探析STEM教育理念下高中信息技術核心素養培養策略

摘 要：近幾年STEM與中小學教育的研究較多，很多學科的研究都具有借鑒與參考意義。對高中信息技術學科而言，在實現高中信息技術核心素養培養的過程中，也可以將STEM理念融入，由此形成更加綜合性的核心素養培養格局。文章結合高中信息技術核心素養培養中STEM理念的融入案例，先論述STEM教育理念融入高中信息技術核心素養培養方面的邏輯情況，接著對STEM高中信息技術教育目標、STEM實現教學過程的優化、STEM理念優化教學評價等方面的策略進行探究。

關鍵詞：高中信息技術;STEM教育理念;核心素養;素養培育

STEM強調多學科的交叉融合，倡導綜合性教學、跨學科教學，這與新時代發展的知識和技能訴求綜合化是吻合的，即倡導將科技元素、工程元素、人文元素、數學元素、創新元素、合作元素和交流元素等融合起來，形成綜合性的素質教育格局[1]。STEM教育打破學科壁壘，從宏觀上規劃學科之間需要解決的復雜問題。教師在不同學科各自教學指導中整合各科優勢為學生提供逼近真實、富有現實意義的學習情境，以利于學生高階思維與積極情感投入，從而全面提升學生知識、技能與情感意志方面的核心素養。文章基于高中信息技術教學經驗，在高中信息技術教學中就如何落實STEM教育理念進行探討。

一、STEM教育理念融入高中信息技術核心素養培養的邏輯初衷

《普通高中信息技術課程標準》（2017版）明確提出，高中信息技術學科有著通用技術學科的課程特點，與其他學科相比，有著更強的包容性，可以很好地實現各個學科知識的融合，繼而構建跨越式的學科教育體系。因此，在高中信息技術學習的時候，可以將多學科的理論知識、技能等融入，確保架構科學、數學、物理、人文、倫理和藝術學科的綜合教育環境[2]。對學生而言，在這樣的學習格局中，夯實的不僅是專業學科的知識體系，還引導綜合性素養和能力得以鍛煉。高中信息技術核心素養培養，要求高中信息技術教育教學中將信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任等板塊融入，由此確保實際信息技術核心素養培養朝著更加明確的方向發展。從本質上來看，STEM教育理念與核心素養培養理念之間是吻合的，兩者都倡導綜合性教育，希望可以在教育目標靶向設定、在教育內容跨學科豐富化、在教學方法不斷優化的過程中，讓高中學生信息技術核心素養能夠得到全面發展。為了改變這樣的局面，需要切實地將STEM教育理念與高中信息技術核心素養培養關聯起來，確保高中信息技術教育的質量得以不斷提升，素養得到更好鍛煉。

二、STEM教育理念下高中信息技術核心素養培養策略

STEM教育理念與高中信息技術核心素養培養的融合，是一項系統化的工程，需要在教學目標、教學內容和教學方式等多個角度來進行嵌入，以確保形成更加理想的核心素養培養環境。面對這樣系統化的工程，就需要形成工程精細化管理的價值觀念，繼而切實做好不同版塊的優化，由此循序漸進地實現新的高中信息技術核心素養培養體系的構建。下面以“計算機解決問題的過程——組件樓道里的人體感應燈”知識點學習為例進行探討。

（一）基于STEM的教學目標重塑

在教學目標重塑過程中，其本質就是將STEM理念與高中信息技術核心素養關聯起來，由此架構全新的高中信息技術教育教學目標體系[3]。要想將本課難點知識“了解流程圖的規范表示，算法的描述”通過STEM理念給呈現出來，在課程中需要將其歸結為如下目標：

1.科學維度的目標。認識生活中常見的感應燈，對不同類型的感應燈的運行機制進行歸結，學會去探討不同類型感應燈的造型、使用場景、能耗等;在觀察活動中可以小組合作的方式來進行，找到不同類型的感應燈，然后去進行拆解，拆解之后去分析對應感應燈由哪些部分組成、制作原理是什么。上述的教學目標設定，在于養成高中學生科學嚴謹的學習素質和習慣，可以將其歸結到信息意識中去，就是在不斷收集和獲取信息的基礎上，利用互聯網中更加多的資訊，確保自己對對象的認知進入到更加深刻的狀態。

2.技術維度的目標。能夠使用算法的概念去尋求解決問題的方案，巧妙地將算法技術融入;學會使用python語言編寫技術，對程序語句的效能進行歸結，并且演示對應的效果;能夠綜合使用mixly軟件和開源硬件，實現對應實驗過程的模擬，繼而確保計算機解題方案得以生成。在上述的技術使用過程中，可以使得學生計算機解決問題的能力得以提高，確保自主學習素質得以發展，讓學生去感受計算機思維、數字化學習和創新的魅力，繼而確保此方面的技術素養得以發展和進步。

3.工程維度的目標。將感應燈的設計制作作為一個工程，要求學生使用甘特圖界定清楚項目啟動階段、計劃階段、執行階段和收尾階段，在小組交互中確保生成對應的甘特圖，制訂詳細的工程進度，后續的各項工作都需要依照上述的甘特圖的基準來開展，繼而使得學生能夠形成更加嚴謹的工程思維，工程管理的意識和能力也會在此過程中得到增強。在這樣的教學板塊中，有助于學生對工程項目結構產生興趣，對學生數字化學習和創新素質發展是很有幫助的。

4.數學維度的目標。學生掌握使用流程圖來進行算法的描述，將感應燈的功能進行界定。白天的時候，光亮大于600，此時感應燈不亮;光亮小于600，此時周圍有人活動，感應燈就會亮起;如果周圍沒有人活動，感應燈就不會亮。學生在上述問題探討中，可以使其數字化學習和創新素養得以鍛煉，計算思維素養也進入到更加理想的發展形態。這里需要引入高中數學中關于算法的知識，引導學生如何用計算機的語言去理解，引導學生怎么用流程圖去展示算法過程。

（二）立足STEM實現教學過程的優化

在基于STEM理念的教學目標體系構建之后，就需要切實將其貫徹執行到實際的教學中去[4]。詳細講述，本次課程的步驟為：第一，創設對應的情境，導入新課程，播放一段小視頻（夜深人靜的時候，樓道里的燈一直亮著的現象），引導學生思考如何改進樓道里的燈，引出樓道里的人體感應燈。學生觀看視頻，回答問題。此板塊的價值在于：觀察學生對此問題的認識，引導學生獲取和分析信息，培養學生的信息意識。其實信息技術與生活息息相關，教師展示當下比較常見的樓道感應燈的場景，旨在以簡單的生活運用將學生的思考引入本課學習。

第二，分析具體問題，對實際項目“如何改進樓道里的燈”需求進行分析。引導學生按小組分析問題、寫出解題步驟。以“節能環保”為主題，考慮生活中傳感器的應用，簡單介紹傳感器。學生以小組為單位，分析問題，明確需求，寫出求解問題的解題步驟。此板塊會將學生信息意識和計算思維作為焦點。在一段時間之后，教師會對學生的分析進行點評，并且實現解題步驟的歸納。分析問題過程中，教師需要引導學生思考如何將問題逐步分解，采用小組合作方式一一將問題予以解決，遇到關鍵問題要通過集體智慧進行解決，將計算機知識解決策略有效融入其中。

第三，鼓勵學生去進行算法的設計。引出算法的概念和算法的描述方法。算法概念：解決問題的方法和步驟。算法的描述：自然語言進行描述和流程圖描述。讓學生以分組的方式，使用自然語言來分析不同情況下的訴求，再將其轉化為流程圖語言，繪制流程圖，生成算法描述。算法學習是高中數學學習內容之一，考慮到部分學校數學算法學習或許還沒有教學，因此教師需要跟學生介紹簡單的數學算法知識，這樣學生在解決本課中的實際案例才不會覺得陌生。當然也可以提前跟學生的數學教師溝通，在這節課前先上一節數學算法課。

第四，編寫代碼，進行代碼的調試。演示用python語言編寫的程序，對照解題步驟解釋程序語句的作用，演示并點評部分學生程序，每位同學都啟動python IDL程序設計環境，輸入程序代碼，并調試運行，檢測結果。在合作交流的基礎上，結合mixly軟件和開源硬件，完成模擬實驗。寫代碼的知識很多學生在初中有接觸，當然教師也可以課上直接補充這節課遇到的代碼知識，或讓能力較強的學生引導其他學生怎么寫代碼。在這部分引導學生講解計算機解題過程中，可以培養學生合作、自主學習的能力，讓學生了解計算機解題的過程和優勢，認識生活智能化、信息化的魅力，培養學生計算機思維和數字化學習與創新意識，激發學生學習編程的興趣。

第五，小結階段。需要讓學生明白，在計算機解題的基本過程中學會算法的編寫，感受算法的魅力。

很明顯，在上述教育教學的過程中，教師可以很好地借助各個板塊的架構，處理好STEM理念與高中信息技術核心素養之間的關系，整個課堂內容充實，教學方法靈活，充分體現出以學生為本的教育理念，課堂氛圍也達到了理想的狀態，這樣自然可以使得高中信息技術核心素養的培育進入更加有效的狀態。

（三）巧用STEM理念優化教學評價

STEM理念與高中信息技術核心素養的融合，不僅要從教育內容和教學方式的角度來進行，還需要從教學評價機制改善調整的角度入手，這樣才能夠進入更加高質量的信息技術教育教學格局[5]。在此過程中，需要關注：其一，使用組內評價、組間評價和教師評價三種評價融合模式，確保可以從不同的行為主體，對實際高中信息技術教育教學情況進行評價。以組內評價為例，以小組為單位，依照評價量表，確保依照實際情況，填寫學生評價表格，在班級內各個小組對彼此進行評價，教師將四個核心指標和STEM整合起來，生成融合性的指標，然后依照這樣的指標對實際的教學情況進行量化評估，在層次設定上可以將焦點放在：作品展示板塊、溝通交流板塊、表達匯報板塊和情感態度板塊。最后對三個評價的權重進行設定，由此得出對應的評價結果。其二，建立完善的評價結果反饋和利用機制。對應的評價報告生成之后，還需要切實做好結果反饋和利用工作，這才能夠引導評價機制更好地發揮自身效能。在此過程中，需要組織教師對自身教育教學的流程進行反思，找到其中存在的不足和缺陷，在此基礎上確保為今后的教學改革和改善奠定基礎。

三、對STEM教育理念融入高中信息技術核心素養教學的反思

高中信息技術教師要認識到高中信息技術核心素養屬于核心素養培養系統中的重要板塊，是以全面發展的人為核心，在文化基礎板塊、自主發展板塊和社會參與板塊的架構上進行的學科素養細化[6]。在STEM理念落實于信息技術教學需要考慮如下問題：信息意識，是對信息有著理想的敏感度、對信息價值有著良好的判斷力;計算思維，是解決問題的過程中，有著良好計算意識和能力;數字化學習與創新，創設數字化學習環境，實現學習資源的收集和管理，并且進入資源應用和創新中去;信息社會責任，有信息安全意識和能力，能夠遵守信息相關的法律法規，有著良好的信息道德素養。

很明顯，STEM中的科學素養、技術素養、工程素養和數學素養，兩者有融合的基礎，也有融合的必要性，尤其在高中教育深度改革的背景下，兩者的融合機制將得以構建。需要提醒的是，在實際教育教學中還需要注意如下節點：其一，鼓勵高中信息技術教師對STEM教育理念與高中信息技術核心素養的關系進行探討，思考如何在真實的信息技術教育教學過程中，合理地將兩者融合起來，在學術調研的過程中，在信息技術課程校本化方案設定的時候，都可以將此作為重要的方向;其二，在高中信息技術核心素養培養的過程中，STEM教育理念可以提供更加多的教學模式和創新思路，繼而合理地將不同的教學方法融入，堅持以學生發展為落腳點，這樣才能夠確保高中信息技術課堂的高效性。

結束語

綜上所述，在高中信息技術核心素養培養過程中，STEM教育理念與高中信息技術核心素養之間的融合，屬于高中信息技術教育改革的基本訴求，必須要引起高度重視。當然，除了在教學思想上需要進行改進之外，還需要在高中信息技術教學實踐中不斷去嘗試，堅持理論聯系實踐的原則，堅持知行合一的原則，堅持以學生為本的原則，繼而使得兩者的融合形成合力，實現高中信息技術教學新格局的構建。

參考文獻

[1]馬燕燕.計算思維主導下的高中信息技術教學模式設計：以Python教學為例[J].中國現代教育裝備，2021（20）：61-63.

[2]胡克赟.核心素養引領下的高中信息技術教學策略[J].山西教育（教學），2021（10）：71-72.

[3]王鶴遠.以STEM教育理念為載體打造高中信息技術有效課堂[J].中小學電教（教學），2021（9）：5-6.

[4]聶慶琳.基于STEM理念的高中信息技術課堂教學策略分析[J].中小學電教，2021（Z2）：156-157.

[5]王振強.中小學人工智能教育現狀問題與思考[J].中國現代教育裝備，2019（22）：1-5.

[6]陳寶紅.基于學科核心素養培養的高中信息技術項目式教學研究[J].福建教育學院學報，2021，22（2）：72-74.

本文系福建省莆田市仙游縣2020年度中學教育教學研究課題“STEM教育下高中信息技術學科素養培養研究”（課題編號：XYZXKT2059）成果之一。