基于STEAM的高中信息技術(shù)項目式學(xué)習(xí)設(shè)計研究
——以“開源硬件與生活”為例

文｜劉亞

在新課標(biāo)指引下，高中信息技術(shù)課程教學(xué)方式和內(nèi)容等也都發(fā)生了變化。構(gòu)建基于 STEAM項目式學(xué)習(xí)模式，必須明晰項目選擇、方法選用、實施操作和項目評價等操作過程，這對提高學(xué)習(xí)效果和教師對STEAM教育本質(zhì)理解都有重要意義。

一、項目式學(xué)習(xí)緣起及發(fā)展

立德樹人是我國教育發(fā)展最終目標(biāo)，為此要將教育重心置于素質(zhì)教育，而素質(zhì)教育落地要以學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)為突破口。這些目標(biāo)實現(xiàn)須從現(xiàn)實問題出發(fā)，尋求解決問題關(guān)鍵，項目式學(xué)習(xí)恰好是解決問題途徑之一。

首次提出“項目式學(xué)習(xí)”是克伯屈，他認為要在有明確目活動中進行教學(xué)?！绊椖渴綄W(xué)習(xí)”一經(jīng)提出便受到國內(nèi)外學(xué)者熱議與研究。在國外，美國巴克教育研究所界定了項目式學(xué)習(xí)概念：項目式學(xué)習(xí)是以課標(biāo)為核心教學(xué)方法，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中以小組為單位對設(shè)計項目進行思考、探究和規(guī)劃，最終設(shè)計出作品，實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。BIE提出設(shè)計項目式學(xué)習(xí)活動“6A”參考框架詳細列舉了項目式學(xué)習(xí)應(yīng)該遵循準(zhǔn)則與應(yīng)該注意問題，給予一線教師一定參考。在國內(nèi)，胡慶芳等認為項目式學(xué)習(xí)是基于某一學(xué)科教學(xué)模式，旨在營造有意義任務(wù)完成過程。在這一過程中，學(xué)生以小組合作方式開展主題探究活動，最終設(shè)計出作品并進行展示。

綜合國內(nèi)外學(xué)者對PBL定義，其最終都指向幾個共同要素：學(xué)科支持、驅(qū)動問題、協(xié)同合作、探究學(xué)習(xí)、成果展示。其中后四個要素是PBL區(qū)別于傳統(tǒng)講授式教學(xué)最鮮明特點。

二、基于STEAM項目式學(xué)習(xí)

基于STEAM項目式學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生在高科技知識型社會中生存能力。擁有這些生存能力，學(xué)生就可以成為自己學(xué)習(xí)過程中督促者和負責(zé)者，而熟稔項目式學(xué)習(xí)教師只是指導(dǎo)者和輔導(dǎo)者。教師應(yīng)圍繞21世紀(jì)技能設(shè)計培養(yǎng)目標(biāo)，建構(gòu)課程模塊及主題，在STEAM教育理念構(gòu)建項目式學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)形態(tài)，確定課程主題，設(shè)計并且統(tǒng)籌規(guī)劃課程。

基于STEAM項目式學(xué)習(xí)使得學(xué)生在差異化學(xué)習(xí)方式間游刃有余。不同學(xué)習(xí)背景和學(xué)習(xí)風(fēng)格對知識建構(gòu)存在一定影響，學(xué)生在解決問題過程中應(yīng)該相互溝通各自方案和使用到方法。當(dāng)學(xué)生專注于學(xué)習(xí)知識內(nèi)容和訓(xùn)練技能，并且能夠?qū)@些知識和技能加以轉(zhuǎn)化和運用時候，學(xué)生學(xué)習(xí)水平就達到了高層次。

基于STEAM項目式學(xué)習(xí)幫助學(xué)生將其學(xué)到知識進行舉一反三運用到實踐中，可以對學(xué)生進行內(nèi)容豐富綜合性教育。學(xué)生學(xué)會如何探索現(xiàn)實問題和知道如何應(yīng)對未來挑戰(zhàn)，同時通過小組合作學(xué)習(xí)方式訓(xùn)練學(xué)協(xié)作學(xué)習(xí)技能。學(xué)生對自己所學(xué)科目具有更加深入理解，這種學(xué)習(xí)方式相較于傳統(tǒng)教育教學(xué)方式，使得學(xué)生可以輕而易舉了解、理解及掌握所學(xué)知識點。

三、STEAM教育理念下項目式學(xué)習(xí)模式構(gòu)建

項目式學(xué)習(xí)以問題為驅(qū)動，以學(xué)習(xí)者協(xié)作探究學(xué)習(xí)為屬性，在問題探究過程中讓學(xué)生獲得知識，構(gòu)建新認知體系。國內(nèi)研究者對項目式學(xué)習(xí)關(guān)注大多在教學(xué)模式方面。張文蘭等人在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于課程重構(gòu)理念，將實施流程分為確定項目——制定計劃——活動探究——作品制作——成果交流——總結(jié)評價六大步驟。本文以張文蘭項目式學(xué)習(xí)六步驟為基礎(chǔ)，以蘭州市某高中高一信息技術(shù)課程中“開源硬件與生活”項目為例，詳細論述以STEAM教育理念為本項目式學(xué)習(xí)教學(xué)過程，并且在這個學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)學(xué)生計算思維，包括分解思維、抽象思維、算法思維、評估思維、概括思維以及遷移思維。

（一）確定項目，點明學(xué)習(xí)目標(biāo)

項目是由驅(qū)動性問題確定。在本節(jié)課程中，教師以學(xué)生在日常生活中經(jīng)常遇到問題為例：“學(xué)習(xí)到筋疲力盡學(xué)生不想再下床關(guān)燈，這個時候應(yīng)該怎么辦”。教師創(chuàng)設(shè)一個真實情境，學(xué)生根據(jù)問題感知項目要解決問題，了解問題出發(fā)點，達到問題聚焦結(jié)果。學(xué)生思考解決問題方式，教師在旁提示，引導(dǎo)學(xué)生利用遙控器解決問題。在該環(huán)節(jié)中教師創(chuàng)設(shè)問題情境，呈現(xiàn)項目主題，明確項目最終目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會使用計算思維解決問題，將現(xiàn)實問題抽象化，把大問題進行分解，建立解決問題模型，分析和組織需要數(shù)據(jù)。

（二）聚焦問題，了解工作原理

工作原理是解決整個項目科學(xué)理論基礎(chǔ)。首先讓學(xué)生描述自己提出解決

方案運行原理。在這個過程中學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)或者教師發(fā)放教學(xué)資料進行搜集自己所需要知識。經(jīng)過五分鐘思考之后，教師請學(xué)生講述自己所使用原理，其他同學(xué)可為其進行補充，培養(yǎng)了學(xué)生分解思維。教師最后可以綜合同學(xué)回答，講述項目所使用原理。

（三）抽象問題，分析項目數(shù)據(jù)

項目式學(xué)習(xí)設(shè)計問題是存在于具體情境中非良構(gòu)性問題，難以確定其邊界，為了得到解決問題方案，需要收集大量信息，提取關(guān)鍵因素。在分析過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生進行換位思考，站在使用者角度分析產(chǎn)品功能，如：你希望“遙控器”具有哪些功能？你怎么設(shè)計好“遙控器”？引導(dǎo)學(xué)生從眾多信息中概括出自己所需功能，并表達出來，在這個過程中訓(xùn)練了學(xué)生抽象思維，學(xué)生將數(shù)據(jù)分析之后填寫下列表格。

（四）設(shè)計算法，完成作品創(chuàng)作

算法設(shè)計是項目進行保障，遵循可行性和科學(xué)性原則。可行性是指設(shè)置目標(biāo)合理，在現(xiàn)有條件基礎(chǔ)上保證項目目標(biāo)清晰、方法可行、能夠操作?？茖W(xué)性是指依據(jù)現(xiàn)實情境，在客觀數(shù)據(jù)支撐下進行設(shè)計，避免依據(jù)主觀判斷而導(dǎo)致過程不嚴(yán)謹和結(jié)果不合理。在本環(huán)節(jié)中是以實踐為主，教師引導(dǎo)學(xué)生進行代碼編寫，引導(dǎo)學(xué)生進一步認識技術(shù)要點，運用算法思維實現(xiàn)遙控器控制燈開關(guān)問題，并及時解決代碼編寫過程中問題，優(yōu)化算法。

（五）驗證測試，上傳調(diào)試作品

學(xué)生完成作品設(shè)計后，要進行作品展示。在整個班級交流及展示過程中，展現(xiàn)學(xué)生思想與創(chuàng)新思維。教師要求學(xué)生對展示作品同學(xué)進行簡要評價，這可以使學(xué)生進行高階思維思考，反思自己作品優(yōu)劣。對于項目來說，測試程序，返回修改，是一個必需步驟，這也是培養(yǎng)學(xué)生回溯思維重要方式。

（六）歸納總結(jié)，遷移推廣作品

在這個環(huán)節(jié)中，教師根據(jù)學(xué)生實際操作后結(jié)果提出新問題，新問題逐漸深入，對所學(xué)知識進行總結(jié)探究，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)經(jīng)驗，結(jié)合生活延伸學(xué)習(xí)深度。通過學(xué)生不斷思考，學(xué)生智力水平和設(shè)計能力逐漸走向深化與創(chuàng)新，這是知識拓展關(guān)鍵之處。在本環(huán)節(jié)中，學(xué)生可以盡情發(fā)揮自己想象力，進行知識遷移推廣，這也培養(yǎng)了學(xué)生遷移思維。

四、課程教學(xué)實施效果分析

通過觀察課堂、對比學(xué)生作品、教師訪談，教學(xué)實踐取得教學(xué)效果有以下幾方面。首先學(xué)生反饋情況優(yōu)秀、課堂氛圍好。其次是學(xué)生完成任務(wù)效率高，在整個課堂中，學(xué)生完成作品速度很快、質(zhì)量很高。再次教師支持行為更為高效，師生關(guān)系更為融洽教師對學(xué)生進行個性化輔導(dǎo)，師生之間溝通交流簡潔、有效，教師反饋消息及時，更易滿足學(xué)生學(xué)習(xí)期望。雖然利用項目式教學(xué)提高了教學(xué)效率，但在實踐中也出現(xiàn)諸多問題。在項目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生自主操作占據(jù)大部分時間，師生之間溝通被削弱。教師任務(wù)加重，在這個課程中要求教師時刻關(guān)注學(xué)生動態(tài)，對學(xué)生進行及時指導(dǎo)，使不同發(fā)展水平學(xué)生得到各自發(fā)展。最后，項目式學(xué)習(xí)主動權(quán)在學(xué)生手里，若要滿足學(xué)生個體及整體需求，這就要求教師具有較高職業(yè)素養(yǎng)。

五、結(jié)語

在高中信息技術(shù)課程教學(xué)過程中要落實對學(xué)生計算思維培養(yǎng)，教師需要在信息技術(shù)教材中深入挖掘計算思維，并根據(jù)教材設(shè)定計算培養(yǎng)目標(biāo)，恰當(dāng)使用教學(xué)策略，設(shè)計學(xué)習(xí)活動。具有計算思維學(xué)生在遇到現(xiàn)實生活中問題時，會根據(jù)生活經(jīng)驗對問題進行分析并加以抽象化，明確解決問題任務(wù)需求，將大問題化解成小問題，設(shè)計解決問題方案并加以實施，在不斷修正過程中，逼近問題解決，從而提高學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效果，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。