基于STEAM教育理念的高中信息技術(shù)項(xiàng)目教學(xué)研究

摘 要：項(xiàng)目教學(xué)是高中信息技術(shù)教學(xué)的重要方法之一，與STEAM教育理念融合，既能很好地鞏固學(xué)生所學(xué)，又能有效地提升學(xué)生的跨學(xué)科意識(shí)，以及運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決問題的能力。因此，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到STEAM教育理念與教學(xué)融合的必要性、重要性，結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以及高中信息技術(shù)學(xué)科特點(diǎn)，探尋高效的教學(xué)思路與方法。本文對(duì)STEAM教育理念下人工智能項(xiàng)目教學(xué)進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：STEAM教育理念;高中信息技術(shù);項(xiàng)目教學(xué);研究

人工智能不僅是當(dāng)前較為前沿的科技，也是高中信息技術(shù)教學(xué)的重要內(nèi)容，其涉及較多的跨學(xué)科知識(shí)，因此在進(jìn)行人工智能項(xiàng)目教學(xué)過程中，為獲得預(yù)期的教學(xué)效果，應(yīng)注重STEAM教育理念的學(xué)習(xí)與融入，給學(xué)生更為高效地完成人工智能項(xiàng)目帶來良好的指引與啟發(fā)。

一、STEAM教育理念的解讀

STEAM教育理念實(shí)質(zhì)上是一種跨學(xué)科教育理念，其涵蓋了科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)五個(gè)領(lǐng)域方面的知識(shí)。這一教育理念符合當(dāng)前高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)涵。高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）強(qiáng)調(diào)促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，而促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展既需要學(xué)生牢固掌握文化課知識(shí)，又需要具備跨學(xué)科的意識(shí)與能力，以解決一些更為復(fù)雜綜合性類的問題。與傳統(tǒng)的單學(xué)科教學(xué)模式相比，STEAM教育模式更加注重教學(xué)過程中的實(shí)踐性和多門學(xué)科的交互性[1]。其主要有三種學(xué)習(xí)方式：基于問題的學(xué)習(xí)、基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，這些學(xué)習(xí)方式對(duì)于提高學(xué)生跨學(xué)科解決問題能力、批判性思維能力、小組協(xié)作能力、創(chuàng)造性思維能力都具有重要作用。一些教育工作者嘗試著將這一教育理念應(yīng)用于相關(guān)學(xué)科的教學(xué)中獲得了經(jīng)驗(yàn)與成果，為該教育理念的進(jìn)一步推廣奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

二、STEAM教育理念下高中信息技術(shù)項(xiàng)目教學(xué)的原則

STEAM教育理念下高中信息技術(shù)項(xiàng)目式教學(xué)時(shí)，為確保教學(xué)活動(dòng)的高效進(jìn)行，應(yīng)注重做好以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，認(rèn)真吸取以往的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，遵循一定的教學(xué)原則，使得STEAM教育理念為高中信息技術(shù)項(xiàng)目教學(xué)增添光彩。

（一）趣味性原則

興趣是最好的老師，是驅(qū)使學(xué)生克服學(xué)習(xí)困難的內(nèi)在動(dòng)力。高中信息技術(shù)項(xiàng)目教學(xué)時(shí)為使學(xué)生能夠主動(dòng)地應(yīng)用科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)知識(shí)，腳踏實(shí)地地完成教學(xué)項(xiàng)目，應(yīng)注重向項(xiàng)目中增加趣味性元素。例如，聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際或者當(dāng)今的科技發(fā)展，講解與布置相關(guān)的項(xiàng)目，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到完成高中信息技術(shù)項(xiàng)目需用到很多領(lǐng)域的知識(shí)，進(jìn)一步提高其運(yùn)用所學(xué)解決高中信息技術(shù)項(xiàng)目問題的意識(shí)，提高項(xiàng)目完成成功率[2]。

（二）啟發(fā)性原則

高中信息技術(shù)教學(xué)中部分項(xiàng)目難度較大，甚至?xí)谜n本以外的知識(shí)。為防止挫傷學(xué)生的積極性，提高學(xué)生完成項(xiàng)目的自信心，教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)注重遵循啟發(fā)性原則，一方面，可將教學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行合理地分解，以達(dá)到化難為易，各個(gè)擊破的目的。教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生先采取措施解決好分解后的小項(xiàng)目，而后將各個(gè)小項(xiàng)目按照一定的邏輯關(guān)系組裝起來[3]。另一方面，充分把握教學(xué)項(xiàng)目的難點(diǎn)，并圍繞項(xiàng)目難點(diǎn)設(shè)計(jì)啟發(fā)性問題，啟發(fā)學(xué)生積極聯(lián)系所學(xué)，通過五科知識(shí)的綜合應(yīng)用，迅速找到完成項(xiàng)目的方案和具體思路。

（三）激勵(lì)性原則

STEAM教育理念下開展高中信息技術(shù)項(xiàng)目教學(xué)時(shí)應(yīng)認(rèn)識(shí)到“激勵(lì)”給學(xué)生帶來的積極影響，能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性，更好地挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力。教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)注重給予學(xué)生針對(duì)性的激勵(lì)，提升學(xué)生參與項(xiàng)目的情感體驗(yàn)。激勵(lì)的方法多種多樣，既可以在課堂上提出表?yè)P(yáng)，也可肯定學(xué)生在項(xiàng)目中的表現(xiàn)，有條件的情況下可通過發(fā)放一定的小禮品作為獎(jiǎng)勵(lì)。

三、STEAM教育理念下高中信息技術(shù)項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)踐

在進(jìn)行滬科版高中信息技術(shù)《人工智能初步》“項(xiàng)目三讓智能車能夠‘刷臉’開車門”教學(xué)中融入STEAM教育理念進(jìn)行教學(xué)。具體教學(xué)過程分為五個(gè)環(huán)節(jié)：環(huán)節(jié)一，運(yùn)用STEAM教育理念對(duì)該項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行劃分，明確該項(xiàng)目中應(yīng)用到的相關(guān)學(xué)科知識(shí)，使學(xué)生對(duì)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有個(gè)大致的了解，提高其對(duì)STEAM教育理念的認(rèn)識(shí)。環(huán)節(jié)二，靈活運(yùn)用多種教學(xué)方法，講解項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生更好地掌握智能車識(shí)別人臉的原理、步驟等專業(yè)知識(shí)[4]。環(huán)節(jié)三，布置相關(guān)的實(shí)踐項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，借助STEAM教育理念制訂相關(guān)的實(shí)施方案。環(huán)節(jié)四，做好學(xué)生項(xiàng)目方案的檢查，并引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用自己的方式展示成果。環(huán)節(jié)五，為更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)踐積極性，更加深入理解，全面掌握所學(xué)，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐成果進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)，使其更好地認(rèn)識(shí)到自身學(xué)習(xí)的不足，并通過針對(duì)性的方式加以彌補(bǔ)。

環(huán)節(jié)一：項(xiàng)目?jī)?nèi)容的剖析

智能車“刷臉”開車門這一簡(jiǎn)單的過程，本身就涉及了很多的科學(xué)知識(shí)，而且運(yùn)用攝像、人臉特征點(diǎn)檢測(cè)、人臉比對(duì)等相關(guān)的專業(yè)技術(shù)。不僅如此，其還需要從工程的視角，對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行合理劃分，確保各功能模塊相互配合，相互協(xié)作，共同完成識(shí)別、開門的動(dòng)作。不僅如此，在“刷臉”的過程中，還應(yīng)考慮人們的身高，能夠給人們“刷臉”帶來便利。智能車“刷臉”開車門這一功能設(shè)計(jì)時(shí)需要與智能車的外觀相協(xié)調(diào)，并符合人們的審美觀，如此才能更容易使人們接受。智能車“刷臉”開車門內(nèi)部需要計(jì)算機(jī)程序的驅(qū)動(dòng)，而計(jì)算機(jī)程序中設(shè)計(jì)有很多的運(yùn)算代碼，需要運(yùn)用相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)。綜合來看該項(xiàng)目很好地體現(xiàn)了STEAM教育理念，教學(xué)活動(dòng)中為使學(xué)生認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，在講解基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)應(yīng)注重給予學(xué)生針對(duì)性的引導(dǎo)與啟發(fā)。

環(huán)節(jié)二：教學(xué)活動(dòng)的開展

課堂上使用多媒體技術(shù)為學(xué)生播放智能車“刷臉”開車門的相關(guān)視頻，更好地吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。而后詢問學(xué)生，“你知道智能車‘刷臉’開車門的這一功能是怎么實(shí)現(xiàn)的，其背后的原理是什么嗎？”當(dāng)學(xué)生百思不得其解時(shí)自然地引入要講解的知識(shí)點(diǎn)，尤其為更好地加深學(xué)生印象，增加學(xué)習(xí)的樂趣應(yīng)注重邊為學(xué)生講解相關(guān)理論邊向?qū)W生播放相關(guān)的動(dòng)畫視頻，使其更好地理解“刷臉”的步驟、原理。同時(shí)注重設(shè)計(jì)相關(guān)問題，在課堂上與學(xué)生積極互動(dòng)引發(fā)學(xué)生思考[5]。例如，刷臉之前是否先將允許開車門的人臉信息輸入到系統(tǒng)中嗎？你知道刷臉后內(nèi)部程序需要提取人臉的哪些特征嗎？你知道設(shè)計(jì)“刷臉”系統(tǒng)需要考慮哪些問題嗎？課堂上給學(xué)生預(yù)留空白時(shí)間，要求學(xué)生思考、討論。如此學(xué)生很容易理解與掌握人臉識(shí)別的原理，即人臉識(shí)別系統(tǒng)先通過識(shí)別人臉，通過針對(duì)性的處理提取相關(guān)的人臉特征，存儲(chǔ)到相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)人進(jìn)行刷臉開車門時(shí)，同樣提取人臉的特征，而后通過對(duì)比給予數(shù)據(jù)工作中的人臉特征數(shù)據(jù)，便可判斷出其是否具有打開車門的權(quán)限，從而進(jìn)行相關(guān)的動(dòng)作。

環(huán)節(jié)三：實(shí)踐項(xiàng)目的布置

學(xué)生掌握上述人工智能技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)后，為引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用STEAM教育理念進(jìn)行實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合學(xué)生的現(xiàn)有知識(shí)儲(chǔ)備為學(xué)生布置“人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)”的項(xiàng)目[6]。為保證實(shí)踐項(xiàng)目的順利完成，將班級(jí)學(xué)生每6人劃分成一個(gè)小組，以小組為單位開展項(xiàng)目。另外，為保證實(shí)踐項(xiàng)目的順利完成，要求學(xué)生認(rèn)真思考如下問題，做好充分的實(shí)踐準(zhǔn)備：（1）該實(shí)踐項(xiàng)目是怎樣體現(xiàn)STEAM教育理念的，應(yīng)用了哪些科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)知識(shí)？（2）系統(tǒng)包括哪些模塊，各實(shí)現(xiàn)什么樣的功能？（3）該系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)需要哪些硬件設(shè)施？（4）實(shí)施項(xiàng)目中需要注重哪些細(xì)節(jié)？（5）項(xiàng)目的創(chuàng)新之處有哪些？（6）在小組中該如何進(jìn)行合理的分工？同時(shí)，為學(xué)生規(guī)定項(xiàng)目完成的時(shí)間，督促各小組積極思考、認(rèn)真討論，查閱相關(guān)的資料，共同制訂項(xiàng)目方案。

環(huán)節(jié)四：實(shí)踐項(xiàng)目的檢查

要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的提交。認(rèn)真檢查各小組學(xué)生編寫的“人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)”設(shè)計(jì)方案，尤其認(rèn)真分析方案應(yīng)用了哪些跨學(xué)科知識(shí)，是否正確地運(yùn)用了所學(xué)的人工智能知識(shí)，各功能之間的銜接與聯(lián)系是否合理等，以更好地掌握學(xué)生所學(xué)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生項(xiàng)目完成中存在的共性問題，在課堂上進(jìn)行針對(duì)性的講解，進(jìn)一步澄清其認(rèn)識(shí)，糾正理解上的誤區(qū)。

環(huán)節(jié)五：實(shí)踐項(xiàng)目的評(píng)價(jià)

做好實(shí)踐項(xiàng)目的評(píng)價(jià)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，尤其能夠使學(xué)生認(rèn)識(shí)到實(shí)踐中的不足，引導(dǎo)其敢于正視與彌補(bǔ)自身的不足。“人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)”項(xiàng)目完成后應(yīng)從多個(gè)方面對(duì)各小組提交的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括各小組在實(shí)踐中的表現(xiàn)、融入STEAM教育理念的情況、應(yīng)用人臉識(shí)別理論知識(shí)的情況等[7]。評(píng)價(jià)時(shí)注重給予學(xué)生針對(duì)性的表?yè)P(yáng)，使其嘗到參與實(shí)踐項(xiàng)目的成就感，提升其參與實(shí)踐項(xiàng)目的體驗(yàn)。同時(shí)，指出各小組實(shí)踐過程中存在的不足，要求其再接再厲，通過查閱資料不斷地對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行完善與優(yōu)化。

四、STEAM教育理念下高中信息技術(shù)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐的啟示

STEAM教育理念下積極開展人工智能項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)，通過反思與總結(jié)得出以下啟示：

（一）做好基礎(chǔ)知識(shí)深入講解

人工智能項(xiàng)目教學(xué)中項(xiàng)目的完成離不開基礎(chǔ)知識(shí)的支撐，使學(xué)生更好地運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)完成項(xiàng)目，應(yīng)做好基礎(chǔ)知識(shí)的深入講解，幫助學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，并給予學(xué)生針對(duì)性的指引。一方面，講解人工智能知識(shí)之前，要求學(xué)生提前進(jìn)行預(yù)習(xí)，在課下完成相關(guān)概念等一些基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，在課堂上將精力放在重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)的學(xué)習(xí)上[8]。同時(shí)，學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)后要求學(xué)生不能滿足于現(xiàn)狀，在課下注重上網(wǎng)查詢相關(guān)資料，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)一步深挖，更好地?cái)U(kuò)充知識(shí)面，為項(xiàng)目的完成奠定基礎(chǔ)。另一方面，講解人工智能相關(guān)理論知識(shí)時(shí)應(yīng)注重給學(xué)生預(yù)留自主探究的時(shí)間，使其參與到人工智能知識(shí)的形成中，搞清楚人工智能知識(shí)的來龍去脈和內(nèi)在聯(lián)系，真正把握人工智能知識(shí)的精髓。

（二）引導(dǎo)學(xué)生做好充分準(zhǔn)備

STEAM教育理念下人工智能項(xiàng)目教學(xué)中，為確保學(xué)生能夠保質(zhì)保量地完成相關(guān)項(xiàng)目，既要注重結(jié)合學(xué)生所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)與之相關(guān)的項(xiàng)目，又要引導(dǎo)學(xué)生做好充分準(zhǔn)備，尤其應(yīng)注重以下細(xì)節(jié)的落實(shí)：其一，從STEAM角度對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行拆分。人工智能項(xiàng)目通常由多個(gè)子模塊構(gòu)成，涵蓋的知識(shí)點(diǎn)較多，為學(xué)生布置好項(xiàng)目后要求學(xué)生認(rèn)真分析所應(yīng)用的跨學(xué)科知識(shí)，思考哪些跨學(xué)科知識(shí)已經(jīng)學(xué)習(xí)，哪些跨學(xué)科知識(shí)并未學(xué)習(xí)，提前查閱資料或者向教師請(qǐng)教，做好充分的知識(shí)儲(chǔ)備[9]。其二，各個(gè)擊破項(xiàng)目的重點(diǎn)、難點(diǎn)。在實(shí)施項(xiàng)目之前引導(dǎo)學(xué)生樹立必勝的信念，尤其通過制訂詳細(xì)的實(shí)施計(jì)劃，明確項(xiàng)目的重點(diǎn)、難點(diǎn)，并注重借助小組團(tuán)隊(duì)的力量共同克服，為項(xiàng)目的順利完成掃清障礙。

（三）注重項(xiàng)目實(shí)施過程跟蹤

為確保學(xué)生嚴(yán)格按照要求，運(yùn)用STEAM知識(shí)完成項(xiàng)目，應(yīng)做好項(xiàng)目實(shí)施過程中的跟蹤，確保學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目。一方面，通過詢問各小組代表，掌握項(xiàng)目完成進(jìn)度，以及在項(xiàng)目中遇到的問題，相關(guān)問題的解決方法等。不僅如此，還應(yīng)注重與學(xué)生溝通交流，了解項(xiàng)目實(shí)施過程中遇到的困難，必要情況下通過設(shè)計(jì)問題給予學(xué)生啟發(fā)，使其能夠找到正確的項(xiàng)目完成思路。另一方面，認(rèn)真記錄各小組學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中的具體表現(xiàn)，為開展相關(guān)的評(píng)價(jià)活動(dòng)提供依據(jù)[10]。另外，要求學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中具備良好的小組合作意識(shí)，對(duì)小組成員進(jìn)行合理分工，確保STEAM知識(shí)的合理靈活運(yùn)用，順利高效地完成布置的人工智能項(xiàng)目。

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作者簡(jiǎn)介：連維鋒（1982— ），男，漢族，福建永泰人，福建省永泰縣第一中學(xué)，大學(xué)本科畢業(yè)，中學(xué)一級(jí)信息技術(shù)教師。研究方向：高中信息技術(shù)教學(xué)工作。

本文系福建省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度課題“基于STEAM理念的高中人工智能項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)研究”（立項(xiàng)批準(zhǔn)號(hào)：FJJKXB20-1231）研究成果。