李巍　王娟　丁瑞鎖　鄭浩

[摘 要]在人工智能時代，STEM教育作為培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型人才的重要途徑，重要性日益凸顯。目前，部分高校在開設(shè)STEM課程過程中存在課程保障不完善、師資力量不足、課程體系不健全等不足，文章首先分析了人工智能時代教育技術(shù)學(xué)專業(yè)開設(shè)STEM課程的必要性，其次分析STEM課程開展的現(xiàn)狀和存在的問題，最后構(gòu)建了高校教育技術(shù)學(xué)專業(yè)STEM課程體系，即人工智能、科學(xué)實驗、結(jié)構(gòu)創(chuàng)意、藝術(shù)創(chuàng)作、工程設(shè)計、邏輯程序六大類課程模塊，以幫助高校解決STEM課程存在的問題，培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才。

[關(guān)鍵詞]人工智能;STEM課程;體系構(gòu)建

[中圖分類號]G434 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1008-7656（2020）06-0045-04

當(dāng)今的信息科技革命從互聯(lián)網(wǎng)時代、大數(shù)據(jù)時代逐步進(jìn)入人工智能時代。人工智能（AI）通過打造智能化、數(shù)字化、個性化、終身化學(xué)習(xí)的教育體系，實現(xiàn)信息時代教育治理的新模式。隨著教育信息化2.0時代的到來，科技和人才創(chuàng)新越來越重要，STEM教育越來越熱，全國各地高校的STEM教育都在如火如荼地開展[1]。2018年，教育部印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》，提出聚焦新時代對人才培養(yǎng)的新需求，強化以能力為先的人才培養(yǎng)理念，將教育信息化作為教育系統(tǒng)性變革的內(nèi)生變量，支撐引領(lǐng)教育現(xiàn)代化發(fā)展，推動教育理念更新、模式變革、體系重構(gòu)，使我國教育信息化發(fā)展水平走在世界前列，發(fā)揮全球引領(lǐng)作用，為國際教育信息化發(fā)展提供中國智慧和中國方案[1]。國家對科技人才的關(guān)注與需求，STEM教育作為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑之一，開展STEM教育是必須的。

STEM是集科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）與數(shù)學(xué)（Mathematics）首字母的簡稱[2]?；赟TEM教育對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的深遠(yuǎn)影響，全國各地高校都在開展STEM課程，尤其是師范類院校。但是，STEM課程如何開展，以何種形式開展都是教育工作者值得深思的問題，如今，大部分師范類院校沒有專門開展STEM課程，即使部分師范類院校開展了STEM課程，但是并沒有完整的課程體系。文章結(jié)合教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的特點以及STEM教育的特點，探討教育技術(shù)學(xué)專業(yè)STEM課程體系建構(gòu)。

一、人工智能時代教育技術(shù)學(xué)專業(yè)STEM課程開發(fā)的必要性

STEM課程是一門理論與實踐相結(jié)合的課程，教學(xué)方式多樣，如基于設(shè)計的教學(xué)、項目式教學(xué)等。在進(jìn)行STEM課程學(xué)習(xí)的過程中，不僅豐富了學(xué)習(xí)者的學(xué)識，還鍛煉了學(xué)習(xí)者的動手能力，在動手實踐的過程中可以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者以下三方面的能力。

（一）解決問題的能力

信息時代的來臨，科學(xué)與技術(shù)迅猛發(fā)展?？茖W(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科，簡稱為STEM，被認(rèn)為是實現(xiàn)科技創(chuàng)新和人才創(chuàng)新的理論基礎(chǔ)與實踐手段[3]。STEM教育不是四門學(xué)科知識的簡單結(jié)合，它們是密切聯(lián)系、相互影響的關(guān)系。高校STEM課程設(shè)計大多數(shù)以項目式學(xué)習(xí)為核心，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了真實情景，進(jìn)行STEM課程時，學(xué)生可以運用跨學(xué)科知識來完成教師布置的STEM項目任務(wù)，在這個過程中，學(xué)生擁有產(chǎn)生深度學(xué)習(xí)的機會，可以培養(yǎng)他們的問題解決能力，在一定程度上，還可以培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。

（二）創(chuàng)新創(chuàng)造的能力

人工智能作為引領(lǐng)未來的新興技術(shù)，正在影響著社會的方方面面，改變了人們的生產(chǎn)生活方式，同時也帶來了科學(xué)與技術(shù)的革命[4]。2017年，國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確指出，人工智能已成為國際競爭的新焦點，我國應(yīng)逐步開展全民智能教育項目[4]。STEM 教育是旨在培養(yǎng)創(chuàng)新人才的教育理論與實踐[5]。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，對學(xué)習(xí)資源進(jìn)行策略性設(shè)計、管理與實施，通過自己的努力最終得出創(chuàng)新成果，在此過程中培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

（三）合作學(xué)習(xí)、溝通交流的能力

在開展STEM 教育時，有時候?qū)W習(xí)任務(wù)是被模糊定義的，甚至是不明確的，這就需要采取一定的手段方式將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科相對分散的知識連接起來，比如項目式教學(xué)、問題式教學(xué)以及基于設(shè)計的教學(xué)[6]，采用上面提到的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生有了動手操作機會，但是隨著而來的是很大的工作量，學(xué)生很難獨立完成，小組合作在這時就會發(fā)揮很大的作用[7]。在小組合作的過程中，小組組員的溝通是很有必要的，它將決定合作學(xué)習(xí)的效率，甚至是最后的效果。學(xué)生在成果展示過程中，會向同伴展示自己的想法和作品的設(shè)計，有利于培養(yǎng)學(xué)生的溝通交流能力。

二、教育技術(shù)學(xué)專業(yè)STEM課程開展的現(xiàn)狀

目前，領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者多圍繞STEM課程建構(gòu)、空間建設(shè)、教師培養(yǎng)、教學(xué)評價、教學(xué)活動、資源聯(lián)合以及機器人教育等熱點展開探討，提出了圍繞創(chuàng)新型人才培養(yǎng)、工程設(shè)計與STEM課程開發(fā)等主題，高校作為培養(yǎng)人才的聚集地，需要大力開展STEM教育。筆者對教育技術(shù)學(xué)專業(yè)STEM課程開展情況進(jìn)行了分析，梳理出高校教育技術(shù)學(xué)專業(yè)開展STEM課程中遇到的問題。

（一）課程主題吸引力不強

STEM課程大多數(shù)是基于跨學(xué)科設(shè)計的多種主題進(jìn)行開展的，對跨學(xué)科設(shè)計的多種主題非常感興趣的學(xué)生相對較少。原因是幾個主題的關(guān)聯(lián)性較少，并且每個主題的內(nèi)容形式都不一樣，這就可能導(dǎo)致學(xué)生在前一個主題還沒有了解透徹就開始進(jìn)行下一個主題的學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)生對活動主題感興趣程度不高時，探索和學(xué)習(xí)欲望也不會太高，因此可以看出，多種主題的設(shè)計在課堂實踐中對提升學(xué)生的認(rèn)知能力、創(chuàng)新能力以及解決問題能力的效果不太好。

（二）課程內(nèi)容融合不夠充分

當(dāng)前，STEM課程類型大多是科技創(chuàng)造類課程，課程內(nèi)容與信息技術(shù)緊密相關(guān)，涉及到科學(xué)、數(shù)學(xué)與工程等學(xué)科知識很少，課程內(nèi)容較為單一。沒有真正理解STEM課程中各學(xué)科融合在發(fā)展學(xué)生綜合能力上所帶來的積極影響和促進(jìn)作用。窄化了對STEM課程的理解，不利于提升學(xué)生的信息素養(yǎng)和創(chuàng)新素養(yǎng)。這就與STEM課程是多學(xué)科相結(jié)合的課程主旨不相符。

（三）教學(xué)方式比較單一

在現(xiàn)實教學(xué)中，最常見的情況就是教師往往依據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗進(jìn)行STEM課程授課，這就會出現(xiàn)一個問題，那就是教學(xué)方式比較單一。STEM課程在開展過程中，部分教師沒有跟上時代的潮流、技術(shù)的發(fā)展，他們還是根據(jù)傳統(tǒng)的教學(xué)方式來開展教學(xué)。單一的教學(xué)方式，不利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的動手能力以及創(chuàng)造能力。

（四）課程評價方法不足

在進(jìn)行STEM課程教學(xué)時，教學(xué)評價環(huán)節(jié)十分重要。教學(xué)評價分為教師評價、學(xué)生互評以及學(xué)生自評，在學(xué)習(xí)STEM課程中，學(xué)生動手完成了教師布置的任務(wù)，甚至有的學(xué)生是超額完成，但是由于表達(dá)能力的限制，不能把自己的想法和創(chuàng)意很好地表達(dá)出來，教學(xué)評價環(huán)節(jié)就會發(fā)揮很大的作用。教師評價和學(xué)生評價很重要，他們可以從旁觀者的角度發(fā)表自己的觀點，學(xué)習(xí)者在這個環(huán)節(jié)可以知道自己的優(yōu)點與不足，并且進(jìn)行改進(jìn)。

三、教育技術(shù)學(xué)專業(yè)STEM課程體系建構(gòu)

高校教育技術(shù)學(xué)專業(yè)開展STEM課程，主要是以STEM思維方式轉(zhuǎn)變和思維能力提升為培養(yǎng)目標(biāo)，以激發(fā)探索興趣為出發(fā)點，通過系統(tǒng)、科學(xué)的課程內(nèi)容設(shè)計和課程體系建設(shè)，解決課程主題吸引力不強、課程內(nèi)容融合不夠充分、教學(xué)方式相對單一、課程評價方法不足等問題，進(jìn)而讓學(xué)生接受系統(tǒng)化、符合其認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的STEM教育。為此，筆者根據(jù)大學(xué)生的身心特點、認(rèn)知發(fā)展規(guī)律以及高校對STEM課程的要求，在高校課程中融入動手操作、合作探究、項目學(xué)習(xí)等多種教學(xué)方式，重點培養(yǎng)學(xué)生德智體美全面發(fā)展，建設(shè)人工智能類、邏輯程序類、藝術(shù)創(chuàng)作類、科學(xué)實驗類、結(jié)構(gòu)創(chuàng)意類、工程設(shè)計類等六大類課程。

（一）人工智能類課程

人工智能時代的來臨，給教育界帶來了深刻變革。隨著STEM課程和創(chuàng)客課程的廣泛開展，部分學(xué)校和一線教師嘗試在STEM和創(chuàng)客等跨學(xué)科課程中探索人工智能教育，例如教育機器人、智能識別系統(tǒng)等。這類課程要求學(xué)生首先要對編程有一定的了解，其次還需要將科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)等學(xué)科深度融合，從開始設(shè)計到作品完成，每一個過程都需要科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)等學(xué)科內(nèi)容的支持，這解決了傳統(tǒng)STEM課程中教學(xué)內(nèi)容融合不夠的問題。通過設(shè)計跨學(xué)科整合性、創(chuàng)新性、生活化的機器人案例，讓學(xué)生在親自設(shè)計的過程中體會設(shè)計的思想，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。選擇開放性的教學(xué)內(nèi)容，強調(diào)教學(xué)方法的多樣性，讓學(xué)生親自參與到具有創(chuàng)新性的活動中，增加活動趣味性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力以及解決問題的能力，豐富學(xué)生的想象力。

（二）科學(xué)實驗類課程

科學(xué)實驗類課程，例如污水凈化器、節(jié)能電燈等主題課程，該類課程主張使用項目化學(xué)習(xí)模式?？茖W(xué)實驗類課程大多數(shù)都以實踐操作為主，教師在課堂講授本節(jié)課的知識點后，學(xué)生就開始動手操作，教師講授與學(xué)生動手實踐相結(jié)合，解決了傳統(tǒng)課程中教學(xué)方式單一的問題。在完成教師布置的學(xué)習(xí)任務(wù)的過程中，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者科學(xué)探究能力、創(chuàng)新能力和觀察能力等。

（三）結(jié)構(gòu)創(chuàng)意類課程

結(jié)構(gòu)創(chuàng)意類課程，例如樂高、3D打印類課程、激光切割創(chuàng)意課程等，高校STEM課程存在課程主題吸引力不強等問題，結(jié)構(gòu)創(chuàng)意類課程有鮮明有趣的課程主題，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生全身心的投入到課程中。同時，STEM 教育的主旨是通過學(xué)習(xí)者對科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)等跨學(xué)科知識的學(xué)習(xí)，以解決現(xiàn)實生活中真實存在的問題，在這個過程中，可以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的動手能力、實踐能力以及解決問題的能力。

（四）藝術(shù)創(chuàng)作類課程

藝術(shù)創(chuàng)作類課程，例如剪紙、美術(shù)、雕刻、陶瓷等，課程主題鮮明，吸引力強。相比其他類課程，藝術(shù)類的課程更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本研究通過整合STEM教學(xué)模式構(gòu)成要素和藝術(shù)創(chuàng)造過程，開設(shè)藝術(shù)創(chuàng)作類課程，重點培養(yǎng)學(xué)生的審美能力與藝術(shù)創(chuàng)作能力。學(xué)校培養(yǎng)師范類學(xué)生的藝術(shù)創(chuàng)作能力與審美能力有助于其今后開展的實際教學(xué)工作。

（五）工程設(shè)計類課程

工程設(shè)計類課程，例如房屋工程設(shè)計、校園設(shè)計、游戲設(shè)計等，工程設(shè)計是 STEM 教育多學(xué)科融合的有效紐帶，是基于科學(xué)原理、技術(shù)手段、數(shù)學(xué)方法解決實際問題的途徑。該項目以解決工程問題為課程主線， 融入技術(shù)設(shè)計、數(shù)學(xué)和科學(xué)知識，以工程設(shè)計任務(wù)為核心建立教學(xué)模式，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實情境，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的STEM素養(yǎng)、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目標(biāo)。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生的工程思維得到加固， 邏輯思維得到鍛煉， 動手能力和協(xié)作能力得到培養(yǎng)， 對工程專業(yè)的興趣得到激發(fā)。工程設(shè)計類課程不是簡單的要求學(xué)生完成教師布置的任務(wù)，做好自己的作品，重要的是評價環(huán)節(jié)，學(xué)生要在評價環(huán)節(jié)中認(rèn)真講述自己的設(shè)計思想及完成情況。教師根據(jù)學(xué)生在評價過程中的表述和學(xué)生最終的作品進(jìn)行評分，這種評價方式在很大程度上解決了課程評價方法不足的問題。

（六）邏輯程序類課程

邏輯程序類課程，例如Scratch編程、C++編程、Python編程等。近年來，越來越多的學(xué)者投入到編程教育，培養(yǎng)科技創(chuàng)新后備力量。由此可見編程類課程的重要性。邏輯程序類課程是必不可少的一類課程。開設(shè)邏輯程序類課程，首先要理解計算思維的概念、方法，其次要在設(shè)計教學(xué)活動的過程中，運用到以上的概念和方法。以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的計算思維作為核心進(jìn)行STEM教學(xué)的模式，可以提高學(xué)生運用數(shù)據(jù)庫相關(guān)原理、方法的操作技能，為計算思維背景下的教學(xué)模式探索提供了參考。

在教育技術(shù)學(xué)專業(yè)開展STEM課程具有重要意義。在開展上述六類課程的基礎(chǔ)上，還需要完善課程設(shè)置，創(chuàng)新課程內(nèi)容。高校建立健全教育技術(shù)學(xué)專業(yè)STEM課程體系，能真正有效地培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。課程的設(shè)置首先要考慮到師范院校和教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的特點，分不同層次循序漸進(jìn)地開展。同時，教師要明確STEM課程的內(nèi)容，課程內(nèi)容應(yīng)根據(jù)專業(yè)特征，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，與時俱進(jìn)不斷更新。

高校對教育技術(shù)學(xué)專業(yè)STEM課程建設(shè)要有比較明確的認(rèn)識。設(shè)置STEM方面的系列課程，要建構(gòu)一個較為完善的課程體系。通過開展STEM前沿講座，介紹國內(nèi)外信息技術(shù)的最新研究成果以及在教育中的運用與發(fā)展趨勢，激發(fā)教育技術(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

四、結(jié)論

人工智能時代教育技術(shù)學(xué)專業(yè)開展STEM課程為學(xué)生學(xué)習(xí)新技術(shù)和新技能提供了機會，并能提升學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)的積極性。STEM教育是培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才的重要手段，需要提升教師的STEM專業(yè)素養(yǎng)，促進(jìn)STEM課程建設(shè)。當(dāng)前，STEM課程體系還不夠完善，需要更多的教師和研究者加入到實踐探索之中。

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[作者簡介]李?。?996-），女，河北承德人，江蘇師范大學(xué)智慧教育學(xué)院在讀碩士，研究方向：遠(yuǎn)程教育;鄭浩（1997-），男，安徽黃山人，江蘇師范大學(xué)智慧教育學(xué)院在讀碩士，研究方向：遠(yuǎn)程教育;王娟（1979-），女，江蘇泗洪人，江蘇師范大學(xué)智慧教育學(xué)院教育技術(shù)系主任，教授，博士，研究方向：教育理論與教育管理;遠(yuǎn)程教育;丁瑞鎖（1998-），女，安徽六安人，江蘇師范大學(xué)智慧教育學(xué)院在讀碩士，研究方向：遠(yuǎn)程教育。

[責(zé)任編輯 周個妹]