在STEM模式下提升小學(xué)生計算思維能力的實(shí)踐研究

趙炳權(quán)

【摘要】在小學(xué)信息技術(shù)教育中，很多老師可能經(jīng)歷過這樣的情形：教師在課堂反復(fù)引導(dǎo)學(xué)生掌握某些知識或剛演示完操作過程之后，學(xué)生在練習(xí)時很快就忘記了那些知識關(guān)鍵點(diǎn)。中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的提出，讓信息技術(shù)教學(xué)開始重視計算思維的培養(yǎng)。STEM教學(xué)模式的出現(xiàn)，為發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)提供了多種可選擇的機(jī)會，提升了學(xué)生思維的寬度和深度，加強(qiáng)了對學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】STEM教學(xué)模式;計算思維;創(chuàng)新課堂模式

小學(xué)信息技術(shù)教育的核心目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)個人終身發(fā)展與社會發(fā)展的人格品質(zhì)與關(guān)鍵能力，其中利用信息技術(shù)解決問題的能力是首位。近年來由于人工智能、創(chuàng)客教育、STEM等新課程的出現(xiàn)，信息技術(shù)課堂已經(jīng)不同以往的照書上課，課堂知識變得靈活多變，以往的信息技術(shù)課堂教師演示學(xué)生“跟著做”，使到教學(xué)過程經(jīng)常出現(xiàn)“復(fù)制→粘貼”的情況;學(xué)生的計算思維無法得到培養(yǎng)和提升，特別在現(xiàn)代社會，學(xué)生周邊出現(xiàn)很多獲取知識和技能的工具，學(xué)生的惰性思維就會涌現(xiàn)，簡單的數(shù)學(xué)題也借助計算器或者平板去完成，他們只會按照已有的思路模式做事，不清楚信息技術(shù)本身具有多樣化解決問題的方式，學(xué)習(xí)中失去創(chuàng)新的能力和動力，缺乏學(xué)習(xí)主動性和探究創(chuàng)新的能力。在這種情況下，STEM教學(xué)模式的引入，提倡跨學(xué)科、自主探究、思維創(chuàng)新的理念就進(jìn)入學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。

一、教學(xué)模式分析

傳統(tǒng)信息技術(shù)教學(xué)課堂中，教師將知識的形成發(fā)展、技能的掌握作為唯一的學(xué)習(xí)內(nèi)容忽視學(xué)生思維方法的培養(yǎng)，甚至認(rèn)為信息技術(shù)課就是教師演示一步學(xué)生跟著做一步的過程，脫離學(xué)生思維的訓(xùn)練和發(fā)展。在實(shí)際教學(xué)過程中，之前基本都是采用最簡單直接的講授，將問題解決過程和最優(yōu)的方法直接告訴或者演示給學(xué)生，用結(jié)果替代學(xué)生思考的過程，造成學(xué)生思維停留在表面理解的狹窄空間中，缺乏創(chuàng)新。

STEM教育具備的特點(diǎn)是跨學(xué)科、技術(shù)性、創(chuàng)新性等?？鐚W(xué)科意味著課堂當(dāng)中要涉及多學(xué)科的知識整合，要求教師必須有充分的教學(xué)準(zhǔn)備和知識儲備，把課堂的內(nèi)容聚焦在完成任務(wù)和解決問題上。學(xué)生要利用科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識解決問題，在學(xué)習(xí)過程中注重學(xué)生自主探究和發(fā)揮創(chuàng)新精神去解決問題。小學(xué)已經(jīng)引入Scratch編程、機(jī)器人、人工智能等課程，在這些課程當(dāng)中，著重學(xué)生計算思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。舉個簡單例子，用Scratch畫一個邊長100的正方形，學(xué)生已經(jīng)在數(shù)學(xué)課堂掌握了正方形的知識特點(diǎn)，如何把這些特點(diǎn)應(yīng)用在編程當(dāng)中，在編程的世界，同一個圖型可以有多種繪制的方法，在這個時候，如何正確引導(dǎo)學(xué)生掌握編程的技術(shù)，用最簡單語句最高效的辦法繪制成為學(xué)生思考的問題。STEM教學(xué)模式本身具有跨學(xué)科特點(diǎn)，可以從數(shù)學(xué)的方法引入繪制的方法，最簡單直接的辦法就是用加法分析，正方形四條邊相等就是畫4條一樣的邊，四個角都是90度就是每次畫完一條邊以后轉(zhuǎn)90度，這種最簡單的辦法畫出來后，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)同一條指令居然只是重復(fù)編寫了4次，輸入效率很低，這個時候引入重復(fù)指令就相當(dāng)于數(shù)學(xué)上的乘法4*（指令），程序變簡單了，效果出來一樣。STEM教育理念中，注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程，在完成任務(wù)的過程中，學(xué)生嘗試?yán)每鐚W(xué)科知識來尋求不同的辦法，在不斷的嘗試中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，提升自身的信息素養(yǎng)和計算思維能力。

二、計算思維能力的培養(yǎng)

我國新一輪教學(xué)改革中也正式將計算思維列為信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一?，F(xiàn)在小學(xué)信息技術(shù)中年段教材引入了Scratch編程，相對于一些高級的編程語言，Scratch更適合小學(xué)生的學(xué)習(xí)，它以最簡單的圖形化、模塊化代替繁瑣的編寫語言，配合STEM的教學(xué)模式以項目作為驅(qū)動，利用跨學(xué)科引領(lǐng)學(xué)生掌握操作技能的同時提升計算思維的能力。創(chuàng)新課堂模式是計算思維培養(yǎng)的重要手段，引導(dǎo)學(xué)生主動地用計算思維去解決問題。

1.轉(zhuǎn)變課堂主體定位

傳統(tǒng)信息技術(shù)課堂是教師為主體的講授演示模式，學(xué)生根據(jù)教師的演示內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)練習(xí)并加以簡單修改，但在STEM教育模式的演變下，主體發(fā)生改變，學(xué)生成為課堂的主導(dǎo)者，教師成為配角在課堂當(dāng)中發(fā)揮引導(dǎo)和評價作用。計算思維的培養(yǎng)講求分析和解決問題的能力，學(xué)生就不能再單一地采取“復(fù)制→粘貼”的模式，每個學(xué)生的思維方式是不一樣的，所以在分析和使用方式就會有所不同。例如，對同一物體拍照，每個人取的角度和鏡頭大小都不同，所以不能局限學(xué)生解決問題的方法和途徑一樣。教師需要知道學(xué)生從解決問題的眾多方法中選擇最佳方法，或者進(jìn)行步驟優(yōu)化整合，提升問題解決的能力和效率，促使學(xué)生的計算思維得到釋放和提升。

2.任務(wù)為導(dǎo)向，打破傳統(tǒng)知識點(diǎn)單一運(yùn)用

STEM教育提倡以問題為導(dǎo)向設(shè)置學(xué)習(xí)任務(wù)，一個任務(wù)當(dāng)中涉及跨學(xué)科知識的運(yùn)用，由于在完成任務(wù)過程當(dāng)中，學(xué)生會使用已知知識甚至要利用未曾學(xué)習(xí)的知識去完成，在這過程中教師一定要做好充分的知識儲備，當(dāng)學(xué)生遇到問題停滯不前的時候，要善于引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生利用信息技術(shù)手段去搜集和整理信息，把獲取的知識應(yīng)用到任務(wù)當(dāng)中。除了課堂40分鐘時間以外，要善于利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺的功能做好課前、課中、課后的知識補(bǔ)充和評價。

3.發(fā)揮小組合作探究，實(shí)現(xiàn)資源共享

小組合作是STEM模式的普遍組織模式，學(xué)生個人能力以及知識儲備有限，特別是小學(xué)生，他們在面對陌生問題時，絕大部分會有畏懼心理，遇到難題無法自我解決。小組合作的意義在于發(fā)揮各人所長，當(dāng)面對難題的時候可以發(fā)揮“三人行必有我?guī)煛钡暮献髂Ｊ剑以诿鎸€別算法問題時，同一個問題可能每個人解決的辦法不一樣，通過小組討論和分析最終找到解決問題的最有效的方法。小組合作還可以實(shí)現(xiàn)資源共享，由于一個學(xué)習(xí)任務(wù)可能橫跨的時間不止一兩個課時，所以面對這么龐大的信息和知識量對于小學(xué)生而言是比較大難度，所以小組分工收集資源和整理知識在組中進(jìn)行分享，就會節(jié)約很多解決問題的時間，提高效率。

4.做好計算思維培養(yǎng)的評估

周以真教授提出：計算思維意味著每個人都應(yīng)該能夠利用判斷計算工具、技術(shù)和問題之間的匹配程度和理解計算工具、技術(shù)的局限性和優(yōu)勢。在STEM教育模式下，對學(xué)生計算思維能力的評估起到至關(guān)重要的作用，不但能準(zhǔn)確提出問題所在而且能讓學(xué)生多發(fā)散思維去考慮解決問題。雖然STEM教育中國是一種新的教育模式，其實(shí)它已經(jīng)在國外遍地開花，它當(dāng)作是信息技術(shù)課堂培養(yǎng)計算思維的重要途徑是得到公認(rèn)的，但是信息技術(shù)課程當(dāng)中其他傳統(tǒng)課程也可以通過培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力來解決。例如，在學(xué)習(xí)辦公系列軟件過程中，讓學(xué)生以主題學(xué)習(xí)任務(wù)出發(fā)，首先會要求學(xué)生思考如何把任務(wù)分解為一個個小問題（題目、內(nèi)容、資源、版面等），通過自主探究或小組合作模式來解決這些問題清單的最佳做法并繪制制作流程圖，掌握獲取資源和編輯的技術(shù)，并認(rèn)識到如何利用一些優(yōu)秀作品資源進(jìn)行參考加工。

計算思維能力的培養(yǎng)是現(xiàn)代教學(xué)中的重要一環(huán)，人們生活已經(jīng)離不開數(shù)字世界。每個人都可以運(yùn)用計算思維，而且可以用在幾乎任何地方。計算思維是一種無形的思維能力，通過計算思維能力的培養(yǎng)提升，對生活中的問題都可以尋求多種方法解決并最終找到最合適的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭柳芬.以學(xué)科內(nèi)容為依托的計算思維能力培養(yǎng)[J].教學(xué)研究，2014.

[2]王素，李正福.STEM教育這樣做[M].教育科學(xué)出版社，2019.