韓冬兵 北京師范大學(xué)附屬實驗中學(xué)

于曉雅 北京教育學(xué)院

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱新課標(biāo)）以“立德樹人”為宗旨，對原有的信息技術(shù)課程體系進(jìn)行了調(diào)整，加強了必修模塊中程序和算法部分的內(nèi)容，重新構(gòu)建和豐富了信息素養(yǎng)內(nèi)容，并將信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任列為學(xué)科四大核心素養(yǎng)。新課標(biāo)尤其關(guān)注學(xué)生個性化、多樣化的學(xué)習(xí)和發(fā)展需求，鼓勵吸納學(xué)科領(lǐng)域的前沿成果，倡導(dǎo)基于項目的學(xué)習(xí)方式，鼓勵學(xué)生在數(shù)字化環(huán)境中學(xué)習(xí)與實踐，積極探索基于情境、問題導(dǎo)向的互動式、啟發(fā)式、探究式、體驗式等課堂教學(xué)。這些與STEM教育的核心理念不謀而合。那么，如何通過對課程的頂層設(shè)計，更好地落地核心素養(yǎng)目標(biāo)？如何有效組織與實施教學(xué)，發(fā)展學(xué)生的信息素養(yǎng)？這是當(dāng)前信息技術(shù)教學(xué)研究關(guān)注的問題。

筆者基于北京中小學(xué)信息技術(shù)課程現(xiàn)狀，將STEM教育理念融入初高中信息技術(shù)走班制教學(xué)的常規(guī)教學(xué)模式中，通過合理地構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計教學(xué)目標(biāo)和改進(jìn)教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生運用知識解決問題的能力、交流與合作的能力、創(chuàng)新意識與實踐能力以及批判性思維、算法思維等，并探索了適用于初高中不同學(xué)段學(xué)生的STEM課堂活動項目，形成了信息技術(shù)學(xué)科內(nèi)綜合及跨學(xué)科多主題、多層次的STEM課程。

● 信息技術(shù)課程群建設(shè)思路

1.學(xué)科課程群設(shè)計的理論依據(jù)

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)不是知識由教師向?qū)W生的傳遞，而是學(xué)生建構(gòu)自己的知識的過程。學(xué)習(xí)是主動的，知識或意義是學(xué)習(xí)者通過新舊知識經(jīng)驗間反復(fù)的、雙向的相互作用過程而建構(gòu)成的。斯皮羅等人認(rèn)為，學(xué)習(xí)分為初級學(xué)習(xí)和高級學(xué)習(xí)兩種。初級學(xué)習(xí)要求學(xué)生知道一些重要的事實和概念，高級學(xué)習(xí)則要求學(xué)生把握概念的復(fù)雜性，并廣泛而靈活地運用到具體的情境中。促進(jìn)思維發(fā)生是實現(xiàn)高級學(xué)習(xí)的核心，這就需要教師深入知識的內(nèi)在邏輯，搭建知識的脈絡(luò)框架，幫助學(xué)生清晰地理解和把握概念，并將其與真實的生活情境聯(lián)系起來，靈活運用技能去分析解決問題，進(jìn)行創(chuàng)造性的應(yīng)用。

筆者所在學(xué)校開設(shè)的信息技術(shù)課程是將必修課、選修課及專修課三類課程結(jié)合起來，形成一個多維度、進(jìn)階型、有針對性的課程體系，并以新課標(biāo)為依托，從知識、思維、能力等角度多維設(shè)定目標(biāo)，貫穿整個教學(xué)過程。將STEM教育理念融入信息技術(shù)校本課程，旨在以真實情境中的實際問題為基礎(chǔ)，以項目活動為依托，為學(xué)生提供“做中學(xué)、學(xué)中做”的活動環(huán)境，在學(xué)生探究問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，發(fā)展計算思維。

從學(xué)生的角度來說，信息技術(shù)課程體系的構(gòu)建不僅讓學(xué)生在項目活動中親身體驗人工智能、開源硬件、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的應(yīng)用，理解技術(shù)背后的原理到設(shè)計實現(xiàn)簡單的信息系統(tǒng)的過程，促進(jìn)對所學(xué)知識的理解與建構(gòu)，更重要的是基于真實情境的、以科學(xué)探究為導(dǎo)向的項目式學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生融于情境，敢于表達(dá)，樂于實踐，勇于擔(dān)當(dāng)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的思維能力、科學(xué)探究的精神，合作意識和創(chuàng)新意識，為未來的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

從教師的角度來說，通過全程參與基于STEM教育理念的信息技術(shù)系列課程建設(shè)，能促進(jìn)教師以全局的眼光來審視信息技術(shù)的內(nèi)涵、學(xué)科本質(zhì)和育人目標(biāo)，由知識導(dǎo)向轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?dǎo)向和價值導(dǎo)向。

2.學(xué)情分析——走班制

筆者所在學(xué)校是六年制完全中學(xué)，初高中信息技術(shù)課程均為自主設(shè)計的課程。目前，初中階段的信息技術(shù)必修課程開設(shè)了Python趣味編程、初識人工智能等六個模塊，每位學(xué)生要在初一學(xué)年選修六個模塊中的四個。因此，筆者選擇Lego機器人、開源硬件等不同的平臺，為學(xué)生營造一個嚴(yán)謹(jǐn)而輕松的學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于學(xué)生通過通俗易懂的實例來理解問題解決的方法和思路。在初二年級開設(shè)了F1 in school、Arduino創(chuàng)意設(shè)計等綜合性比較強的STEM課程，滿足學(xué)生個性化的發(fā)展需求。

在高中階段，2014年開始實行藝術(shù)、技術(shù)、生涯規(guī)劃、批判性思考分類課程走班制度，由學(xué)科教師自主設(shè)置模塊課程供全校高一和高二年級學(xué)生自主選修。每周，高一和高二年級各有4課時分類走班課，學(xué)生在整個高中階段必選一門信息技術(shù)課程、一門通用技術(shù)課程，再任選一門技術(shù)類課程。走班制注重對學(xué)生個性的培養(yǎng)和個體主觀能動性的發(fā)揮。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中根據(jù)自身的學(xué)習(xí)興趣、個人能力和發(fā)展需要，有的放矢地選擇自己喜歡的課程。

● 學(xué)科課程群建設(shè)的目標(biāo)

課程群建設(shè)的目標(biāo)有三個層次：國家、學(xué)校以及學(xué)科。注重學(xué)科基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)是學(xué)校教學(xué)的重要特色。注重品德培養(yǎng)，關(guān)注學(xué)生心理健康和人格發(fā)展是教育共同的認(rèn)知。同時，在技術(shù)學(xué)科的課程與教學(xué)中，以工具性的知識技能為基礎(chǔ)，指向過程性的素養(yǎng)培育，重視學(xué)生思維培養(yǎng)和社會責(zé)任擔(dān)當(dāng)，發(fā)展學(xué)生認(rèn)識自我、處理與社會的關(guān)系的能力。

信息技術(shù)課程群課程設(shè)置

● 信息技術(shù)課程實施驗證

1.學(xué)科課程群的內(nèi)容架構(gòu)

學(xué)校現(xiàn)有的基于分類走班制的信息技術(shù)課程群包含7大類，約15門課程（如上頁圖）。整個課程涵蓋了計算機科學(xué)和計算機應(yīng)用兩大體系，從必修課、選修課、專修課到課外小組，形成了針對初高中學(xué)生的有學(xué)科特色且多層次的信息技術(shù)課程體系。

為了實現(xiàn)學(xué)生的高級學(xué)習(xí)，需要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效構(gòu)建，筆者根據(jù)每門課程本身的特點，結(jié)合國家信息技術(shù)課程中必修1和必修2的內(nèi)容，重新設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，將必修的內(nèi)容融入到走班課程的教學(xué)中，讓學(xué)生既在專業(yè)的知識領(lǐng)域有深入的學(xué)習(xí)，又能掌握信息技術(shù)基礎(chǔ)知識與技能，增強信息意識，發(fā)展計算思維。例如，“人工智能初步”課程中的第一單元，筆者將內(nèi)容設(shè)計為Python基礎(chǔ)、Numpy與Matplotlib，這一部分是將《必修1 數(shù)據(jù)與計算》中的算法與程序?qū)崿F(xiàn)部分、數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用部分以及《選擇性必修 人工智能初步》中語法基礎(chǔ)部分這三項內(nèi)容進(jìn)行整合，重新提煉和設(shè)計，在實踐過程中注意避免陷入過于注重具體技術(shù)細(xì)節(jié)的誤區(qū)，而應(yīng)從人工智能的本質(zhì)，即用計算方法解決智能問題出發(fā)，著力于學(xué)生計算思維的培養(yǎng)。

2.STEM視角下的學(xué)科教學(xué)模式

基于STEM教育理念，學(xué)生是課堂的主體，在課堂教學(xué)活動的設(shè)計中，強調(diào)在問題情境中有效促進(jìn)跨學(xué)科知識的整合。為此，筆者在教學(xué)模式上做了兩個主要改變：一是從技術(shù)中心到主題設(shè)計導(dǎo)向，二是在項目式學(xué)習(xí)中注重真實情境中的問題解決。將問題貫穿于項目始終，由教師提供“支架”，引導(dǎo)學(xué)生提出解決方案。

（1）從技術(shù)中心到主題設(shè)計導(dǎo)向

以“移動應(yīng)用設(shè)計”課程為例，最初的課例是純粹從技術(shù)角度出發(fā)設(shè)計課堂項目，如針對畫布、圖像精靈等知識點，以技術(shù)為中心設(shè)計“打地鼠”游戲項目。而從STEM教育的視角出發(fā)，筆者對課程重新做了整體設(shè)計，在理解學(xué)生、學(xué)科和技術(shù)的基礎(chǔ)上，開展課程設(shè)計和活動設(shè)計，貫穿“關(guān)心自己，關(guān)注環(huán)境，關(guān)愛他人”一條主線，課堂項目的設(shè)計不再是獨立的，而是由主線貫穿起來，把教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為學(xué)生的學(xué)習(xí)活動，整合學(xué)習(xí)情境、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)資源，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生真正運用習(xí)得的知識解決真實情境中的復(fù)雜問題。

（2）真實情境下的問題解決

學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，是學(xué)生在長期的學(xué)習(xí)之后所具備的必備品格、關(guān)鍵能力和價值觀念?；谡鎸嵡榫诚碌膯栴}解決的活動設(shè)計有助于上述目標(biāo)的達(dá)成。例如，在《人工智能初識》一課中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自身生活經(jīng)驗，提出智能處理中的問題，如將人臉識別、語音識別與學(xué)校考勤系統(tǒng)、智能家居安保系統(tǒng)相結(jié)合，將文字識別與智能車庫、智能朗讀相結(jié)合等，學(xué)生通過親身體驗人工智能真實應(yīng)用，了解了所要解決的問題。

另外，有效的教學(xué)情境需要包含一系列進(jìn)階問題，這些環(huán)環(huán)相扣的問題能有效地引導(dǎo)學(xué)生盡快進(jìn)入狀態(tài)、適應(yīng)情境，從而引入新知、解決問題和引發(fā)思考。首先，起始類問題需要源于學(xué)生日常生活，難易程度要適合全班學(xué)生的實際水平，以保證大多數(shù)學(xué)生在課堂上都處于學(xué)習(xí)狀態(tài)。其次，問題需要指向教學(xué)目標(biāo)，同時能夠幫助學(xué)生分解復(fù)雜情境中涉及的一系列關(guān)鍵點。面對關(guān)鍵點的挑戰(zhàn)，教師適時給學(xué)生提供與已有知識有一定鏈接的小問題，以此理解新的知識，并最終解決問題。最后，拋出拓展性的問題，引導(dǎo)學(xué)生有效地應(yīng)用新習(xí)得的知識，進(jìn)一步地深入思考。例如，在《人工智能初步》一課中，在聚類算法的教學(xué)設(shè)計中，筆者設(shè)計了共享單車停車點的選擇案例。在課堂活動項目中，利用真實的海量停車數(shù)據(jù)，分步驟搜尋解決問題的方案，并對KMeans算法和DBSCAN算法兩種聚類算法的特點進(jìn)行解析，深入挖掘經(jīng)典算法中的核心參數(shù)設(shè)置與執(zhí)行效果之間的關(guān)系，通過多次探索實驗，加深學(xué)生對經(jīng)典算法原理的理解。

3.從學(xué)科教學(xué)實踐到跨學(xué)科STEAM體驗課程

筆者所在學(xué)校還在特殊班型的班級開展了STEAM體驗課程。該課程是跨音樂、美術(shù)、信息技術(shù)、通用技術(shù)學(xué)科的綜合類動手實踐課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、批判性思維和實踐能力。課程的項目主題為學(xué)校體育藝術(shù)中心和別墅模型設(shè)計與制作兩個主題。除此之外，還設(shè)計了如四合院、學(xué)校分校下沉廣場設(shè)計、傳統(tǒng)文化節(jié)宮燈設(shè)計等項目，這些項目將在后續(xù)課程中陸續(xù)實施。

在課堂實施過程中，教師會將學(xué)科知識與生活經(jīng)驗、思維發(fā)展與真實情境聯(lián)系起來。例如，學(xué)校國際部遷走后，計劃在原址籌建體藝中心，據(jù)此教師設(shè)計了體藝中心的STEAM項目。設(shè)計、制作體育藝術(shù)中心，賦予建筑智能控制功能，同時呈現(xiàn)藝術(shù)元素。在選定真實情境后，很重要的一步就是追溯專家解決問題的思路。教師要引導(dǎo)學(xué)生思考體育場館設(shè)計需要考慮的因素，如場館功能分區(qū)、人流的動線設(shè)計、疏散路線等。對于學(xué)生來說，掌握這樣的專業(yè)技能是有困難的，所以教師要根據(jù)需求，引導(dǎo)學(xué)生實際考察學(xué)校和周邊的體育場館，從網(wǎng)絡(luò)上收集設(shè)計圖和相關(guān)資料，觀察和體驗各項設(shè)施，考慮設(shè)計時的一些細(xì)節(jié)等。另外，學(xué)生還需要使用傳感器和智能硬件，獲取場館的環(huán)境信息，使用諸如人臉識別、語音識別、語音合成、文字識別等人工智能控制模塊，搭建小型智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)真實情境下的問題解決。

從畫圖紙，到自己排料下料、模型搭建、添加藝術(shù)要素和智能控制部件等，完成這樣一個整體項目的設(shè)計，需要綜合各個學(xué)科的知識和技能，在實施過程中教師要有意識地引導(dǎo)學(xué)生就“能否改進(jìn)用戶的體驗”等問題進(jìn)行探究和討論。最后的課程評價除了成品外，學(xué)生還會以學(xué)習(xí)報告的形式對作品進(jìn)行反思，如總結(jié)場館的搭造經(jīng)驗，包括框架結(jié)構(gòu)如何設(shè)計、采用什么材料更為環(huán)保、與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)一致、風(fēng)格統(tǒng)一等，并反思作品的不足之處。

● 課程群的推廣與展望

基于STEM視角，筆者所在學(xué)校開展了初高中不同學(xué)段信息技術(shù)課程群的建設(shè)與實踐，注重課堂實施，開發(fā)了配套的校本教材、自主學(xué)習(xí)平臺、教學(xué)案例集等多種課程資源，研究成果具有較強的推廣價值。衍生出的一系列項目資源、教學(xué)素材和課堂活動案例，從初高中一體化的維度為中學(xué)信息技術(shù)課堂教學(xué)和STEM教育理念提供了更加系統(tǒng)、多元的一線教學(xué)案例。