STEM教育視野下信息技術(shù)課程的變革

吳俊杰

STEM教育是指科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)教育，作為美國應(yīng)對21世紀(jì)國際人才競爭的一項(xiàng)國家教育戰(zhàn)略，正在成為國際教育界的熱點(diǎn)研究問題。信息技術(shù)課程的學(xué)科發(fā)展需要在課程上有所變化，應(yīng)該說，STEM教育重視技術(shù)教育與科學(xué)、工程、數(shù)學(xué)領(lǐng)域結(jié)合的視角為信息技術(shù)課程的變革提供了一些啟示。本文中STEM的視角有三層含義：第一，技術(shù)（T）作為STEM教育中與科學(xué)（S）和數(shù)學(xué)（M）平齊的領(lǐng)域，在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域應(yīng)該有其合適的地位，而課程應(yīng)該保障這種學(xué)科地位。第二，技術(shù)課程的建設(shè)應(yīng)該可以借鑒成熟學(xué)科科學(xué)（S）和數(shù)學(xué)（M）的做法，提高其學(xué)科的教學(xué)有效性。第三，技術(shù)教育應(yīng)該著眼于國家競爭力提升的大局，因此應(yīng)該部分地承擔(dān)提升學(xué)生工程（E）能力、設(shè)計能力的任務(wù)，而這種提高應(yīng)是可操作的大面積的提升。

● STEM視野下信息技術(shù)課程變革的趨勢

1.信息技術(shù)課程的難度會加大

信息技術(shù)學(xué)科的合理性成立的一個指標(biāo)是在學(xué)校教育中學(xué)生需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容相對于其心理發(fā)展水平和知識水平有合理的距離，處于學(xué)生學(xué)習(xí)的最近發(fā)展區(qū)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有一定的難度。這種難度既是學(xué)生獲取自我成就感的需求，又是一個學(xué)科發(fā)展的需求。在STEM視野下信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容不僅僅局限于創(chuàng)作一個作品過程中的各種操作，將會把科學(xué)探究中的工具設(shè)計、各種軟件環(huán)境的比較分析，編寫程序研究科學(xué)和數(shù)學(xué)問題這類問題有機(jī)地融合到信息技術(shù)的課程體系中，其課程的難度會比現(xiàn)在大。但是難度增大的同時，對學(xué)生的綜合能力的要求可能會更具體，相比于現(xiàn)在的評價手段，可能會更具操作性。

2.信息技術(shù)課程的教學(xué)有效性會增強(qiáng)

教學(xué)的有效性決定難度提高的信息技術(shù)課程能否落實(shí)，如在最早的程序設(shè)計教學(xué)中，許多教師發(fā)現(xiàn)，程序語言的學(xué)習(xí)對于學(xué)生而言難度很大，而程序教學(xué)又缺乏足夠的指導(dǎo)資料，使得教師不能夠有效地指導(dǎo)學(xué)習(xí)能力稍弱的學(xué)生達(dá)到平均水平，教學(xué)的有效性不足導(dǎo)致了早期的程序設(shè)計課程普及度不高。為了提高教學(xué)的有效性，在內(nèi)容設(shè)計上要有明確的有一定難度的知識或任務(wù)，在課程評價上要有很明確的可操作的量規(guī)，對于學(xué)習(xí)能力較弱和很強(qiáng)的學(xué)生都要有詳細(xì)的支持手段，只有這樣才能夠提高教學(xué)的有效性。只有教學(xué)的有效性提升了，技術(shù)學(xué)科的學(xué)科地位才能夠得到提升，學(xué)生在不斷的頭腦激勵中體會成功的快樂，而教師能夠有效地組織教學(xué)，設(shè)計教學(xué)環(huán)境。教學(xué)的有效性很大程度上受到教師能力的影響，因此課程支持材料的一個重要作用就是提高教學(xué)能力一般的教師的課堂教學(xué)有效性，因?yàn)樗麄儧Q定著整個學(xué)科的教學(xué)有效性。

3.信息技術(shù)課程的課程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會增強(qiáng)

作為一門迫切需要成熟需求的學(xué)科，許多專家學(xué)者試圖探索信息技術(shù)課程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，最近，南京師范大學(xué)李藝教授指出，有必要研究信息技術(shù)學(xué)科特有的科學(xué)思想方法。但信息技術(shù)又是一個不斷求變、不斷求新的領(lǐng)域，似乎存在著某種矛盾，因此這里有必要對社會和教育視野中的信息技術(shù)做一個區(qū)分，在社會視野中的信息技術(shù)更多的是一種工程化的思維方式：信息技術(shù)如何高效地解決問題。因此，當(dāng)Windows XP出現(xiàn)之后，自然很少有人會繼續(xù)選擇Windows 98，但是在教育領(lǐng)域特別是基礎(chǔ)教育領(lǐng)域當(dāng)中，我們更多的是要教授學(xué)生一種科學(xué)化的思維方式：不同的信息技術(shù)手段在解決問題的過程中的區(qū)別和聯(lián)系是怎樣的。因此，有必要讓學(xué)生比較Windows平臺和Linux平臺下同樣的Office軟件，區(qū)分其相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，并從成本和產(chǎn)出的角度做出選擇，就有了教學(xué)的必要。因此，對于不斷變化發(fā)展的信息技術(shù)前沿技術(shù)而言，中小學(xué)信息技術(shù)教育存在著兩條比較穩(wěn)定的課程主線：一是同一款軟件或者系統(tǒng)不同版本的比較抑或滿足同一功能的不同軟件的比較，二是在信息技術(shù)領(lǐng)域中偏向科學(xué)領(lǐng)域的知識，如編碼、通訊技術(shù)和感測與控制技術(shù)。這些比較穩(wěn)定的課程主線的背后，是更為穩(wěn)定的學(xué)科思想方法，即人類用計算機(jī)增強(qiáng)其智能的共性規(guī)律。

4.信息技術(shù)課程必修和選修的功能區(qū)分會更加明確

信息技術(shù)領(lǐng)域可以講授的內(nèi)容，比任何一個傳統(tǒng)學(xué)科都要更多一些，其原因在于計算機(jī)已經(jīng)深入到社會的各個領(lǐng)域。單就選修課的開設(shè)角度就可以有：新軟件的應(yīng)用、信息技術(shù)手段和其他學(xué)科整合、運(yùn)用信息技術(shù)進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作、機(jī)器人與感測控制技術(shù)、從某項(xiàng)職業(yè)的工作需求出發(fā)介紹其常用軟件等。正是這種角度的差異，使得信息技術(shù)選修課的內(nèi)容可以非常豐富，信息技術(shù)教師的業(yè)余愛好也可以在選修課當(dāng)中得到最大限度的體現(xiàn)。其實(shí)這些選修課代表著信息技術(shù)課程的各個可能的維度，每個維度都希望自己能夠成為必修內(nèi)容。但是，必修內(nèi)容應(yīng)該是相對穩(wěn)定的教學(xué)內(nèi)容，而且課程容量有限，因此，應(yīng)該將比較反映信息技術(shù)核心思想方法的相對穩(wěn)定的內(nèi)容，以一種高效的有一定難度的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，與此同時，又不能夠讓必修內(nèi)容變成沒有難度的基礎(chǔ)內(nèi)容，還不能夠讓必修內(nèi)容變成僵化的八股內(nèi)容，恐怕這是最難處理的問題。因此，有必要對必修的內(nèi)容和教師開設(shè)的校本選修內(nèi)容做功能上更加明確的區(qū)分，并且建立一個合理的選修─必修的通道，使得必修內(nèi)容在結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定的同時保持活力。

● 信息技術(shù)課程各個學(xué)段學(xué)習(xí)過程的變化設(shè)想

在這里使用學(xué)習(xí)過程的概念，是期望規(guī)避目前信息技術(shù)學(xué)科常常被誤解的問題：為什么小學(xué)、初中和高中都在講Word？下面的設(shè)想，是期望學(xué)生在不同學(xué)段的信息技術(shù)學(xué)習(xí)過程中，有一個適應(yīng)其心理發(fā)展特點(diǎn)的并且有一定梯度和不同側(cè)重點(diǎn)的學(xué)習(xí)過程，目的是提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。當(dāng)然，這些過程只是筆者從STEM視野下信息技術(shù)課程變革的需求出發(fā)的一些不成熟的推論，而這些設(shè)想也受到我國區(qū)域間教育發(fā)展不均衡的制約，權(quán)作拋磚引玉。

1.小學(xué)：可以嘗試在綜合應(yīng)用環(huán)境之下的創(chuàng)意表達(dá)

隨著發(fā)達(dá)地區(qū)學(xué)生家庭電腦的普及，學(xué)生在家庭中完成信息技術(shù)作業(yè)已經(jīng)有了基本的硬件保障。在小學(xué)階段，很多內(nèi)容是綜合講授的，如科學(xué)和社會學(xué)科。信息技術(shù)的教學(xué)也可能是綜合的，如一個綜合的活動中可能圍繞著一個智能風(fēng)扇的建議項(xiàng)目，要涉及裝置的制作、程序的編寫、圖片的拍攝和處理、宣傳影片的制作、說明文檔的寫作等一系列的綜合任務(wù)，以表達(dá)一個創(chuàng)意為主線，串聯(lián)起技術(shù)的珠鏈，讓學(xué)生在綜合應(yīng)用的環(huán)境中學(xué)習(xí)技術(shù)，可能是小學(xué)高年級的一種重要的學(xué)習(xí)方式。有必要將顛倒課堂的模式引入小學(xué)的信息技術(shù)教學(xué)中，讓學(xué)生在遇到一個軟件的使用細(xì)節(jié)時，能夠通過資源包來自學(xué)，以創(chuàng)意表達(dá)為核心而非以技術(shù)細(xì)節(jié)為核心的教學(xué)，可以在最大程度上符合小學(xué)綜合實(shí)踐活動課程的設(shè)計初衷。但是，這樣做需要增加信息技術(shù)課的課時，目前在小學(xué)，信息技術(shù)課被壓縮、占用的現(xiàn)象很嚴(yán)重，因此有必要對課程的內(nèi)容做重新的整理，讓教學(xué)效果和學(xué)生綜合能力的提升作為小學(xué)階段課程合理性的支撐。值得注意的是，創(chuàng)意類的課程，需要的案例往往不是一本教材就可以解決的，它需要的是綜合情境下的解決方案的庫。因此，應(yīng)該組織教學(xué)解決方案的分享平臺，讓更多的老師有更多的教學(xué)選擇。

2.初中：可以嘗試規(guī)范而言之有據(jù)地對各種信息技術(shù)工具和平臺進(jìn)行比較

有一個事實(shí)往往被忽視：我們生活在一個軟件的地球上，而其中被大部分人熟知的軟件的比例比我們地球上陸地面積的比例還要小得多，絕大部分的應(yīng)用軟件都失敗了，他們被埋葬在軟件行業(yè)競爭的深海當(dāng)中，失去了社會價值，但是這些軟件是有教學(xué)價值的，最大的價值是比較的價值。例如，通過對因?yàn)楸皇召彾鴦菸⒌腇ireworks和Photoshop之間的比較，就可以體會到兩種不同的圖片信息處理方式，如果再把Photoshop跟Windows畫圖板進(jìn)行比較，就可以發(fā)現(xiàn)這些圖片處理工具的共性內(nèi)容，并且思考一個信息技術(shù)工具設(shè)計是如何體現(xiàn)以人為本的。其實(shí)不單單是一些小公司的軟件，就連微軟自己的寫字板軟件相對于其記事本和Word而言都很少被人使用，那么從記事本到寫字板再到Word，這些文字信息處理工具都做了哪些功能上的改進(jìn)，它們有哪些相同的功能，經(jīng)過這個分析，學(xué)生就能體會到什么是一個信息處理工具最基礎(chǔ)的功能。又如，從ACDSee3.0～6.0之間哪些功能發(fā)生了變化，界面做了哪些調(diào)整，功能有了哪些變化，都可以寫一個詳細(xì)的分析報告。這種比較，可以選取一個比較小的應(yīng)用軟件來對學(xué)生進(jìn)行測試，如比較三款截圖軟件的功能，并且根據(jù)一個需求情境對軟件的選用作出判斷。這種教育領(lǐng)域的軟件比較適合教學(xué)的需求，使得一些已經(jīng)沉沒的軟件重新找到用戶，更重要的是讓學(xué)生從軟件的使用者轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖倪x用者，而且分析測試報告的寫作，也是一個綜合能力的鍛煉過程。此外，程序語言的學(xué)習(xí)也不是對一種語言的簡單理解，而是對于完成同一個任務(wù)，各種語言的語法規(guī)則和執(zhí)行效率的比較，相比于小學(xué)，又上了一個臺階。

3.高中：可以嘗試在學(xué)理上對信息感測、編碼、通訊與控制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并加以綜合應(yīng)用

在高中階段，基礎(chǔ)教育中的信息技術(shù)課程，由于在小學(xué)階段已經(jīng)有了比較好的基礎(chǔ)，有了一定的圖形化編程的認(rèn)識，并且在初中階段學(xué)生自學(xué)軟件的能力得到了比較好的鍛煉，接觸到了一些代碼語言，因此在高中階段，做比較深入的涉及從模擬量到數(shù)字量的感測、編碼、通訊和控制的學(xué)習(xí)就有了可能。通過程序設(shè)計語言編寫實(shí)驗(yàn)工具，通過具體的信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)，來研究上述過程中穩(wěn)定的現(xiàn)象、效率的比較，在這個過程中分析、建模和設(shè)計這些面向21世紀(jì)的高階思維能力以及問題澄清假設(shè)檢驗(yàn)這些科學(xué)探究的過程，都可以通過信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程得以體現(xiàn)，之后從不同的角度如新軟件的應(yīng)用、信息技術(shù)手段和其他學(xué)科整合、運(yùn)用信息技術(shù)進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作、機(jī)器人與感測控制技術(shù)、從某項(xiàng)職業(yè)的工作情境出發(fā)介紹其常用軟件等角度開展某些深入細(xì)致的綜合應(yīng)用。這樣，學(xué)生能夠在學(xué)理上對信息技術(shù)中比較原理性的概念有一個較為深入的理解的基礎(chǔ)上，對信息技術(shù)的相關(guān)的科學(xué)、工程、數(shù)學(xué)和藝術(shù)領(lǐng)域做一個初步的了解，為大學(xué)之后對于某一領(lǐng)域的專業(yè)學(xué)習(xí)奠定學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，而這是基礎(chǔ)教育中其他學(xué)科所難以涉及的。

● 信息技術(shù)課程變革的環(huán)境保障

如果上面的課程結(jié)構(gòu)是一個比較理想化的課程暢想，那么這種暢想還是需要有效的教學(xué)環(huán)境作為保障，這種保障包括課程自身價值的明確，課程實(shí)施過程中實(shí)驗(yàn)儀器的配備，當(dāng)然，最重要的是教師圍繞著課程的支撐條件、評價體制和圈子文化的建設(shè)，通過這種建設(shè)，在使信息技術(shù)教師的整體水平得到提高之余，整個團(tuán)隊(duì)也呈現(xiàn)出一種和而不同的面貌，從而促進(jìn)信息技術(shù)課程的變革。

1.明確信息技術(shù)課程對學(xué)習(xí)能力的促進(jìn)作用

東北師范大學(xué)董玉琦教授指出，信息技術(shù)對學(xué)生學(xué)習(xí)能力的促進(jìn)作用是制定高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)時體現(xiàn)信息技術(shù)合法性的一個重要論據(jù)，而對于學(xué)習(xí)能力的促進(jìn)作用則需要通過具體的教學(xué)內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)。正如前文所設(shè)想的那樣，在小學(xué)階段學(xué)生通過綜合項(xiàng)目學(xué)習(xí)，體會各種教學(xué)軟件和硬件在一個綜合任務(wù)下的使用過程，提升自身的學(xué)習(xí)能力。在初中階段學(xué)生通過各種軟件環(huán)境的比較，從一個應(yīng)用軟件和硬件的使用者轉(zhuǎn)變成為依據(jù)數(shù)據(jù)和具體的指標(biāo)做出選擇和分析的選用者，全面提高自身適應(yīng)新信息技術(shù)環(huán)境的學(xué)習(xí)能力。在高中階段對信息技術(shù)學(xué)理性知識進(jìn)行深入研究，其準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的培養(yǎng)，是區(qū)別于科學(xué)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一類新的更具有廣泛性和普適性的學(xué)習(xí)過程，其后的對信息技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的深入學(xué)習(xí)的過程，有助于明確自己的特長和興趣，為今后大學(xué)的學(xué)習(xí)打一個良好的基礎(chǔ)。因此，在上述的各個學(xué)段的學(xué)習(xí)過程中，教師始終都要把信息技術(shù)課程對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力的促進(jìn)作用作為一個明確的要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

2.明確信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)的儀器設(shè)備的合法性

信息技術(shù)教學(xué)過程中的硬件不僅僅有機(jī)房的計算機(jī)，隨著課程的深入，需要更多的硬件作為教學(xué)儀器進(jìn)入中小學(xué)信息技術(shù)教師的配備標(biāo)準(zhǔn)中。在這一過程中，需要課程標(biāo)準(zhǔn)的制定者、教材的編寫者和教學(xué)儀器標(biāo)準(zhǔn)的制定者的合作和配合，使得信息技術(shù)課程更加符合社會發(fā)展的要求，課程的內(nèi)容也更為穩(wěn)定，教學(xué)更為有效。這一過程中，作為教學(xué)儀器出現(xiàn)的硬件平臺，應(yīng)該是針對教學(xué)需要專門設(shè)計的、成本比較低、穩(wěn)定性比較好的教學(xué)儀器，并且在小學(xué)、初中和高中都應(yīng)有適合該學(xué)段特色的相應(yīng)設(shè)備。

3.課程體系對教學(xué)處于弱勢的教師應(yīng)該提供有效的支撐

決定教師整體水平的永遠(yuǎn)不是最優(yōu)秀的特級教師的教學(xué)水平，而一定是剛?cè)肼毜慕處熁蛘呓虒W(xué)中處于弱勢的教師的教學(xué)水平。以數(shù)學(xué)教學(xué)為例，一個剛剛?cè)肼毜慕處熆赡茉诮虒W(xué)方法上還不熟練、在教學(xué)技巧上還欠些火候，但是數(shù)學(xué)學(xué)科長期以來積累下的習(xí)題體系會給他以支撐，意思是說，他可以把重點(diǎn)放在對習(xí)題的掌握上，這種對數(shù)學(xué)習(xí)題的深入理解會給他帶來最初的教學(xué)自信。而信息技術(shù)課程則缺乏對教學(xué)能力稍微欠缺的教師的有效支撐，教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)該有一定難度，應(yīng)該有一定的體系和比較容易定量操作的指標(biāo)來對學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果作出評價，而作為初中階段的軟件分析報告和高中階段的信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)論文在這方面就更容易操作一些，此外還需要豐富的課程解決方案，這樣才能夠整體地提升教師的教學(xué)有效性。

4.教師評價體系應(yīng)鼓勵優(yōu)秀教師對選修課程的貢獻(xiàn)

在信息技術(shù)學(xué)科的課程中，選修課程的建設(shè)非常重要，其重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)學(xué)科，應(yīng)在教師的評價體系中有所傾斜。特別是從高級教師到特級教師的階段，能夠開發(fā)并研制幾門可在小范圍內(nèi)推廣的選修課程，應(yīng)該成為評選特級教師的一個重要指標(biāo)，因?yàn)樽鳛樘丶壗處煟浣虒W(xué)風(fēng)格和教學(xué)特色受天資的影響很大，其他人很難學(xué)習(xí)和繼承，而在課程領(lǐng)域則不同，積累下的教材、教案、學(xué)案、有聲讀物和微視頻組成的課程資源支持包，能夠幫助感興趣的教師開展該選修課程的教學(xué)。此外，以課程為導(dǎo)向的教師評價機(jī)制還有利于讓那些公開課不那么突出的教師脫穎而出。

5.促進(jìn)信息技術(shù)教師差異化課程小圈子的組織和文化建設(shè)

圍繞著特色選修課程的建設(shè)，通過網(wǎng)絡(luò)平臺形成信息技術(shù)教師的差異化的課程小圈子，跨地域完成討論和課程研討，將感興趣的人聚集起來，讓信息技術(shù)教師在選修課程的建設(shè)過程中收獲個人興趣與職業(yè)成長的雙豐收。以Scratch語言教學(xué)為例，其典型的幾種教學(xué)流派和自己的小圈子在QQ群的組織下形成了自己的課程圈子和尊重、分享的課程文化，這種圈子和文化極大程度上促進(jìn)了Scratch在中國的推廣，也促進(jìn)了圈子中剛剛進(jìn)入到Scratch教學(xué)的教師的水平的提高，以2013年Scratch教學(xué)研討會為例，來自全國各地的教師以民間自發(fā)的形式來參加教學(xué)研討會，大部分教師自費(fèi)參加教研的情況在全國是很少見的，這正是圍繞著課程的教師圈子力量的體現(xiàn)。今年，創(chuàng)客教育（www.edumaker.org）網(wǎng)站將致力于建設(shè)以明星教師課程為核心的教師圈子，并形成有效的造血機(jī)制。

● 從STEM到STEAM：將藝術(shù)融入到STEM視野下信息技術(shù)課程實(shí)施的全過程

從STEM教育視野下看信息技術(shù)課程的變革絕對不是要將信息技術(shù)課程變成一門干巴巴的理科課程，其中藝術(shù)和設(shè)計的元素在信息技術(shù)課程的教學(xué)設(shè)計中是一條貫穿始終的線索，因此有學(xué)者指出有必要從STEM到STEAM，將藝術(shù)（A）和設(shè)計的元素融入到信息技術(shù)教學(xué)中，藝術(shù)給了STEM領(lǐng)域的作品豐富的表現(xiàn)力，而設(shè)計則連通了從STEM領(lǐng)域到產(chǎn)品原型之間的橋梁。我們之前常用的以學(xué)生作品的形式評價學(xué)生的做法，好的作品和差的作品之間的差異，往往是其藝術(shù)表現(xiàn)力和設(shè)計創(chuàng)意之間的差距，在評價方面，如前文所述，在信息技術(shù)課程中引入軟件比較報告和實(shí)驗(yàn)報告這兩種評價方式，在這些評價方式中，同樣還要將作品的質(zhì)量和藝術(shù)表現(xiàn)力作為一個評價的指標(biāo)。

● 緩進(jìn)而慢行：以豐富的選修課程逐步促進(jìn)必修課程的變革

對于信息技術(shù)課程變革的路徑，我們顯然不希望它是一場革命，2008年剛剛工作的我參與了新課程高中五個選修模塊的培訓(xùn)，選修模塊的內(nèi)容對于很多教師是全新的，因此要學(xué)習(xí)的東西太多，在之前沒有足夠的鋪墊，所以導(dǎo)致后來教師們接受新的選修模塊較為困難，人工智能模塊和數(shù)據(jù)庫模塊的教學(xué)現(xiàn)狀就是一個明顯的例子。因此，有必要先在指導(dǎo)方向上給出一些趨勢性的建議，并不急于對必修內(nèi)容做大的變動，但在豐富的選修課程方案以及選修課程教師圈子的推動下，逐步促進(jìn)必修內(nèi)容的變革，緩進(jìn)而慢行，恐怕是比較合適的課程變革之路。