I-STEM理念下的初中信息科技創新教學

【摘 要】I-STEM教育融合四門學科核心概念，分為“知、思、行”三個領域，倡導“設計學習”教學。“設計營養菜譜”教學基于該理念，引導學生基于學科核心概念，自主設計調查表，進行數據收集、存儲，運用計算技術和自動化處理復雜數據，運用數學模型和計算機模擬進行推理預測，從實踐層面串聯學習核心概念，實現信息科技創新教學。研究發現，此理念有助于學生深入理解與應用知識、促進思維融合。

【關鍵詞】I-STEM；核心概念；創新教學；信息科技；數據

【中圖分類號】G434" "【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2024）04-092-02

隨著《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的頒布，跨學科主題教學活動已成為課程內容，它需要基于學科核心概念培養學生核心素養。I-STEM教育模式作為一種整合性教育模式，其課程設計與開發強調基于課程標準，聚焦核心概念，融合真實情境，注重科學探究與工程設計的結合。其中“I”表示Integrative，即將不同學科的核心概念融合后審視同一個主題或者問題，促進學生思維的融合，促進學生對知識的深層次理解和遷移。I-STEM教育是通過四門學科（科學、技術、工程、數學）的核心概念跨學科建立有機聯系，不同學科間的核心概念在審視同一個主題或者問題時，有利于促進學生思維的融合，促進學生對知識深層次的理解和遷移。當一線教師教授閩教版信息科技“分析處理表格數據”內容時，一般以教授Excel軟件操作技能為主，忽視了“數據”這個核心概念的價值，無法促進學生深層次的知識理解和遷移[1]。因此，筆者嘗試以“設計營養菜譜”主題為例，開展跨學科主題活動學習。

I-STEM教育理念內涵與意義

STEM教育以領域為基礎，劃分主題，并依據學生特點細化教學流程。領域包括“知、思、行”，分別代表事實性知識、思維維度和學以致用；主題以內容、特性、影響、情境和過程形式展開，內容和特性屬“知”領域，影響屬“思”領域，情境和過程屬“行”領域。內容以獨立學科展示，特性強調學科整合，影響關注對生活影響，情境面向真實世界，過程實踐串聯各學科本質。教學過程采用“設計學習”（6E" learning" by" design）形式開展，包括參與（Engage）、探索（Explore）、解釋（Explain）、工程思維（Engineer）、豐富（Enrich）、評價（Evaluate）[2]。在I-STEM教育理念下，學生運用不同學科的核心概念解決實際問題，通過自主設計調查表、收集和分析數據，將理論知識與實際操作結合，有助于學生跨學科思維和綜合實踐應用能力的提高。“知”領域強調學科整合，有助于學生在實際解決問題過程中打破學科壁壘，深入了解不同學科之間的關聯。在“設計營養菜譜”項目中，學生需要學習營養學、數學、Excel軟件運用等知識，從而實現學科整合。“行”領域強調學以致用，在學習過程中既可鍛煉動手能力又能培養團隊協作能力。在該項目中，學生需分工合作，共同完成調查、數據分析等工作，有助于提升他們的實踐與合作能力。“思”領域強調學生關注對生活的影響，即運用批判性思維分析和解決實際問題，學生需對現有的營養知識和菜譜進行分析和評價，提出自己的建議，從而培養批判性思維和問題解決能力。此外，學生還能提升自主學習能力、社會責任感和公民素養等。

I-STEM理念重塑的教學活動實施

在“設計營養菜譜”項目中，通過系列實踐活動引導學生掌握核心概念，培養學生的實踐和創新能力。

1.創設情境，激發探究興趣

項目啟動前，創設一個真實情境，激發學生探究興趣。教師展示一些營養不良或過度營養導致的疾病案例，使學生認識到營養均衡的重要性，進而引導學生關注飲食健康和營養搭配。在此基礎上，教師提出項目任務：目前我校食堂未開張，采用外包配餐，同學們對配餐食品意見多多。很多同學關注到食品的營養問題。那么如何設計營養菜譜才能滿足中學生生長需要？請同學們設計一日三餐的營養菜譜方案。

2.項目分析，確定學習目標

教師從核心概念和跨學科視角引導學生對項目進行分析，進而將“知、思、行”三領域和學情結合考慮確定學生學習目標，并告知學生。“知”：知道食物金字塔、掌握讀懂營養成分表的方法、問卷星使用方法。“行”：通過相關數據的收集學會建立表格；通過運用統計和概率知識，統計形成方案的數據依據，學會運用表格公式、圖表命令等。“思”：體會到科學探究和方案設計是一個迭代優化的過程。

3.運用“6E設計學習”，學以致用核心概念

“6E設計學習”是“理解為先”的教學模式，強調從實踐層面理解和運用知識。在教學實踐過程中將學習目標融合到六個環節中。參考措施如下：（1）參與：證據收集，課堂介紹問卷星，設計一周內同學們三餐菜譜情況調查問卷，并向全校發放；收集并利用Excel表格記錄同學們一周的菜譜數據；深度訪談配餐公司每日配餐安排，并將數據整理成表格。（2）探索：教師引導學生運用已學核心概念，為方案設計做好科學性的準備。（3）解釋：整理前期收集信息，解釋營養菜譜的標準產生的依據。（4）工程思維：制定一套適合自身需求的一日三餐的營養數據標準模型。（5）豐富：依據營養數據模型設計一份菜譜，交流與分享菜譜方案并改進。（6）評價：引導學生利用自評和他評的方式對方案進行評價，并形成記錄單。

以解釋環節教學片段為例：（1）融入情境，明確問題。在上一部分食物金字塔學習中，了解具體每天需要攝入多少營養素。根據營養成分表數據匹配分析目前大家一日三餐菜譜是否科學。（2）模型展示，數據處理。首先引導學生判斷數據來源的可靠性；其次引導學生進行數據的組織與呈現，制作一日三餐的營養成分數據表、常見食品的營養成分數據表、學校食堂配餐菜品的營養成分數據表；再次引導學生分析學校食堂配餐食物的營養成分，在Excel中利用公式、函數、圖表等知識處理信息，并將呈現信息與標準要求做對比，推測與發現學校配餐食物存在的問題。在此過程中學習信息科技“數據與分析”模塊的“收集、存儲、可視化和轉換、推理和模型”子概念。

4.創設支架，指引實踐探究方向

在實施“6E設計學習”過程中，學生可能會面臨難以整合跨學科核心概念進行方案設計、問題審視出現偏差或技術應用不熟練等困境，此時，教師應盡量減少干預，給予學生更多自我克服困難的機會。然而，為了提高學習效率，學生需要具備明確的目標，此時，教師應適時提供學習支持。在提供支架時，教師需站在學生的角度，設計的實踐任務應緊密關聯教材內容，并符合學生的認知發展規律。例如，在解釋環節的實踐部分，根據信息科技課程中“數據與分析”的核心概念，設計了以下三個問題：（1）在制定科學菜譜過程中，哪些數據來源是有效的？請根據營養學核心概念進行闡述。（2）應建立哪些表格以收集有效數據？請設計相應的表格。（3）如何利用Excel軟件對已收集的數據進行分析，以發現學校配餐中存在的問題？這些問題支架層層遞進，有助于核心概念的學習。

5.交流與總結

在此環節，教師引導學生回顧項目過程，梳理核心概念，審視營養菜譜，組織分享設計過程的收獲，并引導學生思考對未來生活的影響。例如，課后項目布置設計老人營養菜譜，引導學生深度理解和遷移知識，運用跨學科知識解決問題。

結束語

“設計營養菜譜”在I-STEM理念下，立足義務教育信息科技課程標準，深化“數據”模塊的教學內容，以“收集—存儲—可視化和轉換—推理和模型”數據核心概念為主線[3]，融合生物、數學、科學的相關核心概念，重塑教學活動。并根據需求創新教學活動，教學過程更注重串聯學科本質、為學生提供合適學習支架，在“6E設計學習”中促進學生打破學科壁壘，培養跨學科思維，提升解決問題的能力。

參考文獻

[2] 管光海. 基于標準聚焦核心概念的STEM整合教育模式：美國I-STEM模式的特點及啟示[J]. 開放教育研究，2017，23（6）：87-93.

中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S]. 北京：北京師范大學出版社，2022.

編" "輯：徐靖程