王蕾

教學(xué)現(xiàn)場

近期的學(xué)科研訓(xùn)活動中，以STEM項目與信息技術(shù)學(xué)科的整合為主題的活動較多。在眾多的活動中，有的公開課雖然主題明確，但是缺乏明晰的STEM項目的融合印記，更多時候仍然是信息技術(shù)課為主導(dǎo)的課堂。

問題分析

作為一門綜合性的課程，STEM項目最初以獨(dú)立的教學(xué)形態(tài)出現(xiàn)。隨著課程的發(fā)展，它與信息技術(shù)等其他學(xué)科進(jìn)行了有效的融合。其中在信息技術(shù)課中融入STEM項目，需要對原有的信息技術(shù)課程結(jié)構(gòu)和組織類型進(jìn)行改良，以推動學(xué)科的深層發(fā)展。

● STEM項目概念解析

STEM教育是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineer）和數(shù)學(xué)（Mathematics）教育的簡稱，它是1980年美國為提升國家競爭力和勞動力創(chuàng)新能力而提出的一項國家教育戰(zhàn)略，旨在打破學(xué)科領(lǐng)域邊界，培養(yǎng)學(xué)生的科技理工素養(yǎng)。目前，它已成為國內(nèi)外教育界關(guān)注復(fù)合型創(chuàng)新性人才培養(yǎng)、勞動力水平提升的熱點(diǎn)課題。從STEM到STEAM（增添藝術(shù)領(lǐng)域），再到STEMx（增添更多項學(xué)科領(lǐng)域），STEM教育的內(nèi)涵和外延越來越豐富，囊括了藝術(shù)、體育、人文、計算機(jī)科學(xué)、調(diào)查研究、創(chuàng)造與革新、全球溝通協(xié)作等21世紀(jì)所需的知識與技能，發(fā)展為包容性更強(qiáng)的跨學(xué)科綜合素養(yǎng)教育。[1]

課程化環(huán)境下的STEM，旨在將原本分散的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門課程集合成一個新的整體。這一集合，不是課程的簡單組合，而是把學(xué)生學(xué)習(xí)到的零碎知識與機(jī)械工程轉(zhuǎn)變成一個探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在“雜亂無章”的學(xué)習(xí)情境中提升設(shè)計能力、合作能力、問題解決能力和實踐創(chuàng)新能力。[2]

● 信息技術(shù)教學(xué)中有關(guān)STEM項目的融合方式?

我國信息技術(shù)學(xué)科中有類似STEM教育的內(nèi)容，但是，當(dāng)前的信息技術(shù)課程與STEM教育至少有三個方面存在差異：一是，信息技術(shù)屬于分科課程，更多體現(xiàn)學(xué)科本位，而非STEM提倡的跨學(xué)科的整合課程;二是，信息技術(shù)教學(xué)中缺少工程教育的建制;三是，技術(shù)類課程自身的教育價值并沒有得到應(yīng)有的重視。因此，在既有課程框架下開拓STEM教育需要深入思考。[3]

信息技術(shù)中融入STEM需要從課程內(nèi)容、教學(xué)組織形式、課堂評價方式等角度對信息技術(shù)課程進(jìn)行針對性的改造，以信息技術(shù)課為平臺，采用具有STEM項目特征的形式進(jìn)行課程改革，使其突出跨學(xué)科、整合性、創(chuàng)新性的特點(diǎn)，最終服務(wù)于學(xué)生。

● 基于STEM項目的信息技術(shù)教學(xué)設(shè)計

1.教學(xué)目標(biāo)：從技能性目標(biāo)到應(yīng)用性任務(wù)的變革

信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)目標(biāo)包括知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個維度，其中知識與技能作為學(xué)科的重要目標(biāo)之一，指向課程的技能目標(biāo)，要求教學(xué)達(dá)成活動。在STEM項目中，應(yīng)做這樣的定位：技能目標(biāo)淡化為暗線，任務(wù)應(yīng)用成為明線，明線推動教學(xué)進(jìn)程，暗線保障任務(wù)達(dá)成，兩者在融合過程中，實現(xiàn)教學(xué)效能。

（1）原設(shè)計

《機(jī)靈的小老鼠》屬于信息技術(shù)趣味編程模塊，內(nèi)容涉及Scratch程序編寫、光線（聲音）傳感器硬件介入等，而圍繞此課展開的教學(xué)設(shè)計較多。根據(jù)積累的教學(xué)設(shè)計來看，大多以光線（聲音）傳感器的技能介紹和程序編寫為主。常見的設(shè)計流程一般如下：

通過話筒（光感設(shè)備）的實例引入光線（聲音）傳感器的概念→講述光線（聲音）傳感器的概念;

介紹傳感器相應(yīng)的程序模塊→教師演示基本模塊的搭建過程→學(xué)生模仿教師的程序，編寫程序;

按照具體的項目要求進(jìn)行活動→教師輔導(dǎo)評議。

以上過程注重技能的達(dá)成，以認(rèn)識光線（聲音）傳感器的器件為知識目標(biāo)，以達(dá)成對象運(yùn)動為技能目標(biāo)。在該設(shè)計的教學(xué)中，學(xué)生能夠達(dá)成基本的教學(xué)目標(biāo)，但是教師主導(dǎo)中的技能要求突出，學(xué)生作品往往缺乏創(chuàng)新意蘊(yùn);學(xué)生能夠使用光線（聲音）傳感器，但是由于缺乏意義學(xué)習(xí)過程，遷移能力未能有效達(dá)成。

（2）思考焦點(diǎn)

以上的設(shè)計中，技術(shù)主線明顯，教學(xué)中注重對光線（聲音）傳感器的概念認(rèn)知，將光線（聲音）傳感器為外設(shè)控制的程序模塊作為教學(xué)重點(diǎn)，關(guān)注搭建的達(dá)成率。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，雖然了解了光線（聲音）傳感器的技術(shù)原理和控制模塊，但是缺乏對傳感器應(yīng)用實例的感性認(rèn)識。這樣的教學(xué)過程以技能為主旨，并未能提供完整的應(yīng)用練習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)過程單一，對概念的理解片面，以至于無法形成正確的知識遷移。

（3）改進(jìn)型設(shè)計

南京市鼓樓區(qū)教學(xué)現(xiàn)場會上，筆者執(zhí)教了一節(jié)基于STEM項目的《機(jī)靈的小老鼠》公開課，該課的教學(xué)流程如下：

導(dǎo)入：公園里有一只可愛的小老鼠，每天晝伏夜出，撿食公園里的糖果。但是探出頭來觀察時若時間不對則有危險，因為一只巡邏的汪星人總是虎視眈眈地盯著它，怎樣才能安全地出洞覓食呢？

問題提出：

判斷時間1→如果天亮著→老鼠待在洞里;

判斷時間2→如果天黑了→老鼠外出覓食;

判斷時間3→如果天快黑→老鼠做好準(zhǔn)備。

問題思考：如何能解決以上問題？

解決思路1：時間→光線→光值→光線傳感器;

解決思路2：聲音→聲感→音量→聲音傳感器。

解決方式：

路徑過程1：檢測環(huán)境數(shù)值（光值或者音量）。

路徑過程2：記錄數(shù)據(jù)，分析適宜的閾值。

路徑過程3：設(shè)置相應(yīng)的變量，用以記錄每個時間段的數(shù)值。

路徑過程4：程序判斷→當(dāng)某種情況下，老鼠應(yīng)該如何動作。

路徑過程5：實驗調(diào)試→根據(jù)具體情況進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整。

活動反思：

解決問題所用的傳感器：○光線傳感器，○聲音傳感器，○光線和聲音傳感器。

解決問題所用的程序模塊：（ ? ? ）。

實施效果：（ ? ? ? ?）。

反思總結(jié)：（ ? ? ? ?）。

教學(xué)評析：在本課的設(shè)計中，任務(wù)主線代替技術(shù)主線成為教學(xué)的核心，通過一系列的應(yīng)用實例，讓學(xué)生客觀體驗到光線（聲音）傳感器是如何對編程軟件進(jìn)行控制的，利用外設(shè)可以對軟件中的虛擬對象產(chǎn)生哪些影響。這些任務(wù)來源于生活實際，符合學(xué)生的個人經(jīng)驗。通過項目化的應(yīng)用，為教學(xué)過程建立起良好的教學(xué)環(huán)境，提升學(xué)生的認(rèn)識深度。在實際教學(xué)中，該課收到了良好的課堂反饋，學(xué)生創(chuàng)作了大量的個性化作品，達(dá)到了行為與創(chuàng)新的教學(xué)目標(biāo)。

2.學(xué)習(xí)過程：從線性學(xué)習(xí)到非線性選擇的轉(zhuǎn)變

經(jīng)過十多年的教學(xué)歷程，信息技術(shù)課的某些經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)在一定程度上形成了較為固定的教學(xué)結(jié)構(gòu)。例如，WPS文字單元的學(xué)習(xí)，一般都是以作品進(jìn)行最終的表達(dá)。但實際上，由于中小學(xué)的計算機(jī)教室多為公共機(jī)房，學(xué)生無法安全地存儲自己的作品，導(dǎo)致2～3課時內(nèi)常常無法完成既定的教學(xué)任務(wù)。因此主題活動常常浮于形式，難以落實。在基于STEM項目的信息技術(shù)教學(xué)中，非線性的結(jié)構(gòu)更加符合教學(xué)的需要，由學(xué)生來對自身的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行選擇和組織，找到適宜的學(xué)習(xí)時間點(diǎn)。

（1）原設(shè)計

在《WPS文字-主題制作》一課中，常見的安排為經(jīng)過2～3課時，最終完成一個完整的作品。理想狀態(tài)下，學(xué)生依據(jù)“主題選擇→收集素材→整理素材→加工處理→制作完成”的流程，在2～3節(jié)課中制作完整的作品。但由于客觀條件的限制，如課時有限，或文件丟失無法接力制作，最終導(dǎo)致教學(xué)往往有頭無尾。

（2）思考焦點(diǎn)

教學(xué)硬件環(huán)境是無法在短期內(nèi)改變的，但是出現(xiàn)以上的情況，不僅有硬件環(huán)境的限制，還有教師對教材的二次加工未能因地制宜的原因。教參建議課時可以根據(jù)教學(xué)實情進(jìn)行相應(yīng)的修改，教學(xué)主題可以根據(jù)學(xué)情進(jìn)行針對性的加工，從而保證教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。

（3）改進(jìn)型設(shè)計

基于STEM項目的教學(xué)過程，可以對以上綜合性較強(qiáng)的主題活動進(jìn)行改良型設(shè)計。將學(xué)習(xí)活動的思路進(jìn)行調(diào)整，由學(xué)生來主動選擇適合自己的學(xué)習(xí)內(nèi)容，建立非線性的教學(xué)結(jié)構(gòu)。

《WPS文字-主題制作》教學(xué)設(shè)計可以由二次線性任務(wù)與一次開放任務(wù)組成：

任務(wù)一為“我能秀”，教授如何在“WPS文字”中加入帶有邊框的個性圖片。

任務(wù)二為“任我秀”，讓學(xué)生通過已經(jīng)經(jīng)過部分加工處理的素材支架進(jìn)行個性化的選擇，通過加入具有個性化邊框的小報，讓學(xué)生能夠自我選擇，找到自己心儀的版面類型，完成創(chuàng)作的第二階段。

任務(wù)三為“精彩秀”，教師分別出示：①帶有背景的海報;②帶有“形狀”裝飾的海報;③帶有更多文字內(nèi)容的海報;④帶有更多圖形組合的海報。

學(xué)生提出自我的規(guī)劃：我打算如何改進(jìn)我的海報（如下圖）。

學(xué)生根據(jù)自己的喜好，選擇個性化的方式完成自己的作品。

教學(xué)評析：在本課的教學(xué)中，采用了線性的知識學(xué)習(xí)與非線性的作業(yè)選擇的教學(xué)設(shè)計結(jié)構(gòu)，既給予學(xué)生充足技能認(rèn)知過程，又采用具有自我選擇性的作業(yè)個性化選擇形式，讓學(xué)生根據(jù)自身的情況選擇適宜的作品呈現(xiàn)方式。此類型的設(shè)計，既能滿足學(xué)優(yōu)生對綜合修改作品的需求，也能讓尚不具備過高表現(xiàn)技巧、缺乏必要后備練習(xí)時間的學(xué)生有完整表達(dá)自身需要的機(jī)會。從實際上課效果來看，達(dá)成率近乎100%，且作品呈現(xiàn)出豐富的層次性。

3.課堂形式：從組織形式的單課型到主題的系統(tǒng)性

傳統(tǒng)的信息技術(shù)課中，評價的方式多以總結(jié)性評價為主，通常通過一個作品來涵蓋本課的教學(xué)內(nèi)容?；赟TEM的教學(xué)設(shè)計，強(qiáng)調(diào)依托項目自身的需要，將學(xué)生創(chuàng)作中所涉及的各方面能力進(jìn)行綜合性的培養(yǎng)，如對作品構(gòu)建的流程設(shè)計、程序編寫、算法分析等，通過整體性的教學(xué)設(shè)計，提升學(xué)生符合其自身發(fā)展需要的綜合素養(yǎng)。

（1）原設(shè)計

《WPS演示的動作路徑》是信息技術(shù)的傳統(tǒng)課例，常見的教學(xué)模式是教師通過實例展示動作路徑的適用場合→引入動作路徑的概念→出示動作路徑的圖例→講解概念→示范技能操作過程→學(xué)生模仿操作→完成教師布置的教學(xué)任務(wù)。

以上教學(xué)過程中，技能目標(biāo)達(dá)成率較高，學(xué)生可以在本節(jié)課中完成既定的技能任務(wù)，但是問題也顯而易見：學(xué)生的作品表達(dá)形式單一，有的學(xué)生為了實驗動作路徑的操作過程，將原本不應(yīng)該動的對象也“被動”了起來;有時動作的對象，出現(xiàn)不符合其自身正確規(guī)律的“亂動”;有時對象動作的順序顛倒，發(fā)生“躁動”情況。因此在此課中，常能發(fā)現(xiàn)動作目的和動作意義分離的情況。

（2）思考焦點(diǎn)

造成動作目的和動作意義分離的原因在于，學(xué)生對知識點(diǎn)的理解片面，僅僅限于技術(shù)層面的掌握，缺乏真正符合知識點(diǎn)本身的應(yīng)用意義的認(rèn)知。因此會出現(xiàn)技能操作為主，設(shè)計欠缺，為技術(shù)所累的尷尬情況。具體到本課，WPS演示的動作路徑的技能目標(biāo)達(dá)成，但其過程與方法的教學(xué)目標(biāo)未能與任務(wù)本身的意義有機(jī)結(jié)合，因此出現(xiàn)上述的情況。

（3）改進(jìn)型設(shè)計

STEM視野下的信息技術(shù)教學(xué)，將學(xué)習(xí)任務(wù)所蘊(yùn)含的各類相關(guān)知識進(jìn)行有效的統(tǒng)整。在一節(jié)課的容量中，為學(xué)生構(gòu)建更為全面的知識體系。在本課的設(shè)計中，落實為以下的過程：

主題：新龜兔賽跑-動作路徑。

主線1：第一場比賽-草地奔跑。兔子吸取上次比賽遇到大樹就偷懶的教訓(xùn)，約定和烏龜在廣闊的草地上進(jìn)行比賽。（草地上，兔子可以設(shè)計自己的最佳路徑，烏龜可以找到各種提升速度的媒介，結(jié)局開放。）

主線2：第二場比賽-水中競技。烏龜覺得總是由兔子來選擇場地不公平，于是提出在水中進(jìn)行第二輪比賽。（在水中，烏龜可以采用自由路徑的方式游動，兔子要借助小船來比賽，根據(jù)水中的行進(jìn)情況迂回前進(jìn)，應(yīng)用一定的圖形化的方式來運(yùn)動。）

主線3：第三場比賽-迷宮競賽。烏龜和兔子經(jīng)過兩輪比賽，不分勝負(fù)，開始進(jìn)入障礙賽階段，賽場中設(shè)置了大樹、巖石、危險品等多種障礙物，兔子和烏龜需要借助最為合理的方式以最佳解決路徑問題、順利完成任務(wù)者為勝。（此階段中，學(xué)生要對場地進(jìn)行算法分析，理出最短的動作時間。場地中的客觀環(huán)境，需要學(xué)生將動作的合理性進(jìn)行分析，找出最快的動作方式。）

教學(xué)評析：本課的教學(xué)將數(shù)學(xué)、工程學(xué)和信息技術(shù)算法進(jìn)行了融合，幫助學(xué)生在符合科學(xué)性的前提下完成作品，在教學(xué)過程中，學(xué)生帶有明晰的學(xué)科主線，自始至終能夠進(jìn)行意義學(xué)習(xí)。在實際教學(xué)中，這樣的教學(xué)設(shè)計過程收到了良好的教學(xué)效果。

● 融合的關(guān)注點(diǎn)

STEM項目與信息技術(shù)課的融合中，綜合性和主題性的要求凸顯，課程更加關(guān)注對于生活實際問題的求解能力。在教學(xué)過程中，需要積極吸取STEM項目中適宜的元素，為信息技術(shù)課增添更為豐富的層次和設(shè)計元素，推動學(xué)科的深層發(fā)展。在融合過程中，要關(guān)注以下問題：

首先，自然融合。信息技術(shù)學(xué)科與STEM項目融合的過程中，汲取項目中有益的結(jié)構(gòu)方式和組織形式，將多學(xué)科的知識借助適宜的主題進(jìn)行融合。這個過程是依照主題的要求進(jìn)行組織的，適宜的主題需要尋找適合的學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行整合，而不能生拉硬拽，將無關(guān)知識硬性介入課程中。

其次，貫通融合。在融合的過程中，信息技術(shù)的技能目標(biāo)與STEM項目的綜合目標(biāo)之間有著異曲同工的妙處。在教學(xué)過程中，兼顧信息技術(shù)的技能性和STEM項目的多維度性，最大程度地將兩者通過良好的任務(wù)方式進(jìn)行整合，以尋求教學(xué)效益的最大化。

最后，有機(jī)融合。信息技術(shù)學(xué)科與STEM項目的融合中，采用何種形式進(jìn)行融合需要仔細(xì)斟酌：任務(wù)主線性融合、區(qū)塊鏈型融合、底層知識鏈融合、項目推進(jìn)型融合等，都有其具體適用的內(nèi)容和場合。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)依據(jù)學(xué)情，采取最佳融合方式，保障教學(xué)效能。