STEM教育背景下中小學生數字素養提升策略研究*

摘" 要：中小學生的數字素養是其適應信息化社會、奠定未來學習和工作基礎的關鍵要素。聚焦數字素養的核心地位，深入探討STEM教育如何作為輔助手段有效促進中小學生數字素養的提升。基于此，立足STEM教育背景下中小學生數字素養的新內涵與構成，針對當前中小學生數字素養存在的不足之處，從生成式AI、元宇宙技術和數據分析技術等角度，提出有針對性的數字素養提升策略，旨在為中小學生數字素養提升提供有效參考和建議，進一步推動中小學生在數字化時代的全面發展。

關鍵詞：STEM教育；中小學生；數字素養；進階學習" " " 文章編號：1671-489X（2025）05-000-06

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.05.00

0" 引言

2023年，聯合國教科文組織在上海設立了國際STEM教育研究所，推動了國內學者對STEM教育的關注。教育部強調，推進信息技術在日常教學中的深入、廣泛應用，有效利用信息技術推進“眾創空間”建設，探索STEAM教育等新教育模式，使學生具有較強的信息意識與創新意識，養成數字化學習習慣，具備重視信息安全、遵守信息社會倫理道德與法律法規的素養[1]。教育強國建設以立德樹人為根本任務，以為黨育人、為國育才為根本目標。在教育強國建設過程中，中小學教育發揮著至關重要的作用，特別是在科技迅猛發展的今天，提高青少年的數字素養和技能已成為中小學教育的重要職責[2]。因此，數字素養的培養不僅是教育創新的體現，也是實現教育強國目標不可或缺的一環。STEM教育的推行能夠為中小學生打下堅實的科學、技術、工程和數學基礎，并提升他們的數字素養水平，助力他們成為未來社會的棟梁之材。基于此，需要重新定位STEM教育下的中小學生數字素養要求，并提出實施策略，以指導學生有效學習。

1" 基本概念分析

1.1" 數字素養的內涵

1994年，以色列學者阿爾科萊（ESHET-ALKALAI）構建了一個關于數字素養的綜合性框架，該框架詳述了圖片與圖像素養、再創造能力、多元化思維、信息處理能力和社會情感理解等核心要素[3]。保羅·吉爾斯特（Paul Gilster）將數字素養定義為一種綜合能力，它涵蓋了信息的獲取、理解、批判性分析和整合信息[4]。隨著21世紀信息技術的迅猛進步，數字素養的定義逐漸多元化，不同領域和學者對此提出了多樣化的見解和闡釋。美國圖書館協會（American Library Association，ALA）將數字素養定義為“運用信息和通信技術（ICT）來發現、評估、創造和交流信息的能力”[5]。2011年，歐盟聯合研究中心（JRC）將“數字素養”列為公民八大核心素養之一，并通過實施“數字素養項目”，構建了一套歐盟數字素養的框架與指標體系，把數字素養視為在全球競爭中取得優勢的關鍵因素[6]。美國新媒體聯盟（New Media Consortium，NMC）對數字素養的定義聚焦于個體在獲取與創造數字資源時，展現出的解讀、認知、掌握和有效運用這些資源的能力。該定義不僅涵蓋了基礎通用素養，還強調了創造性思維和跨學科知識的整合[7]。2021年11月，中央網絡安全和信息化委員會印發的《提升全民數字素養與技能行動綱要》指出，數字素養與技能是數字社會公民學習工作生活應具備的數字獲取、制作、使用、評價、交互、分享、創新、安全保障、倫理道德等一系列素質與能力的集合[8]。具體來看，數字素養與技能主要包括數字意識、計算思維、數字化學習與創新、數字社會責任等。通過追溯數字素質概念的演進和學術界的界定，可見其不僅涉及數字技術或工具的應用層面，還涵蓋了數字化資源整合能力和信息實踐創新能力。

1.2" STEM教育的內涵

STEM是由科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四個英文單詞的首字母組合而成的縮寫。簡而言之，STEM教育就是一種融合了科學、技術、工程和數學等多個學科領域的教育方式[9]。STEM教育具備跨學科性、情境體驗性、問題導向性、探究協作性、實證技術結合等特征，這些特點有助于學生全面理解并掌握知識，提升其實踐和創新能力[10]。在信息化和科技迅猛發展的時代，STEM教育已經成為全球各國在推動課程教學改革和培養創新型人才方面的重要戰略選擇[11]。STEM教育注重不同學科之間的融合與貫通，旨在讓學生通過學習和掌握不同學科的知識結構及其在實際中的應用方式促進多元化能力的發展和提升[12]。

STEM教育的核心在于通過跨學科學習，全面提升學生的綜合能力，使他們能夠靈活運用知識解決實際問題。首先，STEM教育強調多領域知識的融合與團隊協作，為學生提供綜合性學習體驗，這與數字化跨學科認知意識高度契合，有助于學生實現跨領域的知識整合與應用。其次，STEM教育注重實踐性和情境性，鼓勵學生通過動手實踐解決問題，培養數字化綜合性邏輯思維。此外，自主性探究也是STEM教育的重要一環，對提升學生的數字化進階學習與創新能力具有關鍵作用。最后，STEM教育不僅能夠讓學生獲得知識和技能，還能夠讓他們形成全面的數字化素養和社會責任感，為其未來發展奠定堅實的基礎。

1.3" STEM教育背景下中小學生數字素養的構成

在21世紀信息化社會中，STEM教育在培育新一代創新人才方面的重要性日益突出。數字素養作為中小學生要具備的重要素養之一，對學生適應未來社會、提升個人競爭力具有至關重要的作用。本文從以下四個方面闡述STEM教育背景下中小學生數字素養的構成。

1.3.1" 數字化跨學科認知意識

在STEM教育背景下，中小學生的數字化跨學科認知意識是指在數字化環境下，個人能夠跨越不同學科領域，有效獲取、處理、分析和應用信息的能力。數字化跨學科認知意識體現了STEM教育跨學科、綜合性的特點。數字化時代，各個學科之間的交叉和融合越來越普遍，數字技術正是促進這種融合的重要工具。培養學生的數字化認知意識可以更好地實現STEM教育中跨學科知識的整合與應用，提高學生的綜合素養和創新能力。

1.3.2" 數字化邏輯思維與批判能力

在STEM教育背景下，中小學生的數字化邏輯思維與批判能力是指學生在處理數字化問題時所展現出的邏輯思維、數據分析和系統思考能力，以及面對信息、觀點和問題時所表現出的信息評估、質疑精神和決策判斷能力。培養中小學生的數字化邏輯思維與批判能力可以讓他們更好地適應數字化時代的需求，提高在信息社會中的競爭力和創新能力。

1.3.3" 數字化進階學習與創新能力

在STEM教育背景下，中小學生的數字化進階學習與創新能力是指學生能夠利用數字化工具和平臺深入探索數學知識，有效地將其應用于實際問題的解決并進行創新。這包括但不限于利用網絡資源、在線學習平臺、數字工具等進行信息搜索、知識整理和自主學習。通過數字化進階學習，學生可以更廣泛地獲取知識，提高學習效率，并為后續的創新實踐打下堅實基礎。在這個過程中，學生需要展現出在數字化環境中對問題進行獨立思考和創造性解決的能力，如提出新穎的數學問題、設計獨特的解題策略、運用數字工具進行創新性的數學建模和數據分析等。

1.3.4" STEM+數字化社會責任擔當

在STEM教育背景下，培養中小學生數字化社會責任擔當有助于提升其社會意識和道德責任感。學生在學習和應用知識的過程中，需要思考他們的行為如何影響社會、環境和他人，還需要了解并遵守數字倫理，確保自己的創新成果能夠為社會帶來積極影響。通過STEM+數字化社會責任擔當的教育，學生可以更好地理解并應對數字化時代帶來的挑戰，學會如何保護個人和他人的隱私、如何防范網絡攻擊、如何合理使用數字資源等知識和技能。這些知識和技能不僅有助于學生在未來的職業生涯中取得成功，也有助于他們成為有社會責任感的公民。

2" STEM教育與中小學生數字素養融合的意義

2.1" 提升中小學生的數字素養

2024年2月，中央網信辦、教育部、工業和信息化部、人力資源社會保障部聯合印發的《2024年提升全民數字素養與技能工作要點》將全面提升師生數字素養與技能作為重點任務之一[13]。在數字化浪潮席卷全球的今天，數字素養已經成為衡量個人綜合能力的關鍵指標。尤其對中小學生而言，數字素養的培養至關重要。STEM教育作為一種注重跨學科整合與創新實踐的教育理念，與數字素養的融合具有顯著優勢。在學習過程中，學生通過實踐操作等方式可以更好地利用數字技術獲取信息、進行深度分析、形成客觀性評價，并有效傳遞知識。

2.2" 增強中小學生的創新思維和實踐能力

《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》指出，改進科學文化教育，統籌課堂學習和課外實踐，強化實驗操作，建設書香校園，培養學生創新思維和實踐能力，提升人文素養和科學素養[14]。中小學生創新思維和實踐能力的培養已經成為教育改革的核心議題之一。STEM教育與數字素養相結合，可以進一步提升中小學教育的質量與效果。兩者的融合將使學生在實際操作中更深入地理解理論知識，并增強他們的創新思維和實踐能力。通過綜合性的學習和實踐活動，學生能夠有效融合多學科知識，同時培養獨立思辨的習慣，為應對未來的挑戰打下堅實基礎。

2.3" 培養中小學生的跨學科整合能力

STEM教育與數字素養的融合過程中，彼此的互補優勢得到了充分發揮：STEM教育提供了一個實踐性的平臺，讓學生在動手操作中體驗知識的實際應用；數字素養則為這個過程提供了強大的技術支持，使學生能夠更高效地獲取信息、處理數據和解決實際問題。這種融合不僅促進了知識的跨學科整合，還有助于學生建立更全面和系統的知識體系。在實踐中，學生需要綜合運用STEM和數字素養的知識，解決真實而復雜的問題。這一過程不僅鍛煉了學生的跨學科整合能力，還讓他們認識到知識之間的內在聯系，從而更加深入地理解和掌握知識。

2.4" 培養中小學生的團隊協作能力

隨著21世紀新興技術的快速發展，社會對人才必備能力的需求也在不斷變化，團隊協作能力已成為中小學生必備的核心能力之一。首先，STEM教育以其跨學科性、實踐性和問題導向的特點，為培養學生的團隊協作能力提供了豐富的土壤。其次，數字素養作為現代學生必備的基本技能之一，與團隊協作能力的培養具有緊密的聯系。在數字化時代，學生需要具備一定的數字技術知識和能力，才能更好地參與團隊活動和完成項目。融合STEM教育和數字素養的教學模式為學生提供了真實、復雜的任務情境，要求他們在團隊中共同協作，并利用跨學科知識解決實際問題。這種情境化的學習模式可以讓學生在實踐中不斷磨練自己的團隊協作能力，如如何在團隊中扮演不同的角色、如何有效進行任務分工與協作、如何共同面對挑戰并解決問題。

2.5" 培養未來職業競爭力

在科技迅猛發展的時代背景下，各職業領域對人才的需求正經歷著前所未有的變革。如何培養中小學生的未來職業競爭力，使他們在日益激烈的就業市場中脫穎而出，成為教育領域亟待解決的問題。這種情況下，STEM教育與數字素養的融合顯得尤為重要。STEM教育強調科學、技術、工程和數學等多學科知識的整合與運用，有助于培養學生的創新能力和解決問題的能力。數字素養是個體在數字化環境中有效獲取信息、高效交流協作、創新創造能力的體現，是現代職場中的一項關鍵素質。將STEM教育與數字素養相融合，不僅可以幫助學生掌握跨學科的知識和技能，還可以培養他們的創新思維和適應能力，從而更好地應對未來職業發展的挑戰。

3" STEM教育背景下中小學生數字素養存在"的不足

在STEM教育背景下，雖然整體上中小學生的數字素養有所提升，但仍然存在一些不足。這些不足不僅阻礙了中小學生數字素養的提升，更對信息時代數字人才的培養造成了負面影響。

3.1" 跨學科視域下學生的數字化認知意識與信息甄別能力不足

3.1.1" 跨學科數字化認知意識薄弱

中小學生在面對學習中的挑戰或生活中的實際問題時，難以有效調動和運用已獲取的數字信息資源。他們可能僅僅滿足于對信息的表面理解，而未能深入挖掘其內在邏輯和關聯，更未能將其創造性地應用于實際情境中。這種信息應用能力的欠缺，不僅限制了他們理解和解決問題的深度和廣度，也影響了他們綜合素養的全面提升。

3.1.2" 信息甄別能力不足

中小學生對信息真實性的判斷能力較弱。由于網絡信息的復雜性和多樣性，中小學生在解決實際問題時，往往難以區分信息的真實性與可靠性，甚至可能受到虛假信息的誤導，將一些不準確或帶有偏見的信息當作真實信息來接受。這種狀況不僅會影響他們的學習效果，還可能對其價值觀和世界觀產生負面影響。

3.2" 系統性邏輯思維與批判性能力薄弱

3.2.1" 系統性邏輯思維欠缺

系統性邏輯思維強調從整體角度看待問題，注重問題各要素之間的相互作用和關聯。然而，在STEM教育實踐中，學生往往只關注問題的局部或表面現象，缺乏從全局和系統層面進行深入分析和思考的能力。這種思維能力的缺乏導致學生在面對復雜問題時難以把握問題的本質及其內在聯系。

3.2.2" 批判性能力薄弱

在STEM學習過程中，學生往往表現出被動接受的傾向，缺乏對所學知識進行深度剖析、獨立驗證與批判性思考的主動性。他們可能滿足于對知識的表面記憶和簡單應用，而沒有意識到真正掌握其背后原理、邏輯與關聯的重要性。這種批判性能力的缺失，導致學生在遇到復雜情境時，難以建立多維度分析框架，運用多元化視角進行深入思考，最終限制了其提出具有創新性、前瞻性的應對策略與解決方案能力的培養。

3.3" 數字化驅動下學生的自我發展與創新能力不足

在數字化驅動的教育環境中，學生的自我發展與創新能力至關重要，然而現實情況表明，學生在這方面的能力仍存在不足。互聯網的普及和數字技術的深度融入為學生的學習和生活帶來前所未有的便利，但同時也導致他們逐漸形成了對網絡和數字工具的過度依賴。這種依賴傾向不僅削弱了學生面對問題時的獨立思考能力，更在無形中促成了他們傾向于直接搜索答案或依賴教師解答的被動學習習慣。長此以往，學生的創新思維和實踐能力受到明顯限制，難以在快速變化的數字時代中展現出應有的自我發展和創新能力。因此，需要重新審視并優化數字化學習模式，以促進學生獨立思考、主動探索，進而提升他們的自我發展與創新能力。

3.4" 數字責任與安全意識薄弱

在STEM教育日益融入數字化教育的今天，中小學生作為未來科技領域的潛在力量，其生活與學習的邊界已大幅擴展到網絡世界的每一個角落。然而，一個不容忽視的挑戰是，學生在STEM知識與技能快速增長的同時，其數字責任與安全意識卻顯得相對滯后，存在顯著薄弱點。中小學生在享受STEM學習帶來的探索樂趣與創新機遇時，往往未能充分意識到伴隨而來的網絡安全風險。他們可能會因缺乏足夠的安全意識而不經意間泄露個人敏感信息，或盲目點擊潛在危險的網絡鏈接，甚至在不了解后果的情況下參與網絡欺凌等不道德行為。數字責任與安全意識的薄弱不僅危及學生個人的網絡安全與隱私保護，還可能對他人權益和社會秩序造成不良影響。因此，在STEM教育項目中，加強學生的網絡安全教育，培養其數字責任感，已成為一項緊迫且必要的任務。

4" STEM教育背景下中小學生數字素養提升的實踐策略

本文前面討論了STEM教育背景下中小學生數字素養的四大構成要素，并分析了當前中小學生在這方面的不足。如果這些不足不能從根本上得到解決，中小學生的數字素養將無法實現質的提升。STEM教育引領學習方式的深刻變革，不僅是培養未來科技人才的關鍵，更是推動國家創新能力和競爭力的重要支柱[15]。因此，在STEM教育模式下，中小學生的數字素養提升必須從以下四方面著手。

4.1" 生成式AI與團隊協同雙重驅動，促進學生數字化認知與甄別能力提升

在信息化與智能化高速發展的今天，教育領域正積極探索利用先進技術促進學生綜合能力的發展。生成式AI和團隊實踐作為兩種重要的教育手段，共同作用于學生的數字化認知與信息甄別能力的提升。生成式AI通過個性化學習體驗和復雜場景模擬激發學生數字化認知，促進其主動學習。團隊實踐則通過信息搜集、整理、分析與討論，錘煉學生的團隊協作能力、批判性思維和信息甄別能力，兩者協同增效，全面提升學生的綜合能力。

4.1.1" 生成式AI助力激發學生的數字化認知意識

生成式AI可以根據學生的具體需求與疑問點生成具有啟發性與引導性的高質量信息，幫助學生深入理解信息內容，挖掘其中的內在邏輯和關聯。例如，通過文本分析技術揭示信息之間的因果關系、比較關系等，幫助學生構建更為完整的知識體系。這不僅有助于學生快速找到與問題相關的核心內容和深層信息，還能激發他們的學習興趣與探索欲望，促進其在數字化環境下的主動學習與認知發展。此外，生成式AI可以設計模擬推理訓練等學習任務，為學生提供在虛擬環境中進行邏輯推理與問題解決的機會，進一步推動其在數字化環境下的主動學習與認知發展。

4.1.2" 開展團隊信息搜集與甄別活動，提升學生的信息甄別能力

在STEM教育背景下提升學生數字素養的實踐中，教師應積極倡導并組織學生以分組合作的形式圍繞同一研究項目展開信息搜集與甄別活動。每個小組的成員應根據自身的興趣點與專長領域進行分工合作，分別搜集不同領域的相關信息。隨后，學生將信息匯總并在小組內展開深入討論，比較不同信息源的可靠性，篩選出有價值的信息。通過這種團隊合作的形式，學生不僅能掌握多元的信息獲取途徑和甄別技巧，還能在實踐中錘煉團隊協作精神，提升溝通能力。

4.2" 融合元宇宙技術于跨學科項目設計，促進學生數字化邏輯思維與批判性能力提升

隨著信息技術的飛速發展，元宇宙作為集成了虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、混合現實（MR）等多種前沿技術的綜合性數字空間，正逐步滲透到教育領域。將元宇宙技術深度融入STEM教育跨學科項目設計，不僅能打破傳統學科界限，促進知識的融合與交叉，還能為學生創造一個沉浸式、互動性強且高度模擬現實的學習環境。

在這樣的學習環境中，學生由知識的被動接受者蛻變為主動尋求知識、勇于探索未知領域的探索者和創新知識的創造者。學生在元宇宙構建的虛擬場景中，通過參與STEM教育跨學科項目的設計與實施，親身體驗知識的產生、發展與應用過程。這一過程中，學生需要運用數字化邏輯思維，將不同學科的知識與方法進行整合與創新，以解決復雜的現實問題或創造新的解決方案。這種跨學科的思維方式與問題解決能力的鍛煉，有助于提升學生的數字化邏輯思維能力。

同時，元宇宙技術提供的豐富交互機制與多元化信息源，也為學生批判性能力的提升提供了有力支持。在虛擬空間中，學生將面對大量復雜多變的信息與觀點，他們需要學會篩選、甄別、評估信息的真實性、有效性與價值性。通過引導學生不斷思考與討論，逐步提升他們的獨立思考、理性判斷與批判性思維能力，使其能夠更加客觀、全面地認識問題，并提出自己的見解與主張。

因此，融合元宇宙技術于跨學科項目設計可以有效促進學生數字化邏輯思維與批判能力的提升。

4.3" 融合數據分析于STEM教育項目式教學評價體系，促進學生數字化進階學習與創新能力提升

在大數據時代，教育領域迎來了數據驅動的新紀元。在這一背景下，追蹤并分析每一位學習者的詳盡數據成為可能，這標志著我們能夠通過大數據的視角，深入洞察并把握每位學習者的個性化學習生態與動態發展情況。教育大數據作為過程性和實時性的行為、現象記錄與技術性觀察采樣的集成，其深度與廣度為分析微觀層面下學習者的個體差異與學習狀態提供了前所未有的視角與機遇。

將數據分析技術深度融入STEM教育項目式教學評價體系，可以實現對學生學習成果的全面、客觀的量化與質性評估，從而為學生提供多維度、高精準度的反饋信息。這些反饋不僅記錄了學生在STEM教育的項目探索過程中的成就與挑戰，還揭示了其學習策略的有效性，展現了其問題解決能力和創新思維。

作為學習過程的主體，學生能夠積極吸納并深入解析這些反饋內容，啟動自我反思機制，對自身的學習路徑、方法選擇與思維模式進行批判性審視。這一過程不僅增強了學生的自我意識，更促進了其自我調節能力的構建與發展。此外，這種基于數據分析的反饋機制也極大地激發了學生的創新潛能，鼓勵他們在STEM教育的項目實踐中勇于嘗試、敢于創新，不斷探索未知領域，成為具備創新思維與實踐能力的未來人才。

4.4" 融合AI技術于STEM教育的項目式學習反饋體系，促進學生數字責任與安全意識提升

AI技術深度融入項目學習反饋體系可以實現對學生項目完成全過程和結果的深度洞察。這依托于對學生行為數據的全面收集與精細分析，涵蓋學習行為的多維度量化評估和學習表現的深度剖析。借助先進的機器學習算法與數據分析技術，AI技術能夠智能識別學生在學習軌跡中潛在的問題，包括數字安全方面的漏洞與不當行為跡象，確保學生能夠獲得即時、精準且個性化的反饋與指導。這些反饋不僅精準定位學生面臨的問題本質，而且提供一系列旨在促進問題解決與行為改進的策略建議。尤為重要的是，AI技術融入學習反饋體系強化了對學生數字責任與安全意識的引導與教育，有效促進學生形成正確的數字行為規范與強烈的數字責任感，從而在數字化學習環境中實現更加安全、高效的學習體驗。

5" 結束語

本文在深入研究STEM教育背景下中小學生數字素養提升策略的過程中，明確了數字素養作為未來社會關鍵能力的重要性，并深入探討了如何在STEM教育框架下有效促進這一能力的提升。本文提出的策略旨在構建一個中小學生數字素養提升的系統性解決方案。然而，數字素養的提升是一個持續的過程，需要教育工作者、政策制定者、家長和社會各界的共同努力。只有在各方共同關注和支持中小學生數字素養教育的情況下，才能推動STEM教育在中小學階段的普及與發展，為全面提升新一代青少年的數字素養貢獻力量。

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*項目來源：2024年陜西省大學生創新訓練計劃項目“基于AI技術的智慧研學系統模型設計研究”（基金編號：S202410720083）。

作者簡介：劉學偉，中學二級教師。