基于STEAM的高中信息技術項目式學習設計研究
——以“開源硬件與生活”為例

文｜劉亞

在新課標指引下，高中信息技術課程教學方式和內容等也都發生了變化。構建基于 STEAM項目式學習模式，必須明晰項目選擇、方法選用、實施操作和項目評價等操作過程，這對提高學習效果和教師對STEAM教育本質理解都有重要意義。

一、項目式學習緣起及發展

立德樹人是我國教育發展最終目標，為此要將教育重心置于素質教育，而素質教育落地要以學生核心素養培養為突破口。這些目標實現須從現實問題出發，尋求解決問題關鍵，項目式學習恰好是解決問題途徑之一。

首次提出“項目式學習”是克伯屈，他認為要在有明確目活動中進行教學。“項目式學習”一經提出便受到國內外學者熱議與研究。在國外，美國巴克教育研究所界定了項目式學習概念：項目式學習是以課標為核心教學方法，學生在課程學習過程中以小組為單位對設計項目進行思考、探究和規劃，最終設計出作品，實現教學目標。BIE提出設計項目式學習活動“6A”參考框架詳細列舉了項目式學習應該遵循準則與應該注意問題，給予一線教師一定參考。在國內，胡慶芳等認為項目式學習是基于某一學科教學模式，旨在營造有意義任務完成過程。在這一過程中，學生以小組合作方式開展主題探究活動，最終設計出作品并進行展示。

綜合國內外學者對PBL定義，其最終都指向幾個共同要素：學科支持、驅動問題、協同合作、探究學習、成果展示。其中后四個要素是PBL區別于傳統講授式教學最鮮明特點。

二、基于STEAM項目式學習

基于STEAM項目式學習可以培養學生在高科技知識型社會中生存能力。擁有這些生存能力，學生就可以成為自己學習過程中督促者和負責者，而熟稔項目式學習教師只是指導者和輔導者。教師應圍繞21世紀技能設計培養目標，建構課程模塊及主題，在STEAM教育理念構建項目式學習等學習形態，確定課程主題，設計并且統籌規劃課程。

基于STEAM項目式學習使得學生在差異化學習方式間游刃有余。不同學習背景和學習風格對知識建構存在一定影響，學生在解決問題過程中應該相互溝通各自方案和使用到方法。當學生專注于學習知識內容和訓練技能，并且能夠對這些知識和技能加以轉化和運用時候，學生學習水平就達到了高層次。

基于STEAM項目式學習幫助學生將其學到知識進行舉一反三運用到實踐中，可以對學生進行內容豐富綜合性教育。學生學會如何探索現實問題和知道如何應對未來挑戰，同時通過小組合作學習方式訓練學協作學習技能。學生對自己所學科目具有更加深入理解，這種學習方式相較于傳統教育教學方式，使得學生可以輕而易舉了解、理解及掌握所學知識點。

三、STEAM教育理念下項目式學習模式構建

項目式學習以問題為驅動，以學習者協作探究學習為屬性，在問題探究過程中讓學生獲得知識，構建新認知體系。國內研究者對項目式學習關注大多在教學模式方面。張文蘭等人在網絡環境下基于課程重構理念，將實施流程分為確定項目——制定計劃——活動探究——作品制作——成果交流——總結評價六大步驟。本文以張文蘭項目式學習六步驟為基礎，以蘭州市某高中高一信息技術課程中“開源硬件與生活”項目為例，詳細論述以STEAM教育理念為本項目式學習教學過程，并且在這個學習過程中培養學生計算思維，包括分解思維、抽象思維、算法思維、評估思維、概括思維以及遷移思維。

（一）確定項目，點明學習目標

項目是由驅動性問題確定。在本節課程中，教師以學生在日常生活中經常遇到問題為例：“學習到筋疲力盡學生不想再下床關燈，這個時候應該怎么辦”。教師創設一個真實情境，學生根據問題感知項目要解決問題，了解問題出發點，達到問題聚焦結果。學生思考解決問題方式，教師在旁提示，引導學生利用遙控器解決問題。在該環節中教師創設問題情境，呈現項目主題，明確項目最終目標，引導學生學會使用計算思維解決問題，將現實問題抽象化，把大問題進行分解，建立解決問題模型，分析和組織需要數據。

（二）聚焦問題，了解工作原理

工作原理是解決整個項目科學理論基礎。首先讓學生描述自己提出解決

方案運行原理。在這個過程中學生可以利用網絡或者教師發放教學資料進行搜集自己所需要知識。經過五分鐘思考之后，教師請學生講述自己所使用原理，其他同學可為其進行補充，培養了學生分解思維。教師最后可以綜合同學回答，講述項目所使用原理。

（三）抽象問題，分析項目數據

項目式學習設計問題是存在于具體情境中非良構性問題，難以確定其邊界，為了得到解決問題方案，需要收集大量信息，提取關鍵因素。在分析過程中，教師引導學生進行換位思考，站在使用者角度分析產品功能，如：你希望“遙控器”具有哪些功能？你怎么設計好“遙控器”？引導學生從眾多信息中概括出自己所需功能，并表達出來，在這個過程中訓練了學生抽象思維，學生將數據分析之后填寫下列表格。

（四）設計算法，完成作品創作

算法設計是項目進行保障，遵循可行性和科學性原則?？尚行允侵冈O置目標合理，在現有條件基礎上保證項目目標清晰、方法可行、能夠操作。科學性是指依據現實情境，在客觀數據支撐下進行設計，避免依據主觀判斷而導致過程不嚴謹和結果不合理。在本環節中是以實踐為主，教師引導學生進行代碼編寫，引導學生進一步認識技術要點，運用算法思維實現遙控器控制燈開關問題，并及時解決代碼編寫過程中問題，優化算法。

（五）驗證測試，上傳調試作品

學生完成作品設計后，要進行作品展示。在整個班級交流及展示過程中，展現學生思想與創新思維。教師要求學生對展示作品同學進行簡要評價，這可以使學生進行高階思維思考，反思自己作品優劣。對于項目來說，測試程序，返回修改，是一個必需步驟，這也是培養學生回溯思維重要方式。

（六）歸納總結，遷移推廣作品

在這個環節中，教師根據學生實際操作后結果提出新問題，新問題逐漸深入，對所學知識進行總結探究，引導學生總結經驗，結合生活延伸學習深度。通過學生不斷思考，學生智力水平和設計能力逐漸走向深化與創新，這是知識拓展關鍵之處。在本環節中，學生可以盡情發揮自己想象力，進行知識遷移推廣，這也培養了學生遷移思維。

四、課程教學實施效果分析

通過觀察課堂、對比學生作品、教師訪談，教學實踐取得教學效果有以下幾方面。首先學生反饋情況優秀、課堂氛圍好。其次是學生完成任務效率高，在整個課堂中，學生完成作品速度很快、質量很高。再次教師支持行為更為高效，師生關系更為融洽教師對學生進行個性化輔導，師生之間溝通交流簡潔、有效，教師反饋消息及時，更易滿足學生學習期望。雖然利用項目式教學提高了教學效率，但在實踐中也出現諸多問題。在項目式學習中，學生自主操作占據大部分時間，師生之間溝通被削弱。教師任務加重，在這個課程中要求教師時刻關注學生動態，對學生進行及時指導，使不同發展水平學生得到各自發展。最后，項目式學習主動權在學生手里，若要滿足學生個體及整體需求，這就要求教師具有較高職業素養。

五、結語

在高中信息技術課程教學過程中要落實對學生計算思維培養，教師需要在信息技術教材中深入挖掘計算思維，并根據教材設定計算培養目標，恰當使用教學策略，設計學習活動。具有計算思維學生在遇到現實生活中問題時，會根據生活經驗對問題進行分析并加以抽象化，明確解決問題任務需求，將大問題化解成小問題，設計解決問題方案并加以實施，在不斷修正過程中，逼近問題解決，從而提高學習能力和學習效果，提升學科核心素養。