基于STEM理念的初中信息技術教學設計

李鈿鈿 周雪嬌 劉續

摘要：STEM教育有利于創新人才及科技人才的培養，在信息技術學科中融入STEM教育理念，能夠促使學生學會整合多個學科的知識，提高學生的探究能力和創新能力。該文首先以建構主義理論和情景學習理論為理論基礎，對STEM教育以及教學設計的概念和內涵進行了界定;其次，以初中信息技術Scratch編程課程為例，較深入地對信息技術課程教學目標以及學生進行了分析;最后，基于STEM教育理念，以《趣味彈力球》為例進行了教學活動的案例設計。通過具體的案例設計將STEM教育融入初中信息技術課堂中，以期為信息技術的教學提供一種新的思路。

關鍵詞：STEM教育;教學設計;信息技術課程

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）04-0137-03

我國基礎教育階段信息技術課程的總目標注重培養和提升學生的信息素養，培養學生利用信息技術解決問題的能力;強調教學要聯系學生的實際情況，設置適當真實的學習任務、典型案例或研究課題，引導學生在自主探究、合作學習過程中將“學習技術”與“使用技術”融合在一起，達到學習的目的。作為培養學生的創新能力和實踐能力的一種新的教育理念，STEM教育正在被各地區的中小學中開展，并且取得了很多成果。但是在中小學開展STEM教育的過程中又存在著一些認識誤區。例如：

1）當前許多學校開展的機器人課程與STEM教育存在著一定的差距——STEM教育是在全體學生中開展，而機器人課程僅是針對部分學生;STEM教育強調課程間的融合，對硬件要求不高，而機器人課程則對硬件條件有較高要求。

2）目前，許多學校認為開展STEM教育會占用學生的學習時間，影響學生的學習成績[1]。

3）STEM教育要求教師除了具備教師的基本能力之外，還能滿足跨學科的要求，并能重視學生應用跨學科的知識和能力來解決真實世界中的實際問題，目前具備跨學科整合技能的教師仍較為缺少[2]。

1 初中信息技術課程分析

1.1 初中信息技術課程特征分析

1）發展性：隨著信息技術的日益發展，3D打印機、Arduino硬件、編程軟件也開始進入中小學信息技術的課堂之中。“互聯網+”時代的到來，給教育提供了新的發展與挑戰。雖然不同地區的經濟發展水平與教育的發展狀態不平衡，但培養學生的信息素養依舊是開設信息技術課程的目的，信息技術課程中的教學內容也是具有普適性的。

2）綜合性：與其他課程相比，信息技術課程具有很強的綜合性。它涉及多個基礎學科的相關知識，具有學科課程、綜合課程和活動課程的特點。學生在信息技術課程中，將學會融合各學科的知識來發現問題、分析問題并解決問題。

3）實驗性：實驗性是信息技術課程的主要特征，上機操作是學生掌握知識、練習知識的必備途徑。學生信息素養的培養不僅要求學生掌握書本上的陳述性知識，更重要的是讓學生在上機操作中掌握程序性知識。

4）趣味性：信息技術課程是一門趣味性極強的課程。在教學過程中，教師應合理地組織教學活動、設計有趣的教學環節、搭建合理的教學情境、充分利用計算機的趣味性，激發并培養學生對計算機的興趣，這與STEM教育的跨學科特點重要組成部分之一，即工程與信息技術課程的特點是相符的。

1.2 初中信息技術課程內容分析

初中階段是小學和高中的過渡階段。在小學階段，主要設置激發和培養學生學習興趣的綜合課程;初中階段設置分科和綜合相結合的課程，讓學生在學習興趣的基礎上學習提高其自身信息素養的課程內容;高中階段更加注重學生學習的專業性。初中信息技術課程內容大體分為以下幾個部分：信息技術基礎、計算機軟硬件、Office、網上沖浪、多媒體作品制作、網頁制作。而初高課程內容應具有銜接性，考慮到初中生已經具備了一些基本的信息技術知識，采用螺旋式的課程內容組織方式，課程內容的選擇應既要基于間接經驗又要結合學生現實生活及需要，同時為高中階段信息技術的學習奠定基礎。

STEM教育強調在真實的情境中，采用任務驅動式的學習方式，運用相關學科的知識來分析問題和解決問題。而初中信息技術課程內容正是要求學生在實際操作中掌握相關的學科知識、提升自己解決問題的能力，提高自己的創造能力。

2基于STEM教育理念的初中信息技術教學設計案例

2.1 學習者特征分析

本研究的教學對象為某地級市一所初級中學的學生。該校有著優秀的教學傳統，對信息技術教學的重視程度較高，注重引導學生將理論與實踐相結合，培養學生的創新能力和動手能力。

1）學習者初始能力：學習者在學習本節內容之前已經學過了Scratch基本功能模塊并且能進行較簡單活動的編程;在Scratch中的對象是由學習者自動繪制和選擇的，需要運用到一些幾何圖形;學習者在其他設備上均玩過彈力球游戲，且對該游戲中的操作較為熟悉;該校的初中生對Scratch編程保持著較高的積極性，且具備了一定的探究能力。

2）學習者一般特征：學習者樂于學習Scratch編程，認為編程有利于邏輯思維的鍛煉和培養;學習者對游戲設計保持著較高的學習探究能力，且經常參加各種編程競賽并取得過良好的成績。

3）學習者學習風格：學習者在平時的學習過程中能夠進行小組合作學習，能夠通過合作和競爭不斷地提高自己的技術水平。他們在掌握所學編程內容以及運用編程知識時的方法不盡相同。初中的學生思維活躍、模仿能力強，信息技術課程的中的編程教學就是要激發學生的學習興趣、鍛煉學生的邏輯思維、提高學生的動手實踐能力。因此，基于STEM的教學過程將理論和實踐結合起來，有利于激發學生的學習興趣。

2.2 教學內容的選取與分析

本研究在教學設計前端分析的基礎上，依據STEM教育理念，以《趣味彈力球》為主要研究對象，分析了本節內容與STEM教育理念中的科學、技術、工程和數學領域中相關的知識和技能，重點學習如何綜合運用動作、數據和控制模塊組中的命令;教學內容與學生的生活有著密切的聯系，有利于激發學生的興趣培養學生的創新和動手能力。通過基于STEM教育理念的教學設計流程來進行彈力球Scratch的編程，最終讓學生對自己的編程作品進行匯報，教師進行總結。

2.3 STEM教學目標設計

根據對教學內容學習者的分析進行教學目標設計，形成學科和目標領域間的二維矩陣教學目標[4]，如表1所示。

2.4 學習活動設計

“趣味彈力球”的教學由進入情境與提出問題、探究學習與數學應用、工程設計與技術制作、知識擴展與創意設計、作品展示和總結評價等五個活動展開[5]，共3個課時。學生利用Scratch中的功能模塊，將彈力球運動的整個流程拼接表示出來，活動過程中3～4人一組。

1）第一課時

①活動一：進入情境，提出問題

設計意圖：通過視頻播放或者游戲演示，使學生進入真實的情境中，幫助學生更好地了解彈力球的運動以及自行歸納出彈力球游戲規則，以此激發學生的學習興趣;在此基礎之上，引起學生在Scratch中設計游戲的欲望。

進入情境：教師給學生提供彈力球游戲的相關視頻或者在電腦上操作演示彈力球游戲;并且在真實的教學情境中通過彈力球實物幫助學生理解彈力球的運動。學生認真地觀看視頻或觀察教師的演示，逐條總結出彈力球游戲的規則，并通過游戲，將彈力球游戲的規則牢記在心;

提出問題：通過視頻或實物的演示，教師向學生提問彈力球的運動規律，總結出彈力球游戲的規則;

觀察體驗：教師讓學習親自感受彈力球實物，實操一下彈力球游戲;

制定任務：教師針對學生的情況進行異質分組，3～4人為一組，要求學生在Scratch軟件中構造出彈力球游戲模型，并不斷完善。

②活動二：探究學習，知識應用

設計意圖：讓學生展開積極的思考，幫助將其他學科的知識運用到彈力球游戲的設計中。

教師提問，游戲中小球是向下落的，如何表示？小球碰到接板彈起時的角度是怎樣的？如何使接板只能水平方向移動？

學生答，這就需要我們去探索“面向”功能模塊中的角度設置范圍了。小球彈起時的角度是與它剛與接板接觸的角度相關的，有點像在物理課中學的光的反射。使接板水平移動的話，就用到了數學知識，使接板的縱坐標保持不變，橫坐標可在操作界面允許的范圍內變動。

③活動三：工程設計，技術制作

設計意圖：通過小組合作的方式完成該項目，使學生解決問題的能力和動手實踐能力得到充分體現。通過小組間的交流合作促使學生不斷提升。

教師在教室內巡視并觀察學生的設計，確保每位學生都能完整地完成編程，對學生在設計過程中出現的問題進行記錄。

學生明確小組任務，即初步在Scratch軟件中進行彈力球游戲的編程;其次，學生研究給出該游戲的設計圖，明確該游戲結構以及所需要用到的功能模塊;明確了游戲結構以及所需的功能模塊后，小組討論分工，每個學生都要編寫彈力球游戲的完整程序;各個小組在完成本組的游戲設計后，可與其他小組進行交流，不斷改進程序設計。

2）第二課時

活動四：知識擴展，創意設計

設計意圖：充分發揮學生的想象力，培養學生的創新精神;培養學生解決問題的能力。

①在Scratch中記錄小球在接板上彈起的次數;②當彈起的次數達到3次后，出現第二個彈力球，增加游戲難度。學生組成小組討論創新方案（可以有多種方案），在已設計好的彈力球游戲的基礎上進行設計。過程中教師巡視，幫助引導學生。

本環節教師要給學生自我發揮的空間，鼓勵學生在已設計好的彈力球游戲的基礎上，大膽想象（比如對游戲背景界面的優化、對障礙物的設計、增加游戲難度等）

3）第二課時

活動五：作品展示，總結評價

設計意圖：促使小組成員和學生個人對項目和作品形成清晰的認識。

l請各個小組分別展示設計的游戲，并請他們說出這樣設計的緣由;教師對學生的基礎知識、任務完成、創意設計等內容進行評價，最后對整個班級學生項目的完成進行總結。

l學生分組展示該組的游戲設計，對創意設計進行說明，并對小組成員在設計過程中出現的問題進行總結反思。

l學生按照要求將文件重命名并將其安放在指定文件夾內，教師通過多媒體將每個學生的作業收回并保存。

2.5學習評價設計

評價主體為教師和學生，既對學生個人進行評價也對小組團體進行評價，評價量表如圖1、圖2所示。

3結語

本研究從初中信息技術學科特點出發，較深入地對信息技術課程、教學目標以及學生進行了分析，將STEM教育理念融入信息技術課程教學設計中，設計了教學活動環節在整個教學過程中做到以學生為中心，鼓勵學生通過合作學習充分發揮自身的創造能力來完成“趣味彈力球”游戲的設計。相信隨著國內專家學者對STEM教育的不斷研究，STEM教育會更好地與課程相融合，從而培養學生解決實際問題的能力，更好地促進學生的發展。

參考文獻：

[1] 郭斌.中小學開展STEM教育的認識誤區及實施建議[J].教育科學論壇，2018（32）：18-21.

[2] 王素.STEM教育需要怎樣的教師[J].教育家，2017（48）：84-85.

[3] 崔允漷.教學目標——不該被遺忘的教學起點[J].人民教育，2004（S2）：16-18.

[4] 張屹，趙亞萍，何玲，等.基于STEM的跨學科教學設計與實踐[J].現代遠程教育研究，2017（6）：75-84.

[5] 李克東，李穎.STEM教育跨學科學習活動5EX設計模型[J].電化教育研究，2019，40（4）：5-13.