信息技術與農村初中STEM教育及創客教育 融合應用的研究與實踐

王煒程

【摘 要】針對農村初中教育環境現狀及開展多學科融合教育的實際困難，提出適合農村地區的初中STEM教育及創客教育的淺層、中層和深層三個與信息技術相融合的層次與基本方法，包含了盡力縮小城鄉差距、信息化工具選擇、信息素養培養等多個方面內容。并通過近幾年的實踐結果，證實了其具有可操作性和有效性。對存在的問題提出改進方向，為進一步拓寬覆蓋面、提高適應性做好準備。

【關鍵詞】信息技術;農村初中;STEM;創客教育

【中圖分類號】G434? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2022）02、03-044-03

STEM教育及創客教育的基本核心是通過項目式的“造物”形式，在解決現實世界問題過程中，讓學生自發地建構起科學、技術、工程和數學等多個學科的知識、技能，同時培養其將原本分散的多學科融合的能力和團隊協作精神。

而目前所實行的是分學科的教學，且各個學科之間相對比較獨立，學生大部分時間都在反復地刷題，以期在這些學科的考試中取得好的分數，進而考上“好”的高一級學校。但遇到真實問題后卻一籌莫展，這就是目前我們的教育偏重知識，忽視技術和能力的結果，也是長期的應試教育環境造成模仿能力取代了創新能力的結果[1]。

這一現象在農村地區的學校尤為明顯，普通工薪階層及農民普遍認為讀書無用，要么認為只要考出好成績，考上好學校，將來就能“有出息”。而事實是即使進入了好的大學，畢業后仍然很難真正出人頭地。相比城市出來的學生，大部分農村出來的學生甚至找工作都很困難[2，3]，這就進一步加劇了讀書無用論的蔓延，進一步降低了農村學生的競爭力。這當然是有很多原因的，除了社交能力、父母人脈背景、自身人格素養等以外，其中一個很重要的因素是雖然學習了很多理論知識，但并不知道如何運用在實際問題中，不能提出創造性的解決辦法。

又因為教育資源在城鄉間的不平衡，比如創客空間、科技館、青少年科技活動中心等設施大部分集中在城市[4]，所以要提高農村學生的競爭力特別是其在21世紀的國際競爭力，就非常有必要在農村地區推進STEM及創客教育，培養他們的創新能力。

農村初中信息技術與STEM及創客教育融合的層次

多學科融合的教育如前所述比較適合運用項目式的教學模式[5，6]，讓學生在實際問題中學到多個學科的內容，更重要的是要培養其對所學知識的融合應用能力。而進入信息時代以來，很多創新活動都是和信息技術息息相關的，甚至起到了決定性的作用，因此如何將信息技術與STEM教育及創客教育融合，并使其達到效能放大的作用就非常重要了。目前根據筆者的實踐經驗，主要總結出下列幾個層次。

1.淺層融合

在農村初中開展這些教育首先要解決的是縮小與城市學校的信息來源、資源等方面的差距，這個方面目前可以通過互聯網得到部分的改善。有了網絡便可以直接查閱到世界上所有未被屏蔽的新技術、新方法、新進展，與世界最前沿的思想接軌，同時也可以通過網絡購買到本地區缺乏的“原材料”等。所以，在農村初中開展這類課程一般均可將計算機教室作為主要活動場所，同時利用如計算機教師辦公室、機房空閑區域、原有的勞技教室等作為創新教育的場所。

2.中層融合

信息技術與創新教育的融合并不僅僅是查閱資料、設計效果圖等淺顯的應用，更多的應該是引導學生將自身所具備的信息素養與創新中所要解決的問題進行融合。

（1）現在很多實際的創新項目都涉及軟件，主要是控制代碼的編寫。這就需要學生具備較強的通過編程解決某個問題的能力，而實踐中發現初中生已經可以通過在某些實際場景中解決問題而培養出較強的編程能力。在編程語言選擇方面，筆者的經驗是在創客社團等能力較強的學生群體中，選用像C/C++/C#這些通用性較強、功能相對更全面的語言;編程能力較一般的學生可以選用Python。

（2）因為沒有現成的機械結構件，針對每個項目就要求學生自行設計并制作。目前階段比較適合初中學生的就是3D打印技術了，這就需要學生具備一定的空間幾何抽象能力及計算機3D建模能力，熟悉某個或多個工業級建模軟件，能將需要的結構件設計并建立3D模型，再打印出成品。這一過程中除了軟件的操作外，工程制造的經驗也非常重要。這些過程不僅能充分發展學生的信息素養和提高他們的空間想象能力，也極大地提升了項目實施能力，培養其工程思維。

（3）有些項目中的部分或全部零件需要承受來自某個方向上一定的力，這就需要學生能夠預先測算出力的大小、方向以及所設計的零件結構和所用材料是否能夠承受等。但這里有很多知識超出了初中階段學生的水平，所以也就需要充分發揮信息技術的優勢，利用相關軟件，如有限元與多物理場軟件對其進行仿真分析。信息技術的合理融合應用可以彌補學生知識的不足，同時激發其進一步探索學習的欲望。

（4）除了在開發、制作階段外，有些項目的測試及改進過程也可以融合大量的信息技術要素。例如，某個項目中的主承力零件在一次次測試中，運用Excel的多項式擬合功能不斷修正其高次曲線方程進而改進設計。

除了上述這些融合外，肯定還存在其他很多互相融合促進的方面，這就有待在進一步的發展過程中不斷探索、不斷融合。

3.深層融合

STEM及創客教育的項目來自于實際生產、生活，而深層次的融合涉及了對項目問題的判斷力，即這些項目中的問題是否能夠或需要用信息技術的手段來解決？融合了信息技術能得到什么優勢？能填補多少自身的不足？可以通過什么樣的信息技術手段來解決？等等。由于這些項目問題來自于生活，所以學生也很自然地從生活中尋找靈感。

前面兩個層次的融合比較具有可操作性，只要教師有這方面的素養并適當引導學生便可實現，但第三個層次的融合就需要長時間在大量的實際項目熏陶下才能逐漸地培養起來，進而充分發揮信息技術帶來的優勢。

實施信息技術與STEM及創客教育融合教學的方式與初步實踐效果

1.在各層面實施融合教學的方式

因為中考的壓力及前述原因，在農村初中全面鋪開是不現實的，可嘗試先以創客類社團為支點，帶動部分年級，再逐步帶動全校的基本路線。

教師自身必須具備將信息技術與STEM及創客教育融合的思維，必須具備一定程度的信息素養，最好是能夠引入專業人才。

2.初步實踐效果

目前沒有公認非常有效的具體評價體系，所以暫以競賽獲獎及專利作為評價標準。最近幾年獲創新創客類省級和以上獎項的項目為：全國一等獎3個、二等獎2個、三等獎2個;省一等獎3個、二等獎1個、三等獎1個;其中部分項目已獲實用新型和發明專利。這既是一種保護，同時也是對學生的鼓勵，激勵其創作出更多對生活、生產具有實際價值的作品，這應該也是各國目前都在努力推進STEM教育和創客教育的初心所在。

師資培養方式及一線資源使用權限改進方案探討

上述模式的運作雖然已經取得一點成績，但仍然有很多需要改進的地方，比如在師資方面除了引進人才外，教師不斷地提高自身多方面素養也很重要。

同時也需要適當提高一線的經費使用權，因為有時有了某個想法需要馬上進行驗證，否則就會貽誤最佳靈感時機，這也就是為什么習近平同志曾指出“要尊重科學研究靈感瞬間性、方式隨意性、路徑不確定性的特點”[7]。筆者目前設想是否能通過信息手段使這些流程的效率得到提升，當然，這也涉及財務制度等問題，需要進一步斟酌并靈活處理。

在21世紀，伴隨著全球化和知識經濟帶來的機遇和挑戰，科技創新越來越重要，這決定了未來國家綜合國力的提升及國際競爭力的增強，而科學技術的進步和國家競爭力的增強很大程度上取決于科技和工程人才的培養，其最本源的根基在基礎教育[7]。而STEM及創客教育便是我國基礎教育改革的方向，其與信息技術的關聯比較緊密，特別是創客文化有一種視角認為是直接起源于歐美20世紀八九十年代的黑客（Hacker，不是駭客）運動并結合了美國的車庫文化[8，9]，所以與信息技術的融合有著得天獨厚的優勢。

與信息技術相融合的創新教育能在很大程度上縮小城鄉差距，特別是在目前新冠肺炎疫情的形勢下，可以借鑒“OMO模式”[10]，為農村地區多學科融合教育水平的提高打下堅實基礎，同時也為我國大部分農村地區提升STEM及創客教育水平提供機遇。只有廣大農村地區的創新教育得到切實提高，才能真正提升未來我國的綜合競爭力。

參考文獻

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