談STEM教育在初中信息科技學(xué)科中的實(shí)施

【摘要】初中信息科技教師結(jié)合跨學(xué)科教育理念，實(shí)施知識(shí)融合的STEM教育，不僅能突破傳統(tǒng)授課模式的束縛，增強(qiáng)教學(xué)活動(dòng)的多元性、實(shí)踐性與有效性，還能突出學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)意識(shí)，訓(xùn)練他們實(shí)踐探究的能力，進(jìn)而真正改善他們?cè)谡n堂上自主認(rèn)知的效果。從跨學(xué)科融合視角出發(fā)，闡述教師通過(guò)設(shè)計(jì)STEM課程提高初中信息科技教學(xué)質(zhì)量的具體策略，旨在發(fā)揮出STEM教育應(yīng)有的作用?！娟P(guān)鍵詞】初中信息科技；STEM教育；游戲；視頻在新時(shí)代教育環(huán)境下，傳統(tǒng)的單一化授課模式已經(jīng)難以滿足當(dāng)前信息科技課程的教學(xué)要求，也無(wú)法滿足學(xué)生綜合能力提升的需求。對(duì)此，初中信息科技教師需要轉(zhuǎn)變教學(xué)思路，根據(jù)實(shí)際授課需求，合理運(yùn)用STEM教育理念開(kāi)展學(xué)科交叉融合的探知活動(dòng)，為學(xué)生營(yíng)造更加自由、更加開(kāi)放的學(xué)習(xí)環(huán)境，創(chuàng)造更多自主認(rèn)知、實(shí)踐學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。這樣一方面可以調(diào)動(dòng)學(xué)生探知的積極性，提高學(xué)生課程學(xué)習(xí)的效率；另一方面可以開(kāi)拓他們的學(xué)習(xí)思路，拓寬他們的視野，使他們?cè)诙鄬W(xué)科技能綜合運(yùn)用過(guò)程中，加深對(duì)信息科技知識(shí)的認(rèn)識(shí)，提高自主學(xué)習(xí)和學(xué)以致用的能力。一、STEM教育的內(nèi)涵STEM教育以跨學(xué)科教育為主，采用多學(xué)科融合的知識(shí)探究模式，旨在培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人綜合素質(zhì)，提升其創(chuàng)造性認(rèn)知和知識(shí)實(shí)際應(yīng)用能力。STEM教育并不是在知識(shí)講授過(guò)程中簡(jiǎn)單地融入科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科的內(nèi)容，而是根據(jù)單元知識(shí)特點(diǎn)，將四門學(xué)科進(jìn)行有機(jī)融合，使各學(xué)科內(nèi)容形成一個(gè)整體，讓學(xué)生能夠合理利用多學(xué)科知識(shí)與技能高效、深入探究所學(xué)內(nèi)容，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效的跨學(xué)科學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)，提升綜合認(rèn)知的能力與效果。同時(shí)，STEM教育注重學(xué)科交叉融合的科學(xué)性與合理性，重視跨學(xué)科教育的實(shí)用性與有效性。基于此，初中信息科技教師在實(shí)施STEM教育時(shí)，需要靈活運(yùn)用各種手段和各類資源，實(shí)現(xiàn)四門學(xué)科的深度融合，同時(shí)給予學(xué)生更多自主探索單元知識(shí)的空間，設(shè)計(jì)開(kāi)放的探知任務(wù)，使其在團(tuán)隊(duì)合作、親身體驗(yàn)過(guò)程中形成對(duì)信息科技知識(shí)的認(rèn)識(shí)，提升其實(shí)踐、認(rèn)知的能力。二、初中信息科技STEM教育實(shí)施的原則（一）主體性原則在當(dāng)前的素質(zhì)教育背景下，初中信息科技教師需要尊重并認(rèn)可學(xué)生的主體地位，以學(xué)生為主，開(kāi)展多樣化STEM教育活動(dòng)，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行合理且有針對(duì)性的教學(xué)指導(dǎo)，幫助其實(shí)現(xiàn)更加高效的跨學(xué)科學(xué)習(xí)。（二）綜合性原則STEM教育的主要方式是整合多門學(xué)科知識(shí)與技能，讓學(xué)生在跨學(xué)科融合的學(xué)習(xí)活動(dòng)中認(rèn)知學(xué)科內(nèi)容。因此，教師需要遵循綜合性原則，以信息科技知識(shí)為核心，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科理論探究單元知識(shí)，在開(kāi)闊其視野、開(kāi)拓其思路的同時(shí)，提高其運(yùn)用跨學(xué)科思維理解知識(shí)、習(xí)得技能、解決問(wèn)題的能力。另外，在綜合性原則指導(dǎo)下，教師不能簡(jiǎn)單地組合四門學(xué)科的知識(shí)，而要將其進(jìn)行交叉融合，使其相互滲透，這樣才能更好地發(fā)揮跨學(xué)科教育的作用。（三）創(chuàng)造性原則STEM教育注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維和創(chuàng)新實(shí)踐能力。因此，教師應(yīng)當(dāng)遵循創(chuàng)造性原則，設(shè)計(jì)具有自主性、實(shí)踐性、創(chuàng)新性的探知任務(wù)。這樣，學(xué)生在探究此類任務(wù)的過(guò)程中，能夠自覺(jué)運(yùn)用聯(lián)想思維、發(fā)散思維、創(chuàng)造思維，采用自主研究、合作討論、互動(dòng)實(shí)踐等方式解答相關(guān)問(wèn)題，從而形成較強(qiáng)的自主意識(shí)，提高認(rèn)知能力。三、初中信息科技STEM教育實(shí)施的具體措施（一）設(shè)計(jì)游戲形式的STEM課程對(duì)于部分初中階段的學(xué)生而言，他們因?yàn)樽晕壹s束能力不強(qiáng)，所以很難在學(xué)習(xí)活動(dòng)中長(zhǎng)時(shí)間保持注意力集中，進(jìn)而影響自身的學(xué)習(xí)質(zhì)量。信息科技教師若想解決這一問(wèn)題，需要合理優(yōu)化教學(xué)手段，讓學(xué)生真正體會(huì)到課程學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，增強(qiáng)其自主探知的動(dòng)力［1］。為此，教師可以采用游戲的形式開(kāi)展融合STEM教育的授課活動(dòng)，利用趣味游戲推進(jìn)課程教學(xué)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，讓他們集中注意力，通過(guò)完成跨學(xué)科的游戲化探知活動(dòng)任務(wù)，更加扎實(shí)地掌握單元知識(shí)與技能，提升課程學(xué)習(xí)的效率與效果。下文以“添加動(dòng)畫效果和超鏈接”為例，闡述游戲形式的STEM課程教學(xué)策略。1.制訂探知目標(biāo)，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)任務(wù)教師基于STEM教育理念實(shí)施游戲化課程教學(xué)時(shí)，需要先深入了解單元教學(xué)內(nèi)容和單元授課需求，再以此為依據(jù)，結(jié)合班上學(xué)生當(dāng)前的真實(shí)學(xué)情和求知需求，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的學(xué)習(xí)目標(biāo)，幫助學(xué)生快速找到自主探知的方向。之后，教師需要圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo)，設(shè)計(jì)難度適中且富有趣味性的任務(wù)，以此來(lái)集中學(xué)生的注意力，調(diào)動(dòng)他們探知的積極性，激發(fā)他們分析學(xué)科知識(shí)的興趣，使他們能夠更加主動(dòng)地參與到游戲化探知活動(dòng)中［2］。在本課的教學(xué)中，教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)際學(xué)情，設(shè)計(jì)小組合作式學(xué)習(xí)目標(biāo)（如表1所示），把學(xué)生科學(xué)分成多個(gè)探知小組。然后，教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)實(shí)踐性的驅(qū)動(dòng)任務(wù)，具體如下：（1）為演示文稿中的數(shù)學(xué)符號(hào)、有關(guān)科學(xué)現(xiàn)象的視頻、有關(guān)建筑的圖片等設(shè)置有趣的、多種樣式的動(dòng)畫效果；（2）把教師提供的工程類動(dòng)畫短視頻網(wǎng)址以超鏈接的形式添加到演示文稿之中；（3）自行選擇幻燈片切換方式，通過(guò)設(shè)置自動(dòng)換片時(shí)間，使每頁(yè)幻燈片自動(dòng)切換效果；（4）各小組進(jìn)行演示文稿內(nèi)容設(shè)計(jì)的比拼，投票評(píng)選設(shè)計(jì)質(zhì)量高的作品。2.引入游戲元素，引發(fā)探知興趣教師為了增強(qiáng)STEM教育的趣味性，提升學(xué)生主動(dòng)參與探知活動(dòng)的興趣，需要巧妙引入游戲元素，制訂游戲化學(xué)習(xí)機(jī)制。在本課的教學(xué)中，教師可以采用任務(wù)積分制，開(kāi)展比拼游戲類跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動(dòng)。對(duì)于上述驅(qū)動(dòng)任務(wù)，教師可以根據(jù)不同任務(wù)的難易程度，設(shè)計(jì)差異化的分值。其中：第一項(xiàng)任務(wù)和第三項(xiàng)任務(wù)需要用到的演示文稿功能較為復(fù)雜，動(dòng)畫、切換效果設(shè)置難度較大，因此完成這兩項(xiàng)任務(wù)可以積3分；第二項(xiàng)任務(wù)難度較小，因此完成該任務(wù)可以積2分；第四項(xiàng)任務(wù)具有激勵(lì)的效果，得的票數(shù)最多的小組可以積2分，并且獲得獎(jiǎng)勵(lì)。教師通過(guò)制訂游戲化學(xué)習(xí)機(jī)制，能夠高效調(diào)動(dòng)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，使游戲化課程教學(xué)有序地開(kāi)展。3.開(kāi)展合作實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)高效探知在跨學(xué)科的游戲化課程教學(xué)過(guò)程中，教師需要采用互動(dòng)探究式的授課策略，引導(dǎo)各小組以互動(dòng)交流、協(xié)同合作的方式完成驅(qū)動(dòng)任務(wù)，以此來(lái)提高他們學(xué)習(xí)的效率。在本課的教學(xué)活動(dòng)中，教師需要引導(dǎo)各小組合理分配實(shí)踐任務(wù)。在探索單元知識(shí)的過(guò)程中，各組成員需要先運(yùn)用科學(xué)思維，針對(duì)演示文稿中動(dòng)畫的相關(guān)原理、功能及作用、技術(shù)方法等內(nèi)容進(jìn)行交流討論，運(yùn)用工程思維、結(jié)合數(shù)學(xué)之美構(gòu)思和探討演示文稿的美化方案；然后以分工合作的方式，應(yīng)用一些技術(shù)手段展示演示文稿的動(dòng)態(tài)效果；最后派一名代表匯報(bào)本組的實(shí)踐成果，放映幻燈片，打開(kāi)超鏈接、播放其中的視頻等。（二）設(shè)計(jì)視頻形式的STEM課程為了通過(guò)STEM教育培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和運(yùn)用知識(shí)的能力，信息科技教師需要改變以往的注入式教學(xué)模式，借助多元化探知活動(dòng)激活學(xué)生的主觀能動(dòng)性和參與活動(dòng)的積極性，從而提升課程質(zhì)量［3］。教師若想更好地實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，可以利用生動(dòng)形象的視頻開(kāi)展實(shí)踐、認(rèn)知活動(dòng)。在活動(dòng)中，教師可以讓學(xué)生觀看單元教學(xué)微課視頻，運(yùn)用STEM教育理念，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合各學(xué)科知識(shí)和以往的生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行分析與研究，探尋單元知識(shí)的底層邏輯和應(yīng)用方法。然后，教師可以讓學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求，運(yùn)用創(chuàng)造思維和單元知識(shí)創(chuàng)作相應(yīng)的課程作品。這樣的教學(xué)活動(dòng)既可以增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)探知的動(dòng)力，又能使其在動(dòng)手操作過(guò)程中提高實(shí)踐能力。下文以“無(wú)人機(jī)自動(dòng)跟隨”為例，闡述視頻形式的STEM課程教學(xué)策略。1.觀看生動(dòng)視頻，聯(lián)想日常生活在本課的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師播放講述無(wú)人機(jī)技術(shù)的《決勝無(wú)人機(jī)》《無(wú)人機(jī)時(shí)代》《空中武士—無(wú)人機(jī)》的視頻片段。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)和日常生活經(jīng)歷，結(jié)合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科的知識(shí)，討論無(wú)人機(jī)在軍事、民用、文化等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，分析無(wú)人機(jī)自動(dòng)跟隨功能的實(shí)際作用，以此來(lái)啟發(fā)他們的聯(lián)想思維，提升他們自主探究知識(shí)的興趣。通過(guò)這一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠了解到：在軍事領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)自動(dòng)跟隨功能可以用于邊防巡邏，對(duì)可疑的地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行觀察和檢測(cè)，提升軍事偵察能力；在民用領(lǐng)域，可以用于安防巡邏，通過(guò)持續(xù)跟蹤可疑目標(biāo)提升巡邏效果，保障民眾的生活安全；在文化領(lǐng)域，可以用于航空攝影，拍攝運(yùn)動(dòng)中的物體，從不同角度展現(xiàn)物體的多樣化形態(tài)［4］。2.了解單元知識(shí)，思考底層邏輯在本課的探究環(huán)節(jié)，教師借助視頻開(kāi)展互動(dòng)交流活動(dòng)。在此項(xiàng)活動(dòng)中，班上學(xué)生需要結(jié)合各領(lǐng)域知識(shí)，針對(duì)無(wú)人機(jī)自動(dòng)跟隨的原理進(jìn)行深入探討，合作探究基于二維碼實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)跟隨的編程方法，從而真正理解無(wú)人機(jī)自動(dòng)跟隨相關(guān)知識(shí)的底層邏輯。如基于二維碼的無(wú)人機(jī)自動(dòng)跟隨的原理是：在無(wú)人機(jī)上安裝二維碼識(shí)別系統(tǒng)，使無(wú)人機(jī)能夠在空中飛行時(shí)準(zhǔn)確識(shí)別二維碼，找到二維碼的定位并移動(dòng)至二維碼正上方；當(dāng)二維碼的定位發(fā)生改變時(shí)，無(wú)人機(jī)便可跟隨二維碼進(jìn)行移動(dòng)。學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維，通過(guò)互動(dòng)交流，可以知道無(wú)人機(jī)自動(dòng)跟隨的方法主要有GPS跟隨和視覺(jué)跟隨兩種。學(xué)生在技術(shù)研究過(guò)程中，則需要運(yùn)用技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)學(xué)科的邏輯思維、整合思維、聯(lián)想思維進(jìn)行探討分析，得出最終結(jié)論。3.進(jìn)行實(shí)踐操作，體驗(yàn)創(chuàng)造樂(lè)趣教師為了增強(qiáng)本課學(xué)習(xí)體驗(yàn)的趣味性，設(shè)計(jì)了如下實(shí)操任務(wù)：在無(wú)人機(jī)自動(dòng)跟隨過(guò)程中，如果以較快的速度改變二維碼的定位，無(wú)人機(jī)的移動(dòng)速度能夠跟上改變二維碼定位的速度嗎？請(qǐng)?zhí)岢霾孪?，并通過(guò)實(shí)踐操作的方式驗(yàn)證猜想。對(duì)此，各組學(xué)生利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，在模擬的情景中快速變換二維碼的位置，查看安裝了某種自動(dòng)跟隨程序的無(wú)人機(jī)的跟隨情況，記錄每次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，得出最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。比如，有的小組用工程思維預(yù)設(shè)二維碼變換的位置，再用數(shù)學(xué)知識(shí)確定每次實(shí)驗(yàn)中無(wú)人機(jī)的移動(dòng)速度，得出“安裝了這種自動(dòng)跟隨程序的無(wú)人機(jī)只能跟隨二維碼移動(dòng)20秒，20秒后無(wú)人機(jī)會(huì)自動(dòng)降落”的結(jié)論。之后，該小組嘗試改進(jìn)這種自動(dòng)跟隨程序，以保證無(wú)人機(jī)能夠跟隨二維碼移動(dòng)更長(zhǎng)時(shí)間，收到特定指令后才會(huì)關(guān)閉自動(dòng)跟隨程序并降落。學(xué)生通過(guò)參與融合STE