面向信息技術(shù)2.0時代的STEAM教育教材開發(fā)研究

張弛 鄭劍春

摘 要：隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，教師越來越多地運用數(shù)字化工具和信息資源開展教學，學生獲取知識的途徑也變得多樣化。傳統(tǒng)教材在內(nèi)容設(shè)計和更新速度上已經(jīng)不能適應教學需求。STEAM教育的發(fā)展已經(jīng)深入影響整個教育領(lǐng)域和相關(guān)教材的改革，文章結(jié)合STEAM教育需要和新形態(tài)教材開發(fā)經(jīng)驗，探尋如何面向Web2.0時代廣泛推廣和運用STEAM教育教材，并更好地服務于教學。

關(guān)鍵詞：STEAM教育;STEAM教材;信息化教學

中圖分類號：G634 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：1673-8454（2021）06-0041-03

隨著互聯(lián)網(wǎng)與智能終端設(shè)備的普及與發(fā)展，人們越來越多地運用數(shù)字化工具、平臺和資源開展工作、生活和學習。信息技術(shù)的發(fā)展讓教師由原來的一支粉筆、一本教科書轉(zhuǎn)向多媒體教學，教學方法、教學手段得到了較大幅度的改善。學生獲得知識的途徑已經(jīng)大大拓寬，傳統(tǒng)的教材已經(jīng)不是學生獲得知識的唯一渠道。多信息來源是這一時代的重要特征，鑒別信息、處理信息與獲得信息變得同樣重要，信息技術(shù)促進了STEAM教育的發(fā)展，人工智能已經(jīng)深入影響教育和相關(guān)教材的發(fā)展，同時也為教學實踐帶來了巨大的機遇。在技術(shù)發(fā)展的推動下，人們有了更加豐富的實驗方式和學習方式，傳統(tǒng)教材已無法滿足教學的要求。開發(fā)面向信息技術(shù)2.0時代的教材，是一個迫切需要解決的課題。

一、STEAM教育特點及教材開發(fā)特點

1.STEAM教育特點

STEAM教育是目前教育發(fā)展的一個重要方向，有別于傳統(tǒng)的學科教育方式，是在學科間建立多個聯(lián)系的橋梁，為學生提供認識、發(fā)現(xiàn)與探索的視角，讓學生能夠參與并體驗科學發(fā)現(xiàn)的過程，是一種與傳統(tǒng)學科教育思想不同的新型教育理念。STEAM教育理念強調(diào)學科知識來源于現(xiàn)實世界，并可用于解決現(xiàn)實世界中的問題。鼓勵學生展開動手實踐活動，在此過程中探索并發(fā)現(xiàn)各種學科知識，同時使學生探索和解決問題的能力得到提高。STEAM教育具有如下4個特點：

（1）體現(xiàn)多學科課程的融合

STEAM教育以多學科知識為背景，主要培養(yǎng)學生面對復雜的現(xiàn)實問題和紛繁復雜的現(xiàn)象并從中尋找問題本質(zhì)的能力，使其在探究中獲得相關(guān)的知識，這就必將融合多學科的內(nèi)容。傳統(tǒng)單一學科教材因?qū)W科的局限性和相對封閉性不適合這一動態(tài)復雜的研究、學習過程。許多專家學者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，多學科融合教育才是了解自然的有效手段，也是科學發(fā)展和探究的過程。

（2）STEAM課程傳授內(nèi)容的變化

STEAM課程在教學時以研究活動帶動學生參與和學習，以學生為主體，這與傳統(tǒng)學科教育中教師為主體不同。STEAM教育更加關(guān)注學生在實踐過程中的學習、理解和運用，且STEAM教育活動通過設(shè)計出與任務解決相關(guān)聯(lián)的一系列學習和實踐活動，使學生經(jīng)歷有目的、有意義、能解決實際問題的學習過程，因此在實施教學過程中可以設(shè)置以下環(huán)節(jié)：進入情境，提出問題;根據(jù)問題由各學科教師分別教授各自學科的相關(guān)知識，引導學生掌握科學的方法;學生分組合作實施，解決問題。

STEAM課程傳授內(nèi)容的形式變?yōu)橐詫W生為主體，在實踐中體會和收獲，提出問題并解決問題，這樣的傳授結(jié)果是學生注重探索新方法、啟發(fā)新思考和團隊合作與溝通，進而推進其綜合能力的發(fā)展。

（3）促進項目式學習方式的運用

項目式學習是STEAM課程設(shè)計的一個主要模式和主要特點，這也是學生開展探究活動的重要方式。杜威曾經(jīng)指出：“知識的獲得不是個體旁觀的過程，而是探究的過程，知識不是存在于旁觀者的被動理解中，而是表現(xiàn)為主體對不確定情境的積極反應”。這種探究模式既可以是科學家的科學研究模式，也可以是學校教育中的教學模式和學習模式。

知識是個體主動探究的結(jié)果。項目式學習是指在教師指導下，將一個獨立的項目交由學生自己處理，包括信息采集、方案設(shè)計、項目實施及最終評價都由學生自己負責完成，學生在完成項目的整個過程中，了解并把握整個過程及每一個環(huán)節(jié)中的基本知識要求和能力要求。項目式學習使學生在學習知識的過程中，學會合作、分工、分享、交流，具備團隊意識和競爭意識，是學生全面發(fā)展的一個重要學習手段。

（4）采用開放性課程

項目式學習較之傳統(tǒng)的教學方式更接近科學研究的過程。在傳統(tǒng)教學中，實驗課程需要由教師設(shè)計實驗結(jié)構(gòu)、步驟以及需要采集的數(shù)據(jù)，學生只要按步驟進行數(shù)據(jù)的采集就可以了，在這一教與學的過程中，學生只是知識獲得的旁觀者。在STEAM教育課程項目中，學生需要自己設(shè)計數(shù)據(jù)采集需求和方式，自己設(shè)計搭建實驗裝置，自己設(shè)計實驗過程。在項目實施過程中，不僅所涉及的學科知識具有多學科的開放性，而且所研究的內(nèi)容與結(jié)論也可以是開放的（不是唯一的結(jié)論）。國外已有學科教材采用開放的方式更新和吸納學科融合知識，提供了更多的綜合學習機會。

2.STEAM教材的開發(fā)特點

（1）搭建跨學科作者團隊

在STEAM教材開發(fā)設(shè)計時，要搭建跨學科的作者團隊，每個學科的作者從自己的教學專業(yè)要求出發(fā)，對教材內(nèi)容的設(shè)計進行研討和建議。在內(nèi)容設(shè)計研討時，要考慮到對同一年級段學生不同學科知識能力的要求和該學齡段學生的學習能力、學習特點和接受能力，最終實現(xiàn)教材的作者團隊跨學科、內(nèi)容設(shè)計跨學科、呈現(xiàn)手段跨學科。跨學科STEAM教材呈現(xiàn)的多學科融合知識資源還要提供跨學科綜合能力的拓展和啟發(fā)。

（2）STEAM教材體現(xiàn)綜合能力培養(yǎng)

STEAM教材在開發(fā)設(shè)計中要拋開學科的意識和傳統(tǒng)的理論知識型教材布局，針對不同年級設(shè)計綜合性項目。在STEAM教材開發(fā)時，要根據(jù)作者的專業(yè)背景和教學經(jīng)驗突出某個學科，同時綜合其他學科進行內(nèi)容設(shè)計，項目課題要綜合考慮該學齡段學生的知識難度、接受能力、教學要求和課時要求。既考慮到學科知識的學習和運用，還要考慮到引發(fā)思考、團隊合作和溝通表達能力的運用和培養(yǎng)。

（3）按照項目實施過程策劃教材版塊

針對項目式學習方式的STEAM教材應該超越傳統(tǒng)的板塊和內(nèi)容設(shè)計，強調(diào)項目引入和知識融入，在教材設(shè)計中弱化理論和概念，以項目劃分章節(jié)，將知識點和能力要求貫穿在項目完成過程中進行講述，從而為讀者提供項目教學和項目式學習經(jīng)驗。例如，在教材版塊設(shè)計中結(jié)合STEAM課程傳授方式，按照綜合項目的實施過程設(shè)計，設(shè)置“情境導入”“問題提出”“知識導航”“實施過程”版塊。

二、信息技術(shù)的發(fā)展對教學和教材的影響

傳統(tǒng)教材是教師組織教學的資源，雖然在編寫過程中會考慮到教材的普適性，但由于區(qū)域地理、經(jīng)濟文化背景以及學校學情、教師教學方式、實驗設(shè)施的差異，教師需要對教材中的教學資源進行加工、整合，才可使教材成為適應學生學習的教材。而這一過程會對教師提出較高的要求。同時由于傳統(tǒng)的教材開發(fā)方式滯后于技術(shù)的迅速發(fā)展，教材的更新迭代跟不上教學的需要。

1.人工智能技術(shù)對教學的影響

人工智能為教育的改革與實踐提供了重要的支持，以往一些教育思想在人工智能的環(huán)境下得以驗證。并且隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了更多可研究的課題。隨著人工智能的出現(xiàn)和發(fā)展，一種全新的學習模式應運而生，它的出現(xiàn)不僅僅是學習模式的變革，而且會對學生的全面發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。在結(jié)合智能產(chǎn)品進行教學時，智能產(chǎn)品只有經(jīng)過教師合理整合才會成為有效、有益的教學資源。未來的教育過程中，教師更多應該作為一名指導者和學生成長的設(shè)計者，而不僅僅是知識的傳播者。信息來源的拓展，也讓課堂組織成為了一個新的課題，如何在這一新的教育背景下發(fā)現(xiàn)并開發(fā)每一個學生的潛能，通過活動與課程開發(fā)學生的協(xié)作、溝通、交流能力是STEAM教師和教材開發(fā)編輯需要深入研究的內(nèi)容。

2.未來信息技術(shù)時代教育的展望

機器人與人工智能的結(jié)合是未來教育變革的契機。研究人工智能與未來教育發(fā)展將帶來教育方式與教育內(nèi)容的巨大變革，同時提供了個性化學習、學習定制、研究性學習、教育創(chuàng)新以及綜合素質(zhì)提升等諸多問題的解決方案，對于教育公平、社會發(fā)展都將具有重要的意義。在學習可以被定制的時代，教材開發(fā)應該設(shè)置互動功能、可更新資源和綜合評價模塊等，以適應個性化學習和信息更新的需求。

3.伴隨信息技術(shù)發(fā)展的教材開發(fā)

在信息技術(shù)發(fā)展的推動下，人們有了更加豐富的實驗方式和學習方式。在實施STEAM教育的過程中，由于課程的特點，實施、評價的方式都有異于傳統(tǒng)的教學過程，因此課程的進程也是教材發(fā)展的過程。隨著人工智能的出現(xiàn)，全新的個性化、信息化學習模式應運而生，這些模式的出現(xiàn)不僅是學習模式的變革，而且會對教材的發(fā)展有重要的影響，為教育實踐帶來了巨大的機遇。

4.新形態(tài)教材更能有效適應信息技術(shù)的發(fā)展和教學需要

傳統(tǒng)的教材僅有文字與圖片，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了光盤、視頻和多媒體等教育資源，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，又推出了流媒體、VR體驗等教學資源。通過在教材上放置二維碼，學生就可以獲得多種信息來源和體驗方式，這些都可以作為教材的拓展。目前已有越來越多的教材和工具書實現(xiàn)了多媒體化，它們不但包含文字和圖形，還能呈現(xiàn)聲音、動畫、圖像、視頻以及模擬的三維景象，教育者和學習者都可以方便地享用這些資源。同時，二維碼后臺的資源可以隨時更新，解決了傳統(tǒng)教材的更新速度趕不上教學需求的問題。

信息化2.0時代，教學、教材以學生為中心，學生可以自主學習，根據(jù)自己的學習起點、興趣、經(jīng)驗、優(yōu)勢等選擇適合自己的課程和進度。教學活動可以在很大程度上脫離物理空間與時間的限制，呈現(xiàn)虛擬化的教學環(huán)境。在倡導學生主動參與、樂于探究的同時，教師為學生提供可參與、可探究的技術(shù)支持型學習環(huán)境。

三、新形態(tài)STEAM教材開發(fā)案例

伴隨創(chuàng)客教育和STEAM教育的發(fā)展，全新的教學方式必然會帶來教材開發(fā)與出版的變革。筆者長期關(guān)注此領(lǐng)域的發(fā)展，聯(lián)合全國幾大省市的優(yōu)秀中小學教師，在各地學校校本課程的基礎(chǔ)上，陸續(xù)開發(fā)了《青少年科技創(chuàng)新叢書》《創(chuàng)客教育叢書》《STEM教育叢書》等系列教材，相對應的課程成為深受學生喜愛的課程。

1.某青少年STEAM教育系列教材策劃開發(fā)過程

（1）跨學科作者團隊和項目式內(nèi)容設(shè)計

在該系列教材的策劃階段，先制訂中小學各年級各學科的教學要求、教學目標，以及綜合實踐課程、興趣小組和社團的實施和目標。在此基礎(chǔ)上基本劃定系列教材的主題方向為以信息技術(shù)課程為主導、結(jié)合其他學科的綜合內(nèi)容。在尋找作者團隊時，以獲得創(chuàng)新大賽和信息技術(shù)競賽獎項的優(yōu)秀指導教師為主，并要求每位主編教師在團隊中吸納多學科教師參與。

在教材內(nèi)容設(shè)定中，本著“實踐出興趣、實踐出真知、實踐出才干”的理念，以實踐項目貫穿教材，目的是提升信息科學技術(shù)在我國基礎(chǔ)教育階段的教學水平，引發(fā)我國青少年對信息技術(shù)科學的興趣，并打下堅實的信息技術(shù)基礎(chǔ)，以適應信息時代的新型學習方式。教材在項目主題下統(tǒng)一設(shè)置“實現(xiàn)原理、硬件準備、搭建程序、實際應用、評價反思”欄目板塊，分別對應STEAM教學中的理論知識基礎(chǔ)、硬件教具、實施過程和教學評價環(huán)節(jié)。該教材既可以作為STEAM和信息技術(shù)教師全新的教學指導書，也可作為指導學生參加各級各類信息技術(shù)或創(chuàng)新大賽的指導書，還可以作為對信息技術(shù)科學感興趣的學生自學參考書。

（2）教材的融媒體手段運用

在本系列教材開發(fā)過程中，教材呈現(xiàn)一改傳統(tǒng)的單一文字形式，而是配以多種融媒體資源結(jié)合使用（見圖1）。例如，PPT、教案、教學建議、學生手冊、操作視頻、課程說明、模型搭建效果等內(nèi)容在教材中均以二維碼的形式呈現(xiàn)，教師在備課時掃描書中的PPT和教案二維碼即可下載，然后結(jié)合教學需求和學生特點及學校硬件配置情況加以重新編輯。學生手冊和操作視頻可以由學生掃描二維碼觀看學習（見圖2），再結(jié)合自己的認知和教師的指導進行課題項目的改編和深度思考。

融媒體資源內(nèi)容的運用也支持了教材的推廣。本系列教材出版后，深受全國各地中小學師生的喜愛和好評，筆者收到了大量的讀者反饋。讀者的反饋在促進教材銷售的同時，也督促了作者不斷地更新教學資源，同時更新二維碼的后臺資源，保證了教材的時效性。在2020年新冠疫情防控期間，由于教材內(nèi)容豐富、資源全面且適合網(wǎng)絡(luò)使用，被多省市教育委員會和科學技術(shù)協(xié)會選做網(wǎng)絡(luò)課程。

面向信息技術(shù)2.0時代的STEAM教育教材不僅注重實踐教學的作用和多學科融合，同時將人工智能和信息化教學作為一個探究學習的工具，做到了以學生為主體，同時保持了教材的時效性與開放性。只有適應時代發(fā)展，迎合教育對象特點，才能開發(fā)出喜聞樂見的優(yōu)秀教課。筆者在十年的教材策劃開發(fā)中不斷探索，讓教師不僅會教課，更能引發(fā)學生思考和培養(yǎng)學生解決問題能力;讓學生不僅獲得知識，更能從中學習思考和方法。

（編輯：魯利瑞）