基于STEM理念的初中信息科技問題鏈教學(xué)模式探究

靳飛飛 阮霞

摘 ?要 ?STEM教育不僅注重學(xué)生對基本知識(shí)和基本技能的掌握，更注重培養(yǎng)學(xué)生整合運(yùn)用知識(shí)的能力。STEM融入初中信息科技課堂，以信息科技為中心，進(jìn)行有效的學(xué)科融合，加深了學(xué)生對知識(shí)的理解，提高了學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。問題鏈教學(xué)模式通過問題的步步深入，深化知識(shí)體系，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和創(chuàng)意創(chuàng)造能力。

關(guān)鍵詞 ?STEM理念；信息科技；問題鏈教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G633.67 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2023）05-0090-04

0 ?引言

隨著科技的飛速發(fā)展，社會(huì)對人才的要求發(fā)生了巨大的變化，單純的技術(shù)型人才不再適應(yīng)社會(huì)的需求[1]。信息時(shí)代背景下，更需要勇于提出問題、善于動(dòng)手實(shí)踐、敢于創(chuàng)新創(chuàng)造的跨學(xué)科綜合人才?；赟TEM理念的信息科技學(xué)科問題鏈教學(xué)模式能夠培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析分解問題、自主設(shè)計(jì)方案解決問題的能力，幫助學(xué)生解決現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)問題。

1 ?基于STEM理念的問題鏈教學(xué)模式概述

STEM教育[5]源于美國，是Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）和Ma-

thematics（數(shù)學(xué)）四個(gè)學(xué)科英文首字母的組合。STEM教育打破學(xué)科界限，將四門學(xué)科內(nèi)容有機(jī)地整合在一起，使學(xué)科學(xué)習(xí)一體化，從整合的視角培養(yǎng)學(xué)生利用掌握的知識(shí)和技能去分析問題、分解問題的能力，并能將知識(shí)靈活應(yīng)用遷移進(jìn)而解決真實(shí)的問題。它是一種基于真實(shí)世界應(yīng)用的綜合性學(xué)習(xí)模式，強(qiáng)調(diào)知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活場景中的應(yīng)用，是一種創(chuàng)新型教育模式。

問題鏈教學(xué)模式[4]是指教師在對學(xué)情和教學(xué)內(nèi)容深度研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生已有的知識(shí)水平和經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)每節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容，圍繞核心問題提出的層序分明、緊密連接的一系列問題，層層深入，引導(dǎo)學(xué)生思考的一種教學(xué)模式。維果斯基提出的最近發(fā)展區(qū)理論和皮亞杰發(fā)展的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論共同支撐起了問題鏈教學(xué)模式。

筆者通過對相關(guān)文獻(xiàn)、案例的研究分析，結(jié)合信息科技學(xué)科的特點(diǎn)，最終提出基于STEM理念的問題鏈教學(xué)模式。將課堂內(nèi)容分解為相互關(guān)聯(lián)、不斷遞進(jìn)并激發(fā)學(xué)生思維能力的一系列問題，形成問題鏈。該教學(xué)模式以問題解決為主線展開，在真實(shí)的問題情境下，引導(dǎo)學(xué)生通過發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、分解問題、解決問題和回顧問題等教學(xué)活動(dòng)過程，習(xí)得多學(xué)科知識(shí)，內(nèi)化作品設(shè)計(jì)的思想和方法，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。

2 ?STEM理念下問題鏈教學(xué)模式的設(shè)計(jì)模型

綜合考慮STEM教育“真”問題解決、普適性、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、層次性、高階能力培養(yǎng)[3]等特征[6]，基于STEM理念的學(xué)科教學(xué)多以“問題解決”展開，問題鏈的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。

此模式教學(xué)環(huán)節(jié)可分為創(chuàng)設(shè)情境、發(fā)現(xiàn)問題，分析問題、整體規(guī)劃，問題驅(qū)動(dòng)、工程設(shè)計(jì)，回顧問題、知識(shí)建構(gòu)四個(gè)環(huán)節(jié)。教師在對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)施、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的整體把握，以及對學(xué)生學(xué)情有深入了解的基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，提出核心問題。核心問題的獲取是問題鏈設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。然而核心問題宏觀且開放，要落實(shí)到具體教學(xué)實(shí)踐中，不易操作，所以要在分析的基礎(chǔ)上，將其分解為相互關(guān)聯(lián)、不斷遞進(jìn)并激發(fā)學(xué)生思維能力的基礎(chǔ)問題、提高問題、拓展問題，再對每部分問題進(jìn)行進(jìn)一步分解，形成多個(gè)問題鏈，幫助學(xué)生更好地解決問題。

問題鏈的背后就是整個(gè)教學(xué)過程，最后要對解決問題的過程和方法進(jìn)行回顧總結(jié)，形成完整的知識(shí)體系?；赟TEM理念的“問題鏈”教學(xué)實(shí)踐模型如圖1所示。

3 ?STEM理念下問題鏈教學(xué)模式實(shí)踐案例

“編輯引導(dǎo)層做多段動(dòng)畫”選自泰山出版社初中信息技術(shù)第4冊第3單元微項(xiàng)目2的活動(dòng)2，本活動(dòng)旨在讓學(xué)生通過設(shè)計(jì)多段路徑動(dòng)畫體會(huì)多條引導(dǎo)線的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。核心問題是如何在同一層中做多段運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫。

設(shè)計(jì)探究活動(dòng)二：繪制合適的引導(dǎo)線，使火炬先從頤和園出發(fā)沿左側(cè)綠線到奧森（用時(shí)10秒鐘），在奧森停留5秒鐘后，沿右側(cè)綠色線路以越來越快的速度傳遞到大運(yùn)河森林公園，如圖2所示。

該案例設(shè)計(jì)的跨學(xué)科知識(shí)包括數(shù)學(xué)、技術(shù)、物理、工程等。具體如下。

數(shù)學(xué)（M）：路程問題，速度×?xí)r間=路程，類推出動(dòng)畫中幀和幀頻的關(guān)系，幀頻×?xí)r間=幀數(shù)，精準(zhǔn)的計(jì)算，嚴(yán)密的推理。極限思想的遷移與運(yùn)用。

技術(shù)（T）：引導(dǎo)線動(dòng)畫的原理、引導(dǎo)線繪制的要點(diǎn)。

工程（E）：從發(fā)現(xiàn)問題、界定問題、分析問題、解決問題中發(fā)現(xiàn)的新問題，再次界定問題，制定新的解決方案……直到問題徹底解決，體現(xiàn)STEM教育理念中的工程設(shè)計(jì)循環(huán)。

物理：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的界定，有靜止、勻速運(yùn)動(dòng)、加速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)，也有直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)等多種狀態(tài)。

3.1 ?創(chuàng)設(shè)情境，發(fā)現(xiàn)問題

以解決現(xiàn)實(shí)生活中的“真”問題來創(chuàng)設(shè)情境，是學(xué)科課堂中滲透STEM理念的有效路徑。在實(shí)際教學(xué)中，教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容給學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)去思考和探索，以此培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，改變傳統(tǒng)教學(xué)中過于注重知識(shí)傳授，過于強(qiáng)調(diào)接受式學(xué)習(xí)、模仿訓(xùn)練的現(xiàn)狀。

教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引發(fā)學(xué)生思考，在思考的過程中，學(xué)生通過對舊知識(shí)、舊經(jīng)驗(yàn)的提取和歸納，自然而然發(fā)現(xiàn)本節(jié)課的核心問題。

例如，在“編輯引導(dǎo)層做多段動(dòng)畫”這節(jié)課中，教師創(chuàng)設(shè)的情境如下：如何實(shí)現(xiàn)奧運(yùn)火炬先從頤和園出發(fā)沿左側(cè)綠線到奧森（用時(shí)10秒鐘），在奧森停留5秒鐘后，沿右側(cè)綠色線路以越來越快的速度繼續(xù)傳遞到大運(yùn)河森林公園？教師提出核心問題：如何制作多段引導(dǎo)線動(dòng)畫？

問題情境的創(chuàng)設(shè)，打破學(xué)科界限，學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)被激活，思考如何制作多段引導(dǎo)線動(dòng)畫?；赟TEM理念的學(xué)科教學(xué)可以幫助學(xué)生理解學(xué)科間的緊密聯(lián)系，將碎片知識(shí)系統(tǒng)化，通過理論與實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生掌握知識(shí)的本質(zhì)。

3.2 ?分析問題，整體規(guī)劃

鑒于問題的復(fù)雜性，教師引領(lǐng)學(xué)生對問題進(jìn)行分析和分解，厘清解決問題的思路。

【問題1】通過整體分析，這個(gè)引導(dǎo)線動(dòng)畫有幾種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？

【問題2】這幾種狀態(tài)可以用一段動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)嗎？

通過問題指引，讓學(xué)生對數(shù)學(xué)中的基本概念和知識(shí)進(jìn)行重新梳理，使問題更加具體、真實(shí)，思考更加全面、深刻。

3.3 ?問題驅(qū)動(dòng)，工程設(shè)計(jì)

核心問題宏觀且開放，不容易實(shí)現(xiàn)，需要在具體的教學(xué)過程中，對核心問題進(jìn)行拆分，分解成一組有中心、有序列、系統(tǒng)性、既相對獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的子問題組成的問題鏈[2]。這種問題鏈的教學(xué)模式符合維果斯基提出的最近發(fā)展區(qū)理論，以學(xué)生原有的知識(shí)儲(chǔ)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)問題，結(jié)合最近發(fā)展區(qū)理論設(shè)置提高問題和拓展問題，讓學(xué)生跳一跳能夠得著，鍛煉學(xué)生的發(fā)散思維能力，培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、利用跨學(xué)科知識(shí)解決問題的能力，使學(xué)生的工程設(shè)計(jì)思維能力得到提升，注重學(xué)生作為課堂主體的真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

例如，本節(jié)課中引導(dǎo)學(xué)生對核心問題“如何制作多段引導(dǎo)線動(dòng)畫”進(jìn)行分解，分解為基礎(chǔ)問題“如何制作一段引導(dǎo)線動(dòng)畫”、提高問題“如何實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的銜接”、拓展問題“如何在一個(gè)引導(dǎo)層中繪制多段引導(dǎo)線”，并分別設(shè)置三個(gè)問題的問題鏈，一個(gè)個(gè)問題一問接一問、一環(huán)套一環(huán)，環(huán)環(huán)相扣，這樣的問題設(shè)計(jì)，也是學(xué)生解決問題的過程體現(xiàn)。具體問題鏈如下。

3.3.1 ?基礎(chǔ)問題

如何制作一段引導(dǎo)線動(dòng)畫？

【問題3】第一種狀態(tài)中的“用時(shí)10秒鐘”，有這個(gè)時(shí)間的限制，我們需要關(guān)注動(dòng)畫設(shè)計(jì)界面中的什么信息？

學(xué)生關(guān)注到了具體的時(shí)間限制，有時(shí)間，密切相關(guān)的信息肯定是動(dòng)畫的現(xiàn)有幀頻信息。學(xué)生把注意力集中到了幀頻上。

【問題4】怎樣得到這段動(dòng)畫的幀數(shù)？

有了幀頻和時(shí)間，教師引入數(shù)學(xué)中的路程問題，幫助學(xué)生理解計(jì)算幀數(shù)的公式。

教師通過逐步引導(dǎo)、層層設(shè)問，讓學(xué)生慢慢接近問題的核心，完成由生活中的現(xiàn)象到計(jì)算機(jī)能夠處理的問題模型的轉(zhuǎn)變，感受重復(fù)循環(huán)化繁為簡的魅力。讓學(xué)生在自主探究中解決問題，在“嘗試—驗(yàn)證—糾錯(cuò)—調(diào)整—再嘗試”這樣的循環(huán)過程中培養(yǎng)計(jì)算思維。

3.3.2 ?提高問題

如何實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的銜接？

【問題5】“停留5秒鐘”如何理解？火炬手動(dòng)了嗎？時(shí)間軸有時(shí)間的推移嗎？時(shí)間軸經(jīng)過了多

少幀？

學(xué)生確定好了第一段的動(dòng)畫后，怎么實(shí)現(xiàn)兩端動(dòng)畫或者多段動(dòng)畫的銜接呢，想到了“關(guān)鍵幀”的作用。“時(shí)間5秒”又用到了“基礎(chǔ)問題”中的計(jì)算幀數(shù)的知識(shí)?！巴Ａ簟奔催\(yùn)動(dòng)對象沒有位置的變化，為了實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的銜接，只需要“關(guān)鍵幀”就可以了，不需要做任何的動(dòng)畫形式。

3.3.3 ?拓展問題

如何在一個(gè)引導(dǎo)層中繪制多段引導(dǎo)線？

【問題6】“越來越快”跟什么的值有關(guān)？這個(gè)值是怎樣界定的？如果我們?nèi)菀谆煜?，怎樣以最快的方法?yàn)證一下呢？

從“越來越快”聯(lián)想到物理中的加速運(yùn)動(dòng)，在動(dòng)畫中只需要修改一個(gè)屬性值就可以，當(dāng)時(shí)學(xué)生容易把數(shù)值的正負(fù)跟加速還是減速直接的對應(yīng)關(guān)系記憶混淆了。如何引導(dǎo)學(xué)生在忘記的時(shí)候以最快的速度確定出正確的對應(yīng)關(guān)系呢？這個(gè)地方用到數(shù)學(xué)中的極限思想。學(xué)生都知道“加速”還是“減速”跟屬性中的“緩動(dòng)值”有關(guān)，“緩動(dòng)值”的范圍是100到-100，那么我們可以教學(xué)生利用極限思想，假設(shè)將“緩動(dòng)值”設(shè)置為最大的100時(shí)，播放動(dòng)畫查看運(yùn)動(dòng)的速度變化就可以很快地確定正確答案。

【問題7】剛才我們分析的是火炬手的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，他是被引導(dǎo)層，那么引導(dǎo)層中的引導(dǎo)線如何設(shè)

計(jì)呢？

學(xué)生們在設(shè)計(jì)好被引導(dǎo)層之后，引導(dǎo)層如何操作呢，如何實(shí)現(xiàn)3段運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢？常規(guī)的思維是對照被引導(dǎo)層在相應(yīng)的幀位置“插入關(guān)鍵幀”，在每兩個(gè)關(guān)鍵幀之間繪制不同的引導(dǎo)線，再對實(shí)例進(jìn)行吸附操作就可以正確地完成引導(dǎo)線動(dòng)畫。

3.3.4 ?自由創(chuàng)作、展示交流

在設(shè)計(jì)之前，教師明確評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：

1）引導(dǎo)線繪制符合要求；

2）能夠正確實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫形式；

3）能夠流利地講解出自己的思路和設(shè)計(jì)步驟。

學(xué)生完成設(shè)計(jì)后，依據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)先進(jìn)行自評(píng)，播放動(dòng)畫看實(shí)現(xiàn)了要求的效果嗎。再同桌之間互相檢查每段動(dòng)畫的時(shí)間是否正確。

在交流的過程中，有的學(xué)生別出心裁，還可以用一條連續(xù)的引導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)實(shí)例的3種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

通過展示交流，引導(dǎo)學(xué)生不僅要學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)自我，還要學(xué)會(huì)欣賞別人，有發(fā)現(xiàn)美、欣賞美的眼睛，最大限度地調(diào)動(dòng)其創(chuàng)作的積極性，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)自信心。

3.3.5 ?拓展提升

【問題8】生活中可以用引導(dǎo)線動(dòng)畫來實(shí)現(xiàn)的例子有哪些？

教師播放自己課前制作好的引導(dǎo)線動(dòng)畫的小視頻，大到天體的運(yùn)動(dòng)，小到走迷宮游戲、蝴蝶的飛舞、樹葉的飄落，等等，都可以用引導(dǎo)線動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)了學(xué)生對動(dòng)畫形式的理解，發(fā)散了學(xué)生的思維。

3.4 ?回顧問題，知識(shí)建構(gòu)

教師利用思維導(dǎo)圖幫助學(xué)生回顧問題，梳理本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)。通過制作引導(dǎo)線動(dòng)畫，教導(dǎo)學(xué)生要做生活的有心人，感受生活之美，激發(fā)對生活的熱愛之情。同時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行問題分析、工程設(shè)計(jì)、科學(xué)思維、數(shù)學(xué)推理，豐富了課程內(nèi)涵，體現(xiàn)了動(dòng)畫編程的魅力，更體現(xiàn)了STEM理念的多學(xué)科融合。在問題驅(qū)動(dòng)下，引導(dǎo)學(xué)生自主、合作、探究學(xué)習(xí)，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)作用。

4 ?STEM理念指導(dǎo)下信息科技問題鏈教學(xué)模式

的優(yōu)勢

1）具有趣味性特征的STEM教育和以學(xué)生個(gè)人經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的問題鏈的設(shè)計(jì)，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，讓學(xué)生積極主動(dòng)地探究一個(gè)個(gè)趣味性的問題，能夠把問題中的實(shí)際情境轉(zhuǎn)化為解決問題。

2）學(xué)生在基于STEM教育理念的信息科技問題鏈教學(xué)模式下，能夠積極主動(dòng)地運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)把核心問題分解成一個(gè)個(gè)子問題，通過對子問題的層層剝離來解決核心問題，培養(yǎng)學(xué)生利用信息科技對跨學(xué)科知識(shí)進(jìn)行整合的能力，提高了學(xué)生分析問題解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維。

3）基于STEM教育協(xié)作性的特征和問題鏈設(shè)計(jì)的梯度性，在課堂上，教師以“組內(nèi)異質(zhì)，組間同質(zhì)”的原則劃分小組，保證小組之間的學(xué)習(xí)水平相當(dāng)，小組內(nèi)成員之間可以互幫互助，提高了學(xué)生的交流技巧和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。完整的問題鏈教學(xué)過程，啟發(fā)學(xué)生思維，幫助學(xué)生形成完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，幫助教師和學(xué)生把握教與學(xué)的深度和廣度。

5 ?結(jié)束語

基于STEM理念的信息科技問題鏈教學(xué)模式，能以現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)問題和真實(shí)情境，以問題鏈引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生積極主動(dòng)地深入剖析問題所涉及的相關(guān)學(xué)科知識(shí)去探究解決問題的方法。通過問題的引導(dǎo)，學(xué)生在分析問題、解決問題的過程中，不僅加深了對問題的理解，還鞏固了對學(xué)科知識(shí)的理解。

在教學(xué)過程中，教師不再受到單一學(xué)科知識(shí)的束縛，將各門學(xué)科知識(shí)有機(jī)融合起來，引導(dǎo)學(xué)生在輕松愉快的學(xué)習(xí)環(huán)境中，利用發(fā)散思維分析分解問題、思考問題，從而解決問題，提高了學(xué)生的邏輯思維能力、交流合作能力和利用跨學(xué)科知識(shí)解決問題的能力，發(fā)展了學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能，為培養(yǎng)具有STEM素養(yǎng)的學(xué)生指明了方向。

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