探析STEM教育理念下高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略

摘 要：近幾年STEM與中小學(xué)教育的研究較多，很多學(xué)科的研究都具有借鑒與參考意義。對(duì)高中信息技術(shù)學(xué)科而言，在實(shí)現(xiàn)高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的過(guò)程中，也可以將STEM理念融入，由此形成更加綜合性的核心素養(yǎng)培養(yǎng)格局。文章結(jié)合高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)中STEM理念的融入案例，先論述STEM教育理念融入高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)方面的邏輯情況，接著對(duì)STEM高中信息技術(shù)教育目標(biāo)、STEM實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的優(yōu)化、STEM理念優(yōu)化教學(xué)評(píng)價(jià)等方面的策略進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：高中信息技術(shù);STEM教育理念;核心素養(yǎng);素養(yǎng)培育

STEM強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合，倡導(dǎo)綜合性教學(xué)、跨學(xué)科教學(xué)，這與新時(shí)代發(fā)展的知識(shí)和技能訴求綜合化是吻合的，即倡導(dǎo)將科技元素、工程元素、人文元素、數(shù)學(xué)元素、創(chuàng)新元素、合作元素和交流元素等融合起來(lái)，形成綜合性的素質(zhì)教育格局[1]。STEM教育打破學(xué)科壁壘，從宏觀上規(guī)劃學(xué)科之間需要解決的復(fù)雜問(wèn)題。教師在不同學(xué)科各自教學(xué)指導(dǎo)中整合各科優(yōu)勢(shì)為學(xué)生提供逼近真實(shí)、富有現(xiàn)實(shí)意義的學(xué)習(xí)情境，以利于學(xué)生高階思維與積極情感投入，從而全面提升學(xué)生知識(shí)、技能與情感意志方面的核心素養(yǎng)。文章基于高中信息技術(shù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在高中信息技術(shù)教學(xué)中就如何落實(shí)STEM教育理念進(jìn)行探討。

一、STEM教育理念融入高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的邏輯初衷

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017版）明確提出，高中信息技術(shù)學(xué)科有著通用技術(shù)學(xué)科的課程特點(diǎn)，與其他學(xué)科相比，有著更強(qiáng)的包容性，可以很好地實(shí)現(xiàn)各個(gè)學(xué)科知識(shí)的融合，繼而構(gòu)建跨越式的學(xué)科教育體系。因此，在高中信息技術(shù)學(xué)習(xí)的時(shí)候，可以將多學(xué)科的理論知識(shí)、技能等融入，確保架構(gòu)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、人文、倫理和藝術(shù)學(xué)科的綜合教育環(huán)境[2]。對(duì)學(xué)生而言，在這樣的學(xué)習(xí)格局中，夯實(shí)的不僅是專業(yè)學(xué)科的知識(shí)體系，還引導(dǎo)綜合性素養(yǎng)和能力得以鍛煉。高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)，要求高中信息技術(shù)教育教學(xué)中將信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任等板塊融入，由此確保實(shí)際信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)朝著更加明確的方向發(fā)展。從本質(zhì)上來(lái)看，STEM教育理念與核心素養(yǎng)培養(yǎng)理念之間是吻合的，兩者都倡導(dǎo)綜合性教育，希望可以在教育目標(biāo)靶向設(shè)定、在教育內(nèi)容跨學(xué)科豐富化、在教學(xué)方法不斷優(yōu)化的過(guò)程中，讓高中學(xué)生信息技術(shù)核心素養(yǎng)能夠得到全面發(fā)展。為了改變這樣的局面，需要切實(shí)地將STEM教育理念與高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)關(guān)聯(lián)起來(lái)，確保高中信息技術(shù)教育的質(zhì)量得以不斷提升，素養(yǎng)得到更好鍛煉。

二、STEM教育理念下高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略

STEM教育理念與高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的融合，是一項(xiàng)系統(tǒng)化的工程，需要在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式等多個(gè)角度來(lái)進(jìn)行嵌入，以確保形成更加理想的核心素養(yǎng)培養(yǎng)環(huán)境。面對(duì)這樣系統(tǒng)化的工程，就需要形成工程精細(xì)化管理的價(jià)值觀念，繼而切實(shí)做好不同版塊的優(yōu)化，由此循序漸進(jìn)地實(shí)現(xiàn)新的高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)體系的構(gòu)建。下面以“計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程——組件樓道里的人體感應(yīng)燈”知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)為例進(jìn)行探討。

（一）基于STEM的教學(xué)目標(biāo)重塑

在教學(xué)目標(biāo)重塑過(guò)程中，其本質(zhì)就是將STEM理念與高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)關(guān)聯(lián)起來(lái)，由此架構(gòu)全新的高中信息技術(shù)教育教學(xué)目標(biāo)體系[3]。要想將本課難點(diǎn)知識(shí)“了解流程圖的規(guī)范表示，算法的描述”通過(guò)STEM理念給呈現(xiàn)出來(lái)，在課程中需要將其歸結(jié)為如下目標(biāo)：

1.科學(xué)維度的目標(biāo)。認(rèn)識(shí)生活中常見(jiàn)的感應(yīng)燈，對(duì)不同類型的感應(yīng)燈的運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行歸結(jié)，學(xué)會(huì)去探討不同類型感應(yīng)燈的造型、使用場(chǎng)景、能耗等;在觀察活動(dòng)中可以小組合作的方式來(lái)進(jìn)行，找到不同類型的感應(yīng)燈，然后去進(jìn)行拆解，拆解之后去分析對(duì)應(yīng)感應(yīng)燈由哪些部分組成、制作原理是什么。上述的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定，在于養(yǎng)成高中學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)素質(zhì)和習(xí)慣，可以將其歸結(jié)到信息意識(shí)中去，就是在不斷收集和獲取信息的基礎(chǔ)上，利用互聯(lián)網(wǎng)中更加多的資訊，確保自己對(duì)對(duì)象的認(rèn)知進(jìn)入到更加深刻的狀態(tài)。

2.技術(shù)維度的目標(biāo)。能夠使用算法的概念去尋求解決問(wèn)題的方案，巧妙地將算法技術(shù)融入;學(xué)會(huì)使用python語(yǔ)言編寫技術(shù)，對(duì)程序語(yǔ)句的效能進(jìn)行歸結(jié)，并且演示對(duì)應(yīng)的效果;能夠綜合使用mixly軟件和開(kāi)源硬件，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的模擬，繼而確保計(jì)算機(jī)解題方案得以生成。在上述的技術(shù)使用過(guò)程中，可以使得學(xué)生計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的能力得以提高，確保自主學(xué)習(xí)素質(zhì)得以發(fā)展，讓學(xué)生去感受計(jì)算機(jī)思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的魅力，繼而確保此方面的技術(shù)素養(yǎng)得以發(fā)展和進(jìn)步。

3.工程維度的目標(biāo)。將感應(yīng)燈的設(shè)計(jì)制作作為一個(gè)工程，要求學(xué)生使用甘特圖界定清楚項(xiàng)目啟動(dòng)階段、計(jì)劃階段、執(zhí)行階段和收尾階段，在小組交互中確保生成對(duì)應(yīng)的甘特圖，制訂詳細(xì)的工程進(jìn)度，后續(xù)的各項(xiàng)工作都需要依照上述的甘特圖的基準(zhǔn)來(lái)開(kāi)展，繼而使得學(xué)生能夠形成更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ趟季S，工程管理的意識(shí)和能力也會(huì)在此過(guò)程中得到增強(qiáng)。在這樣的教學(xué)板塊中，有助于學(xué)生對(duì)工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)產(chǎn)生興趣，對(duì)學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新素質(zhì)發(fā)展是很有幫助的。

4.數(shù)學(xué)維度的目標(biāo)。學(xué)生掌握使用流程圖來(lái)進(jìn)行算法的描述，將感應(yīng)燈的功能進(jìn)行界定。白天的時(shí)候，光亮大于600，此時(shí)感應(yīng)燈不亮;光亮小于600，此時(shí)周圍有人活動(dòng)，感應(yīng)燈就會(huì)亮起;如果周圍沒(méi)有人活動(dòng)，感應(yīng)燈就不會(huì)亮。學(xué)生在上述問(wèn)題探討中，可以使其數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新素養(yǎng)得以鍛煉，計(jì)算思維素養(yǎng)也進(jìn)入到更加理想的發(fā)展形態(tài)。這里需要引入高中數(shù)學(xué)中關(guān)于算法的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生如何用計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言去理解，引導(dǎo)學(xué)生怎么用流程圖去展示算法過(guò)程。

（二）立足STEM實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的優(yōu)化

在基于STEM理念的教學(xué)目標(biāo)體系構(gòu)建之后，就需要切實(shí)將其貫徹執(zhí)行到實(shí)際的教學(xué)中去[4]。詳細(xì)講述，本次課程的步驟為：第一，創(chuàng)設(shè)對(duì)應(yīng)的情境，導(dǎo)入新課程，播放一段小視頻（夜深人靜的時(shí)候，樓道里的燈一直亮著的現(xiàn)象），引導(dǎo)學(xué)生思考如何改進(jìn)樓道里的燈，引出樓道里的人體感應(yīng)燈。學(xué)生觀看視頻，回答問(wèn)題。此板塊的價(jià)值在于：觀察學(xué)生對(duì)此問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生獲取和分析信息，培養(yǎng)學(xué)生的信息意識(shí)。其實(shí)信息技術(shù)與生活息息相關(guān)，教師展示當(dāng)下比較常見(jiàn)的樓道感應(yīng)燈的場(chǎng)景，旨在以簡(jiǎn)單的生活運(yùn)用將學(xué)生的思考引入本課學(xué)習(xí)。

第二，分析具體問(wèn)題，對(duì)實(shí)際項(xiàng)目“如何改進(jìn)樓道里的燈”需求進(jìn)行分析。引導(dǎo)學(xué)生按小組分析問(wèn)題、寫出解題步驟。以“節(jié)能環(huán)?！睘橹黝}，考慮生活中傳感器的應(yīng)用，簡(jiǎn)單介紹傳感器。學(xué)生以小組為單位，分析問(wèn)題，明確需求，寫出求解問(wèn)題的解題步驟。此板塊會(huì)將學(xué)生信息意識(shí)和計(jì)算思維作為焦點(diǎn)。在一段時(shí)間之后，教師會(huì)對(duì)學(xué)生的分析進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并且實(shí)現(xiàn)解題步驟的歸納。分析問(wèn)題過(guò)程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生思考如何將問(wèn)題逐步分解，采用小組合作方式一一將問(wèn)題予以解決，遇到關(guān)鍵問(wèn)題要通過(guò)集體智慧進(jìn)行解決，將計(jì)算機(jī)知識(shí)解決策略有效融入其中。

第三，鼓勵(lì)學(xué)生去進(jìn)行算法的設(shè)計(jì)。引出算法的概念和算法的描述方法。算法概念：解決問(wèn)題的方法和步驟。算法的描述：自然語(yǔ)言進(jìn)行描述和流程圖描述。讓學(xué)生以分組的方式，使用自然語(yǔ)言來(lái)分析不同情況下的訴求，再將其轉(zhuǎn)化為流程圖語(yǔ)言，繪制流程圖，生成算法描述。算法學(xué)習(xí)是高中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容之一，考慮到部分學(xué)校數(shù)學(xué)算法學(xué)習(xí)或許還沒(méi)有教學(xué)，因此教師需要跟學(xué)生介紹簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)算法知識(shí)，這樣學(xué)生在解決本課中的實(shí)際案例才不會(huì)覺(jué)得陌生。當(dāng)然也可以提前跟學(xué)生的數(shù)學(xué)教師溝通，在這節(jié)課前先上一節(jié)數(shù)學(xué)算法課。

第四，編寫代碼，進(jìn)行代碼的調(diào)試。演示用python語(yǔ)言編寫的程序，對(duì)照解題步驟解釋程序語(yǔ)句的作用，演示并點(diǎn)評(píng)部分學(xué)生程序，每位同學(xué)都啟動(dòng)python IDL程序設(shè)計(jì)環(huán)境，輸入程序代碼，并調(diào)試運(yùn)行，檢測(cè)結(jié)果。在合作交流的基礎(chǔ)上，結(jié)合mixly軟件和開(kāi)源硬件，完成模擬實(shí)驗(yàn)。寫代碼的知識(shí)很多學(xué)生在初中有接觸，當(dāng)然教師也可以課上直接補(bǔ)充這節(jié)課遇到的代碼知識(shí)，或讓能力較強(qiáng)的學(xué)生引導(dǎo)其他學(xué)生怎么寫代碼。在這部分引導(dǎo)學(xué)生講解計(jì)算機(jī)解題過(guò)程中，可以培養(yǎng)學(xué)生合作、自主學(xué)習(xí)的能力，讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)解題的過(guò)程和優(yōu)勢(shì)，認(rèn)識(shí)生活智能化、信息化的魅力，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)思維和數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣。

第五，小結(jié)階段。需要讓學(xué)生明白，在計(jì)算機(jī)解題的基本過(guò)程中學(xué)會(huì)算法的編寫，感受算法的魅力。

很明顯，在上述教育教學(xué)的過(guò)程中，教師可以很好地借助各個(gè)板塊的架構(gòu)，處理好STEM理念與高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)之間的關(guān)系，整個(gè)課堂內(nèi)容充實(shí)，教學(xué)方法靈活，充分體現(xiàn)出以學(xué)生為本的教育理念，課堂氛圍也達(dá)到了理想的狀態(tài)，這樣自然可以使得高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)的培育進(jìn)入更加有效的狀態(tài)。

（三）巧用STEM理念優(yōu)化教學(xué)評(píng)價(jià)

STEM理念與高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)的融合，不僅要從教育內(nèi)容和教學(xué)方式的角度來(lái)進(jìn)行，還需要從教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制改善調(diào)整的角度入手，這樣才能夠進(jìn)入更加高質(zhì)量的信息技術(shù)教育教學(xué)格局[5]。在此過(guò)程中，需要關(guān)注：其一，使用組內(nèi)評(píng)價(jià)、組間評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)三種評(píng)價(jià)融合模式，確保可以從不同的行為主體，對(duì)實(shí)際高中信息技術(shù)教育教學(xué)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。以組內(nèi)評(píng)價(jià)為例，以小組為單位，依照評(píng)價(jià)量表，確保依照實(shí)際情況，填寫學(xué)生評(píng)價(jià)表格，在班級(jí)內(nèi)各個(gè)小組對(duì)彼此進(jìn)行評(píng)價(jià)，教師將四個(gè)核心指標(biāo)和STEM整合起來(lái)，生成融合性的指標(biāo)，然后依照這樣的指標(biāo)對(duì)實(shí)際的教學(xué)情況進(jìn)行量化評(píng)估，在層次設(shè)定上可以將焦點(diǎn)放在：作品展示板塊、溝通交流板塊、表達(dá)匯報(bào)板塊和情感態(tài)度板塊。最后對(duì)三個(gè)評(píng)價(jià)的權(quán)重進(jìn)行設(shè)定，由此得出對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果。其二，建立完善的評(píng)價(jià)結(jié)果反饋和利用機(jī)制。對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)報(bào)告生成之后，還需要切實(shí)做好結(jié)果反饋和利用工作，這才能夠引導(dǎo)評(píng)價(jià)機(jī)制更好地發(fā)揮自身效能。在此過(guò)程中，需要組織教師對(duì)自身教育教學(xué)的流程進(jìn)行反思，找到其中存在的不足和缺陷，在此基礎(chǔ)上確保為今后的教學(xué)改革和改善奠定基礎(chǔ)。

三、對(duì)STEM教育理念融入高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)教學(xué)的反思

高中信息技術(shù)教師要認(rèn)識(shí)到高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)屬于核心素養(yǎng)培養(yǎng)系統(tǒng)中的重要板塊，是以全面發(fā)展的人為核心，在文化基礎(chǔ)板塊、自主發(fā)展板塊和社會(huì)參與板塊的架構(gòu)上進(jìn)行的學(xué)科素養(yǎng)細(xì)化[6]。在STEM理念落實(shí)于信息技術(shù)教學(xué)需要考慮如下問(wèn)題：信息意識(shí)，是對(duì)信息有著理想的敏感度、對(duì)信息價(jià)值有著良好的判斷力;計(jì)算思維，是解決問(wèn)題的過(guò)程中，有著良好計(jì)算意識(shí)和能力;數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，創(chuàng)設(shè)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的收集和管理，并且進(jìn)入資源應(yīng)用和創(chuàng)新中去;信息社會(huì)責(zé)任，有信息安全意識(shí)和能力，能夠遵守信息相關(guān)的法律法規(guī)，有著良好的信息道德素養(yǎng)。

很明顯，STEM中的科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)，兩者有融合的基礎(chǔ)，也有融合的必要性，尤其在高中教育深度改革的背景下，兩者的融合機(jī)制將得以構(gòu)建。需要提醒的是，在實(shí)際教育教學(xué)中還需要注意如下節(jié)點(diǎn)：其一，鼓勵(lì)高中信息技術(shù)教師對(duì)STEM教育理念與高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)的關(guān)系進(jìn)行探討，思考如何在真實(shí)的信息技術(shù)教育教學(xué)過(guò)程中，合理地將兩者融合起來(lái)，在學(xué)術(shù)調(diào)研的過(guò)程中，在信息技術(shù)課程校本化方案設(shè)定的時(shí)候，都可以將此作為重要的方向;其二，在高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的過(guò)程中，STEM教育理念可以提供更加多的教學(xué)模式和創(chuàng)新思路，繼而合理地將不同的教學(xué)方法融入，堅(jiān)持以學(xué)生發(fā)展為落腳點(diǎn)，這樣才能夠確保高中信息技術(shù)課堂的高效性。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)過(guò)程中，STEM教育理念與高中信息技術(shù)核心素養(yǎng)之間的融合，屬于高中信息技術(shù)教育改革的基本訴求，必須要引起高度重視。當(dāng)然，除了在教學(xué)思想上需要進(jìn)行改進(jìn)之外，還需要在高中信息技術(shù)教學(xué)實(shí)踐中不斷去嘗試，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)踐的原則，堅(jiān)持知行合一的原則，堅(jiān)持以學(xué)生為本的原則，繼而使得兩者的融合形成合力，實(shí)現(xiàn)高中信息技術(shù)教學(xué)新格局的構(gòu)建。

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本文系福建省莆田市仙游縣2020年度中學(xué)教育教學(xué)研究課題“STEM教育下高中信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)研究”（課題編號(hào)：XYZXKT2059）成果之一。