考

曾召文

【摘 要】近年來，創(chuàng)新教育在國內(nèi)逐漸興起，Scratch教學(xué)、深度學(xué)習(xí)、項目學(xué)習(xí)、STEM教育等熱詞頻頻出現(xiàn)在教育詞匯中，信息技術(shù)學(xué)科迫切需要發(fā)揮橋梁紐帶作用，融入這股潮流中。本文論述了信息技術(shù)學(xué)科開展STEM教育的必要性，并提供了運用Scratch開展STEM教育的項目化活動設(shè)計方案，希望為中小學(xué)信息技術(shù)教育的創(chuàng)新發(fā)展提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】STEM教育；信息素養(yǎng)；核心素養(yǎng)；項目化學(xué)習(xí)

【中圖分類號】G434 【文獻標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2017）10-0068-04

時代需求的變化：從知識的接受者到知識的生產(chǎn)者

隨著全球化、信息化帶來的知識形態(tài)的轉(zhuǎn)變，Michael Gibbons等認(rèn)為，以應(yīng)用導(dǎo)向、跨學(xué)科或超學(xué)科導(dǎo)向、異質(zhì)性互動導(dǎo)向、實踐反思導(dǎo)向、多維評價導(dǎo)向的知識生產(chǎn)模式2正在興起。該模式下，知識生產(chǎn)的動力有多種原因，知識生產(chǎn)不拘泥于固定的學(xué)術(shù)場所，被稱為“求力的知識”，而傳統(tǒng)的知識生產(chǎn)模式1，即以尋找 “第一原則”為動力的“求真的知識”的知識生產(chǎn)模式[1]，已經(jīng)顯得力不從心，這是文明和科技進步的結(jié)果。在以標(biāo)準(zhǔn)化為特點的工業(yè)時代，物質(zhì)相對匱乏，順從是這一時代的主旋律，學(xué)校培養(yǎng)了大批模式化人才以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要，對大多數(shù)人而言，他們只是知識的接受者，受教育就是繼承和學(xué)習(xí)別人的已有成果。邁入信息社會，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們生活水平日益提高，已不再局限于簡單的基本需求，轉(zhuǎn)而追求更高的物質(zhì)、文化生活。于是個性化、定制等詞匯進入了人們的眼簾，主動創(chuàng)新成為這個時代的符號，社會呼吁更多的知識生產(chǎn)者不斷涌現(xiàn)。

現(xiàn)實世界中的問題一般很少通過某單一學(xué)科的知識來解決，基于此，STEM教育逐漸引起了人們的重視。近年來，STEM教育方興未艾，尤其在美國已有較大發(fā)展，累積了許多基于實際問題的案例。華東師范大學(xué)任友群教授認(rèn)為，開展STEM教育就是為了培養(yǎng)模式2下的知識生產(chǎn)者，只有工程技術(shù)驅(qū)動的教育模式才能培養(yǎng)出當(dāng)前急需的知識生產(chǎn)者[2]。在《教育2030：行動框架》中，聯(lián)合國教科文組織也提出了“鼓勵學(xué)生盡早接觸科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）領(lǐng)域”。然而，在國內(nèi)工程技術(shù)教育在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域卻并不受重視，近年來，雖屢有呼聲，但仍處于起步階段，課程、師資、活動設(shè)計、資源和評價方式等方面都處在探索階段。

筆者認(rèn)為，開展STEM教育是信息技術(shù)學(xué)科發(fā)展的一個良好契機。信息技術(shù)學(xué)科作為一門工具性學(xué)科可以有效地融入STEM領(lǐng)域，發(fā)揮橋梁紐帶作用，將分離的學(xué)科知識整合起來，發(fā)揮學(xué)生的想象力，激發(fā)他們的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)信息時代的知識生產(chǎn)者。

學(xué)生行為意識的變化：從被動的重復(fù)技能訓(xùn)練到主動追求創(chuàng)新

進入信息社會，與工業(yè)社會相比，教育情境發(fā)生了改變，教育主客體的文化背景、資源、信息傳播渠道以及目標(biāo)取向較之以往呈現(xiàn)出不同的特征。

首先，教育主、客體的社會生活背景發(fā)生了變化。當(dāng)前，處在基礎(chǔ)教育階段的學(xué)生是伴隨著數(shù)字化工具成長起來的“數(shù)字土著”，在耳濡目染中發(fā)展了數(shù)字素養(yǎng)，對新科技產(chǎn)品了然于胸。信息技術(shù)學(xué)科中陳舊的知識體系和內(nèi)容設(shè)置已經(jīng)不能吸引他們的注意力，例如，硬件與系統(tǒng)管理知識對十幾年前的學(xué)生來說顯得生澀難懂，對當(dāng)前的學(xué)生而言，已經(jīng)耳熟能詳。處在這一時代的教師也不再是一心只讀圣賢書的教書先生，他們無時無刻不受到碎片化信息的影響，信息技術(shù)應(yīng)用能力逐步提升，認(rèn)知方式也在悄然發(fā)生改變。以前熟練掌握信息技術(shù)的專任教師都是學(xué)校里的香餑餑，深受其他學(xué)科教師和學(xué)生喜愛，而今信息渠道日益拓展，學(xué)生可以在信息技術(shù)課堂以外獲取豐富的知識，信息技術(shù)學(xué)科因缺少特色而陷入可有可無的尷尬境地。

其次，學(xué)習(xí)資源和傳播渠道發(fā)生了變化。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，信息資源呈幾何級增長，信息技術(shù)手段和工具日益人性化、簡單化和智能化，原來復(fù)雜的技術(shù)問題變得越來越簡單。比如，原來處理一張圖片可能要用到專業(yè)的Photoshop軟件，操作復(fù)雜，現(xiàn)在使用一款手機上的美圖軟件，輕輕一點就能實現(xiàn)專業(yè)的效果；以前要在網(wǎng)上發(fā)表文章必須學(xué)會網(wǎng)頁制作，還要具備空間、域名等網(wǎng)站管理知識，現(xiàn)在隨著Web技術(shù)的發(fā)展，信息傳播渠道越來越多，互聯(lián)網(wǎng)用戶既是信息的接收者又是信息的生產(chǎn)者和傳播者，用HTML5工具、微信、微博等就能輕松地發(fā)表意見、接受關(guān)注和評論。新技術(shù)使人們可以更加專注于觀點的深度和內(nèi)容的創(chuàng)新，從而獲得別人的認(rèn)同。

再次，學(xué)科價值取向發(fā)生了變化。目前，我國大部分地區(qū)的信息技術(shù)課還是側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)技能，例如，使用軟件處理辦公文檔、圖片、音視頻，制作動畫等，學(xué)生在課堂上花費大量時間通過模仿和反復(fù)的操練，學(xué)習(xí)復(fù)雜的軟件操作，完成規(guī)定作品的制作，而在作品的創(chuàng)意上花費的時間卻極為有限。在缺乏新鮮信息刺激的教學(xué)場景中，大部分學(xué)生對學(xué)習(xí)的內(nèi)容是排斥和厭倦的，特別是當(dāng)程序和算法模塊被認(rèn)為枯燥乏味而逐漸弱化以后，信息技術(shù)課堂上的學(xué)習(xí)內(nèi)容基本變成了行為主義模式下機械地重復(fù)和強化序列化的操作，學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)新思維沒有得到有效的訓(xùn)練和提升。追求新意和個性化是當(dāng)前學(xué)生的特點，新時代的教師更應(yīng)抓住學(xué)生的鮮明特點，轉(zhuǎn)換思維，優(yōu)化內(nèi)容設(shè)計，把培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)新思維作為教學(xué)的核心。

課程目標(biāo)的變化：從關(guān)注信息素養(yǎng)到關(guān)注核心素養(yǎng)

《基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2012版）》[3]將課程目標(biāo)設(shè)定為培養(yǎng)和提升學(xué)生的信息素養(yǎng)，側(cè)重于信息技術(shù)基礎(chǔ)知識和工具的使用，涉及硬件與系統(tǒng)管理、信息加工與表達、網(wǎng)絡(luò)與信息交流、算法與程序設(shè)計、機器人與人工智能基礎(chǔ)等。2016年國家層面相繼出臺了中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)和各學(xué)科高中核心素養(yǎng)框架[4]，高中信息技術(shù)學(xué)科分別從信息意識、計算思維、數(shù)字化實踐能力、信息社會責(zé)任四個維度來闡釋核心素養(yǎng)的內(nèi)涵。

核心素養(yǎng)提出以后，信息意識、信息與技術(shù)工具應(yīng)用能力相比，內(nèi)涵更加寬泛了，計算思維和數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新也提上了議程。核心素養(yǎng)對學(xué)生能力發(fā)展方面提出了更高的要求，學(xué)科培養(yǎng)需求的變化要求廣大信息技術(shù)教師要突破陳舊觀念，順應(yīng)時代發(fā)展。endprint

面向思維發(fā)展的項目化活動案例設(shè)計

信息技術(shù)教育是文化論與工具論的融合[5]，步入信息社會，信息技術(shù)早已作為一種文化融入人們的日常生活中，同時人們又把信息技術(shù)作為認(rèn)知工具，用來認(rèn)識周圍的物理空間和虛擬空間，在認(rèn)識世界的過程中創(chuàng)生新的信息文化。課堂上，我們不能把信息技術(shù)僅僅作為一種工具來引導(dǎo)和教育學(xué)生，信息技術(shù)還能被用來創(chuàng)造新知識，豐富社會文化。開展STEM教育過程中，我們要清醒地認(rèn)識到學(xué)生的制作過程是形式，材料和工具選擇是技能，設(shè)計是創(chuàng)新的體現(xiàn)，作品讓學(xué)生擁有成就感（馬濤，2016），否則極易陷入實踐課、制作課和技能訓(xùn)練課的誤區(qū)。

當(dāng)前有很多信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)平臺或工具支撐學(xué)生創(chuàng)新思維和邏輯思維的發(fā)展，如Scratch、App Inventor等等。本文的活動案例是基于Scratch來設(shè)計的，Scratch是由麻省理工學(xué)院（MIT） 設(shè)計開發(fā)的一款面向青少年的簡易編程工具，把交互式故事、游戲和動畫用編程的方式來實現(xiàn)，并能在在線社區(qū)上展示，還可以用來有效地擴展其他學(xué)科的教學(xué)深度。采用搭積木方式編寫程序，降低傳統(tǒng)編程語言學(xué)習(xí)的認(rèn)知負擔(dān)，學(xué)生可以更專注地思考問題和作品創(chuàng)意。

教育游戲是“將生命的體驗與樂趣變?yōu)閷W(xué)習(xí)的目的與手段的一套工具和方法論”[6]。其生動形象的動態(tài)畫面、角色設(shè)計和任務(wù)情境設(shè)計對學(xué)生有天然的吸引力。筆者嘗試以小學(xué)信息技術(shù)拓展模塊算法與程序設(shè)計入門為例，將信息技術(shù)編程教學(xué)與語文、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識結(jié)合起來，設(shè)計一個跨學(xué)科的項目化活動案例——用Scratch設(shè)計和開發(fā)小學(xué)數(shù)學(xué)計算題闖關(guān)游戲。

1. 設(shè)計目的

單純的小學(xué)學(xué)科知識枯燥乏味，引導(dǎo)學(xué)生在信息技術(shù)課堂上運用編程工具將學(xué)科知識融入游戲設(shè)計中，既可以培養(yǎng)學(xué)生的分析、建模等計算思維，還可以引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)揮想象力對游戲的任務(wù)情境和角色進行設(shè)計。同時，還可以將學(xué)科知識嵌入游戲關(guān)卡中，寓學(xué)于樂。完成項目學(xué)習(xí)后，可以展示給別人和發(fā)布到在線社區(qū)，體驗成功的喜悅，將學(xué)生從單純的游戲娛樂取向往游戲設(shè)計取向引導(dǎo)。

2. 教學(xué)分析

小學(xué)高年級學(xué)生處在具體運算階段到形式運算階段的過渡期，思考問題兼具形象思維和抽象思維的特點。以興趣作為切入點，將學(xué)習(xí)內(nèi)容融入游戲設(shè)計中，能很好地體現(xiàn)杜威 “做中學(xué)”的教育理念。

數(shù)學(xué)計算和簡單游戲情境設(shè)計對高年級學(xué)生而言已不成問題，但對問題建模和理解程序算法和結(jié)構(gòu)及事件偵測和觸發(fā)機制則需要加以引導(dǎo)。

3. 項目學(xué)習(xí)任務(wù)

學(xué)會游戲情境和腳本的設(shè)計方法；理解按鍵控制角色行走的方法；理解變量和變量列表存取數(shù)據(jù)的方法；理解通過詢問和回答命令顯示和存取數(shù)據(jù)；理解連接命令的用法。

4. 教學(xué)工具和資源

項目學(xué)習(xí)需要為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資源，由于學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時間多，筆者還借用了課堂行為管理工具管理學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。

（1）編程工具：在線編輯器（https：//scratch.mit.edu/projects/editor/？tip_bar=home）或Scratch離線編輯器。

（2）學(xué)習(xí)資源：Scratch在線討論區(qū)和基于Moodle的Scratch專題學(xué)習(xí)網(wǎng)站（局域網(wǎng)訪問）。

（3）課堂行為管理工具：班級優(yōu)化大師。

5. 項目教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

基于項目的學(xué)習(xí)，學(xué)生需要的是充足的學(xué)習(xí)時間，給他們足夠的思考空間和動手機會。Scratch支持在線編輯，給課堂提供了一個很好的延伸空間。

總結(jié)與反思

在小學(xué)階段開展STEM教育，Scratch是一個不錯的選擇，可以用它開發(fā)多學(xué)科學(xué)習(xí)案例。如語文課堂運用動畫功能制作數(shù)字故事，科學(xué)課堂演示燈泡隨電流變化的效果，音樂課堂彈奏出特色音符等，還可以與樂高積木配合開展機器人教學(xué)。Scratch弱化了程序代碼的書寫，積木式的程序塊讓特效設(shè)置更方便，交互更簡單，同時角色造型設(shè)計采用GIF動畫形式更容易讓學(xué)生理解，語音支持現(xiàn)場錄制?？傊?，這款工具給學(xué)生提供豐富的功能，便捷的操作讓學(xué)生可以專注于想象和創(chuàng)造。

值得提出的是，無論工具怎樣，關(guān)鍵是怎么用。如果我們僅僅把工具當(dāng)作學(xué)習(xí)對象來教學(xué)，就只發(fā)揮了它的基本價值，對學(xué)生而言，也僅僅是多學(xué)會了一個軟件或一種技能。如果我們把它當(dāng)作認(rèn)知工具和創(chuàng)作工具，在項目活動中進行深度學(xué)習(xí)，我們還會發(fā)現(xiàn)它更大的價值，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力和思維，創(chuàng)作出意想不到的新作品。endprint