基于STEM理念的初中信息技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)

李鈿鈿 周雪嬌 劉續(xù)

摘要：STEM教育有利于創(chuàng)新人才及科技人才的培養(yǎng)，在信息技術(shù)學(xué)科中融入STEM教育理念，能夠促使學(xué)生學(xué)會整合多個(gè)學(xué)科的知識，提高學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新能力。該文首先以建構(gòu)主義理論和情景學(xué)習(xí)理論為理論基礎(chǔ)，對STEM教育以及教學(xué)設(shè)計(jì)的概念和內(nèi)涵進(jìn)行了界定;其次，以初中信息技術(shù)Scratch編程課程為例，較深入地對信息技術(shù)課程教學(xué)目標(biāo)以及學(xué)生進(jìn)行了分析;最后，基于STEM教育理念，以《趣味彈力球》為例進(jìn)行了教學(xué)活動的案例設(shè)計(jì)。通過具體的案例設(shè)計(jì)將STEM教育融入初中信息技術(shù)課堂中，以期為信息技術(shù)的教學(xué)提供一種新的思路。

關(guān)鍵詞：STEM教育;教學(xué)設(shè)計(jì);信息技術(shù)課程

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）04-0137-03

我國基礎(chǔ)教育階段信息技術(shù)課程的總目標(biāo)注重培養(yǎng)和提升學(xué)生的信息素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生利用信息技術(shù)解決問題的能力;強(qiáng)調(diào)教學(xué)要聯(lián)系學(xué)生的實(shí)際情況，設(shè)置適當(dāng)真實(shí)的學(xué)習(xí)任務(wù)、典型案例或研究課題，引導(dǎo)學(xué)生在自主探究、合作學(xué)習(xí)過程中將“學(xué)習(xí)技術(shù)”與“使用技術(shù)”融合在一起，達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。作為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的一種新的教育理念，STEM教育正在被各地區(qū)的中小學(xué)中開展，并且取得了很多成果。但是在中小學(xué)開展STEM教育的過程中又存在著一些認(rèn)識誤區(qū)。例如：

1）當(dāng)前許多學(xué)校開展的機(jī)器人課程與STEM教育存在著一定的差距——STEM教育是在全體學(xué)生中開展，而機(jī)器人課程僅是針對部分學(xué)生;STEM教育強(qiáng)調(diào)課程間的融合，對硬件要求不高，而機(jī)器人課程則對硬件條件有較高要求。

2）目前，許多學(xué)校認(rèn)為開展STEM教育會占用學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)成績[1]。

3）STEM教育要求教師除了具備教師的基本能力之外，還能滿足跨學(xué)科的要求，并能重視學(xué)生應(yīng)用跨學(xué)科的知識和能力來解決真實(shí)世界中的實(shí)際問題，目前具備跨學(xué)科整合技能的教師仍較為缺少[2]。

1 初中信息技術(shù)課程分析

1.1 初中信息技術(shù)課程特征分析

1）發(fā)展性：隨著信息技術(shù)的日益發(fā)展，3D打印機(jī)、Arduino硬件、編程軟件也開始進(jìn)入中小學(xué)信息技術(shù)的課堂之中?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來，給教育提供了新的發(fā)展與挑戰(zhàn)。雖然不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與教育的發(fā)展?fàn)顟B(tài)不平衡，但培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)依舊是開設(shè)信息技術(shù)課程的目的，信息技術(shù)課程中的教學(xué)內(nèi)容也是具有普適性的。

2）綜合性：與其他課程相比，信息技術(shù)課程具有很強(qiáng)的綜合性。它涉及多個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科的相關(guān)知識，具有學(xué)科課程、綜合課程和活動課程的特點(diǎn)。學(xué)生在信息技術(shù)課程中，將學(xué)會融合各學(xué)科的知識來發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題。

3）實(shí)驗(yàn)性：實(shí)驗(yàn)性是信息技術(shù)課程的主要特征，上機(jī)操作是學(xué)生掌握知識、練習(xí)知識的必備途徑。學(xué)生信息素養(yǎng)的培養(yǎng)不僅要求學(xué)生掌握書本上的陳述性知識，更重要的是讓學(xué)生在上機(jī)操作中掌握程序性知識。

4）趣味性：信息技術(shù)課程是一門趣味性極強(qiáng)的課程。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)合理地組織教學(xué)活動、設(shè)計(jì)有趣的教學(xué)環(huán)節(jié)、搭建合理的教學(xué)情境、充分利用計(jì)算機(jī)的趣味性，激發(fā)并培養(yǎng)學(xué)生對計(jì)算機(jī)的興趣，這與STEM教育的跨學(xué)科特點(diǎn)重要組成部分之一，即工程與信息技術(shù)課程的特點(diǎn)是相符的。

1.2 初中信息技術(shù)課程內(nèi)容分析

初中階段是小學(xué)和高中的過渡階段。在小學(xué)階段，主要設(shè)置激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的綜合課程;初中階段設(shè)置分科和綜合相結(jié)合的課程，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)提高其自身信息素養(yǎng)的課程內(nèi)容;高中階段更加注重學(xué)生學(xué)習(xí)的專業(yè)性。初中信息技術(shù)課程內(nèi)容大體分為以下幾個(gè)部分：信息技術(shù)基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)軟硬件、Office、網(wǎng)上沖浪、多媒體作品制作、網(wǎng)頁制作。而初高課程內(nèi)容應(yīng)具有銜接性，考慮到初中生已經(jīng)具備了一些基本的信息技術(shù)知識，采用螺旋式的課程內(nèi)容組織方式，課程內(nèi)容的選擇應(yīng)既要基于間接經(jīng)驗(yàn)又要結(jié)合學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活及需要，同時(shí)為高中階段信息技術(shù)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

STEM教育強(qiáng)調(diào)在真實(shí)的情境中，采用任務(wù)驅(qū)動式的學(xué)習(xí)方式，運(yùn)用相關(guān)學(xué)科的知識來分析問題和解決問題。而初中信息技術(shù)課程內(nèi)容正是要求學(xué)生在實(shí)際操作中掌握相關(guān)的學(xué)科知識、提升自己解決問題的能力，提高自己的創(chuàng)造能力。

2基于STEM教育理念的初中信息技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)案例

2.1 學(xué)習(xí)者特征分析

本研究的教學(xué)對象為某地級市一所初級中學(xué)的學(xué)生。該校有著優(yōu)秀的教學(xué)傳統(tǒng)，對信息技術(shù)教學(xué)的重視程度較高，注重引導(dǎo)學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力。

1）學(xué)習(xí)者初始能力：學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前已經(jīng)學(xué)過了Scratch基本功能模塊并且能進(jìn)行較簡單活動的編程;在Scratch中的對象是由學(xué)習(xí)者自動繪制和選擇的，需要運(yùn)用到一些幾何圖形;學(xué)習(xí)者在其他設(shè)備上均玩過彈力球游戲，且對該游戲中的操作較為熟悉;該校的初中生對Scratch編程保持著較高的積極性，且具備了一定的探究能力。

2）學(xué)習(xí)者一般特征：學(xué)習(xí)者樂于學(xué)習(xí)Scratch編程，認(rèn)為編程有利于邏輯思維的鍛煉和培養(yǎng);學(xué)習(xí)者對游戲設(shè)計(jì)保持著較高的學(xué)習(xí)探究能力，且經(jīng)常參加各種編程競賽并取得過良好的成績。

3）學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)風(fēng)格：學(xué)習(xí)者在平時(shí)的學(xué)習(xí)過程中能夠進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)，能夠通過合作和競爭不斷地提高自己的技術(shù)水平。他們在掌握所學(xué)編程內(nèi)容以及運(yùn)用編程知識時(shí)的方法不盡相同。初中的學(xué)生思維活躍、模仿能力強(qiáng)，信息技術(shù)課程的中的編程教學(xué)就是要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、鍛煉學(xué)生的邏輯思維、提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力。因此，基于STEM的教學(xué)過程將理論和實(shí)踐結(jié)合起來，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 教學(xué)內(nèi)容的選取與分析

本研究在教學(xué)設(shè)計(jì)前端分析的基礎(chǔ)上，依據(jù)STEM教育理念，以《趣味彈力球》為主要研究對象，分析了本節(jié)內(nèi)容與STEM教育理念中的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域中相關(guān)的知識和技能，重點(diǎn)學(xué)習(xí)如何綜合運(yùn)用動作、數(shù)據(jù)和控制模塊組中的命令;教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的生活有著密切的聯(lián)系，有利于激發(fā)學(xué)生的興趣培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和動手能力。通過基于STEM教育理念的教學(xué)設(shè)計(jì)流程來進(jìn)行彈力球Scratch的編程，最終讓學(xué)生對自己的編程作品進(jìn)行匯報(bào)，教師進(jìn)行總結(jié)。

2.3 STEM教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

根據(jù)對教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)者的分析進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)，形成學(xué)科和目標(biāo)領(lǐng)域間的二維矩陣教學(xué)目標(biāo)[4]，如表1所示。

2.4 學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)

“趣味彈力球”的教學(xué)由進(jìn)入情境與提出問題、探究學(xué)習(xí)與數(shù)學(xué)應(yīng)用、工程設(shè)計(jì)與技術(shù)制作、知識擴(kuò)展與創(chuàng)意設(shè)計(jì)、作品展示和總結(jié)評價(jià)等五個(gè)活動展開[5]，共3個(gè)課時(shí)。學(xué)生利用Scratch中的功能模塊，將彈力球運(yùn)動的整個(gè)流程拼接表示出來，活動過程中3～4人一組。

1）第一課時(shí)

①活動一：進(jìn)入情境，提出問題

設(shè)計(jì)意圖：通過視頻播放或者游戲演示，使學(xué)生進(jìn)入真實(shí)的情境中，幫助學(xué)生更好地了解彈力球的運(yùn)動以及自行歸納出彈力球游戲規(guī)則，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;在此基礎(chǔ)之上，引起學(xué)生在Scratch中設(shè)計(jì)游戲的欲望。

進(jìn)入情境：教師給學(xué)生提供彈力球游戲的相關(guān)視頻或者在電腦上操作演示彈力球游戲;并且在真實(shí)的教學(xué)情境中通過彈力球?qū)嵨飵椭鷮W(xué)生理解彈力球的運(yùn)動。學(xué)生認(rèn)真地觀看視頻或觀察教師的演示，逐條總結(jié)出彈力球游戲的規(guī)則，并通過游戲，將彈力球游戲的規(guī)則牢記在心;

提出問題：通過視頻或?qū)嵨锏难菔荆處熛驅(qū)W生提問彈力球的運(yùn)動規(guī)律，總結(jié)出彈力球游戲的規(guī)則;

觀察體驗(yàn)：教師讓學(xué)習(xí)親自感受彈力球?qū)嵨?，?shí)操一下彈力球游戲;

制定任務(wù)：教師針對學(xué)生的情況進(jìn)行異質(zhì)分組，3～4人為一組，要求學(xué)生在Scratch軟件中構(gòu)造出彈力球游戲模型，并不斷完善。

②活動二：探究學(xué)習(xí)，知識應(yīng)用

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生展開積極的思考，幫助將其他學(xué)科的知識運(yùn)用到彈力球游戲的設(shè)計(jì)中。

教師提問，游戲中小球是向下落的，如何表示？小球碰到接板彈起時(shí)的角度是怎樣的？如何使接板只能水平方向移動？

學(xué)生答，這就需要我們?nèi)ヌ剿鳌懊嫦颉惫δ苣K中的角度設(shè)置范圍了。小球彈起時(shí)的角度是與它剛與接板接觸的角度相關(guān)的，有點(diǎn)像在物理課中學(xué)的光的反射。使接板水平移動的話，就用到了數(shù)學(xué)知識，使接板的縱坐標(biāo)保持不變，橫坐標(biāo)可在操作界面允許的范圍內(nèi)變動。

③活動三：工程設(shè)計(jì)，技術(shù)制作

設(shè)計(jì)意圖：通過小組合作的方式完成該項(xiàng)目，使學(xué)生解決問題的能力和動手實(shí)踐能力得到充分體現(xiàn)。通過小組間的交流合作促使學(xué)生不斷提升。

教師在教室內(nèi)巡視并觀察學(xué)生的設(shè)計(jì)，確保每位學(xué)生都能完整地完成編程，對學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行記錄。

學(xué)生明確小組任務(wù)，即初步在Scratch軟件中進(jìn)行彈力球游戲的編程;其次，學(xué)生研究給出該游戲的設(shè)計(jì)圖，明確該游戲結(jié)構(gòu)以及所需要用到的功能模塊;明確了游戲結(jié)構(gòu)以及所需的功能模塊后，小組討論分工，每個(gè)學(xué)生都要編寫彈力球游戲的完整程序;各個(gè)小組在完成本組的游戲設(shè)計(jì)后，可與其他小組進(jìn)行交流，不斷改進(jìn)程序設(shè)計(jì)。

2）第二課時(shí)

活動四：知識擴(kuò)展，創(chuàng)意設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)意圖：充分發(fā)揮學(xué)生的想象力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神;培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

①在Scratch中記錄小球在接板上彈起的次數(shù);②當(dāng)彈起的次數(shù)達(dá)到3次后，出現(xiàn)第二個(gè)彈力球，增加游戲難度。學(xué)生組成小組討論創(chuàng)新方案（可以有多種方案），在已設(shè)計(jì)好的彈力球游戲的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。過程中教師巡視，幫助引導(dǎo)學(xué)生。

本環(huán)節(jié)教師要給學(xué)生自我發(fā)揮的空間，鼓勵(lì)學(xué)生在已設(shè)計(jì)好的彈力球游戲的基礎(chǔ)上，大膽想象（比如對游戲背景界面的優(yōu)化、對障礙物的設(shè)計(jì)、增加游戲難度等）

3）第二課時(shí)

活動五：作品展示，總結(jié)評價(jià)

設(shè)計(jì)意圖：促使小組成員和學(xué)生個(gè)人對項(xiàng)目和作品形成清晰的認(rèn)識。

l請各個(gè)小組分別展示設(shè)計(jì)的游戲，并請他們說出這樣設(shè)計(jì)的緣由;教師對學(xué)生的基礎(chǔ)知識、任務(wù)完成、創(chuàng)意設(shè)計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行評價(jià)，最后對整個(gè)班級學(xué)生項(xiàng)目的完成進(jìn)行總結(jié)。

l學(xué)生分組展示該組的游戲設(shè)計(jì)，對創(chuàng)意設(shè)計(jì)進(jìn)行說明，并對小組成員在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)反思。

l學(xué)生按照要求將文件重命名并將其安放在指定文件夾內(nèi)，教師通過多媒體將每個(gè)學(xué)生的作業(yè)收回并保存。

2.5學(xué)習(xí)評價(jià)設(shè)計(jì)

評價(jià)主體為教師和學(xué)生，既對學(xué)生個(gè)人進(jìn)行評價(jià)也對小組團(tuán)體進(jìn)行評價(jià)，評價(jià)量表如圖1、圖2所示。

3結(jié)語

本研究從初中信息技術(shù)學(xué)科特點(diǎn)出發(fā)，較深入地對信息技術(shù)課程、教學(xué)目標(biāo)以及學(xué)生進(jìn)行了分析，將STEM教育理念融入信息技術(shù)課程教學(xué)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了教學(xué)活動環(huán)節(jié)在整個(gè)教學(xué)過程中做到以學(xué)生為中心，鼓勵(lì)學(xué)生通過合作學(xué)習(xí)充分發(fā)揮自身的創(chuàng)造能力來完成“趣味彈力球”游戲的設(shè)計(jì)。相信隨著國內(nèi)專家學(xué)者對STEM教育的不斷研究，STEM教育會更好地與課程相融合，從而培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，更好地促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。

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