课程育人、实践创新培育青少年原始科技创新力

【摘要】义务教育课程方案和课程标准（2022年版），培根铸魂奠基未来，将党的教育方针具体化为课程应着力培养的学生核心素养，培育三有新人（有理想、有本领、有担当）。作为国家课程的信息科技，承载着提升青少年数字素养和技能的重任，也关乎国家未来科技创新发展的事业。学科的“科学性”和“技术性”，使其在培养青少年原始创新精神等方面具有独特的价值。本文从信息科技课程的育人价值、与创客教育的关系、提升学生创新精神和问题解决能力的方法论等方面分析其育人的独特性。【关键词】信息科技课程与教学；创客教育；设计思维聚焦核心素养，培育“三有新人”习近平总书记多次强调，课程教材要发挥培根铸魂、启迪智慧的作用。2022年4月，教育部印发《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》，从培养目标上全面落实习近平总书记关于培养担当民族复兴大任时代新人的要求，结合义务教育性质及课程定位，从有理想、有本领、有担当三个方面，明确义务教育阶段时代新人培养的具体要求。各课程标准基于义务教育培养目标，将党的教育方针具体化为本课程应着力培养的学生核心素养，体现正确价值观、必备品格和关键能力的培养要求。例如：信息科技课程作为义务教育阶段的国家课程，旨在培养学生科学精神和科技伦理，提升自主可控意识，培育社会主义核心价值观，树立总体国家安全观，提升国民数字素养与技能。从学科专业的角度，帮助青少年认识数字形式表达的信息及其应用中的科学原理、思维方法、处理过程和工程实践，建立物理世界与数字世界的关联，融入数字科学与技术的发展，利用数据和算法实现过程控制，维护个人数据隐私和社会数字安全，维护人与数字、人与算法、人与机器和社会协调发展。核心素养是课程育人价值的集中体现，是学生通过课程学习逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。信息科技课程的核心素养，主要包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。这四个方面相互支持、相互渗透，共同促进学生数字素养与技能的提升。提升学生数字素养与技能关乎国家未来发展中国的数字化转型正在加速推进，数字技术逐步全面应用于中国经济、社会等各领域建设并提供强大的驱动力，“数字中国”已经上升为国家战略。习近平总书记强调指出：推动数字经济健康发展事关国家发展大局，在全面推进数字化转型的关键时期，提升全民数字素养与技能至关重要。提升公民数字素养已经成为世界各国持续关注的重要问题。2018年，联合国教科文组织发布了《数字素养全球框架》，旨在帮助世界各国加强数字素养教育质量监测，有效利用研究成果改进学习，提升公民数字素养。2019年G20峰会上，各成员国将“公众数字素养教育不足，影响创新的可持续发展”列为需要共同面对的重要议题。2020年9月，欧盟发布了《数字教育行动计划（2021-2027年）》，提出数字教育、数字能力和数字素养三个核心概念，并以“提高数字技能和能力以实现数字化转型”作为行动的战略重点之一。欧盟在反思抗击新冠肺炎疫情的经验与教训后，认为欧洲公民的数字素养整体无法跟上数字时代变革的需求，在2022年更新了欧洲公民数字素养框架，包括信息与数据、沟通与合作、数字内容制作、安全和问题解决五个领域。《中華人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出了“加快数字化发展，建设数字中国”的目标。中央网络安全和信息化委员会发布了《提升全民数字素养与行动技能纲要》（以下简称纲要），强调“全民数字素养与技能日益成为国家竞争力和软实力的关键指标”，计划到2025年，“实现全民数字化适应力、胜任力、创造力显著提升，全民数字素养与技能达到发达国家水平；数字素养与技能提升发展环境显著优化，基本形成渠道丰富、开放共享、优质普惠的数字资源供给能力；初步建成全民终身数字学习体系，老年人、残疾人等特殊群体数字技能稳步提升，数字鸿沟加快弥合”。党的二十大报告将“推进教育数字化”写入“办好人民满意的教育”部分，提出“推进教育数字化，建设全民终身学习的学习型社会、学习型大国”。2022年全国教育工作会议提出实施“教育数字化战略行动”，要求加快教育数字化转型和智能升级。教育数字化转型是一个综合的、系统的、全方位的创新与变革过程，不仅直接关系到我国人才培养的质量，也深刻影响着整个社会的数字化转型发展和国家的竞争优势。在推进教育数字化转型过程中，其关键要素是行为主体的数字能力建设，必须从信息素养提升到数字素养乃至数字智能的水平，使得人人懂得利用数据与智能技术改进自己的工作、学习与生活。教育是面向未来的事业。学校是促进人的发展的主要场所，教育数字化转型中“人的发展”不仅要关注教师和管理者的发展，更要重视学生的发展。从青少年抓起，在义务教育阶段重视科学技术教育，尤其是信息科技教育，提升青少年的数字素养和技能，是义务教育应有的责任担当，也是关乎国家未来科技发展的事业。义务教育信息科技课程具有基础性、实践性和综合性，为高中阶段信息技术课程的学习奠定基础。作为国家课程方案的颁布，让信息科技课程有专业的“味道”，真正“专业”起来，学科基本知识与技能体系、学科解决问题方法体系和学科能力体系有了清晰的架构。依据核心素养和学段目标，按照学生的认知特征和信息科技课程的知识体系，围绕数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能六条逻辑主线，设计义务教育全学段内容模块，组织课程内容，具体内容包括内容模块和跨学科主题。小学低年级注重生活体验，在语文、道德与法治课程的学习中，学会“信息交流与分享”，保护“信息隐私与安全”，体验“数字设备”。中高年级单独设课，通过“在线学习与生活”“数据与编码”“身边的算法”“过程与控制”和“模拟小型系统”初步学习基本概念和基本原理，并体验其应用。初中阶段深化原理认识，探索利用信息科技手段解决问题的过程和方法，在“互联网应用与创新”“物联网实践与探索”“人工智能与智慧社会”和“互联智能设计”等学科和跨学科项目中提升学生的“数字素养和技能”。1984年邓小平同志提出：计算机的普及要从娃娃抓起。囿于国家经济发展水平和中小学计算机教育的条件所限，中小学普及信息科技教育经历近40年的发展，如今形成了完整的、系统的、科学的国家课程体系。面对ChatGPT等新一代人工智能技术带来的挑战，如何在教育、科技、人才的体系中，培养具有创新精神、善于沟通与协作、具有设计思维与计算思维以及问题解决能力的创新人才是信息科技课程的新使命。信息科技课程具有培养青少年原始创新精神的独特价值信息科技作为现代科学技术领域的重要部分，研究以数字形式表达的信息及其应用中的科学原理、思维方法、处理过程和工程实现，是诸多科技领域中最具基础性、最富生命力、最有交叉度的领域之一。以人工智能、虚拟现实等为代表的新一代信息技术正推动着新一轮的科技革命、产业革命，并深刻地影响、重塑着我们的社会生产和生活。从历史脉络和未来趋势看，信息科技是创新的引擎，也是创新的源泉。由于信息科技学科的“科学性”和“技术性”，使其在培植青少年原始创新精神方面具有独特的价值。信息科技发展很快，与社会发展联系最为紧密，学科实践领域宽广。通过学科实践，可以强化课程内容与学生生活、社会实践和生产劳动的联系，可以在活动和情境中、在操作和应用中、在实践和体验中开展学习。信息科技课程倡导真实性学习，要求教师创新教学方式，以真实问题或项目驱动，引导学生经历原理运用过程、计算思维过程和数字化工具应用过程，建构知识，提升问题解决能力。信息科技支持学生在数字化学习环境下进行自我规划、自我管理和自我评价，通过创设真实情境，引入多元化数字资源，提高学生的学习参与度。学科实践不仅是学生经历发现和解决问题、建构和运用知识的过程，也是学生养成品德和价值观、体验生命价值的过程。在学科实践过程中，学生将体验到学习的兴趣和成就感，培养知行合一的精神、积极探索的精神，形成创新意识、正确的价值观和高度的社会责任感。创客教育是提升青少年创新精神的有效途径信息科技课程的学习，鼓励“做中学”“用中学”“创中学”，突显学生的主体性。从理念上讲，创客教育以信息技术的融合为基础，传承了体验教育（ExperientialEducation）、项目教学（Project-BasedLearning）、创新教育、DIY（DoItYourself）等教育理念，为重构和优化创新人才培养体系提供了可能的“操作系统”。创客教育强调与真实世界的连接性学习，注重学习过程中的自主探究、交流合作、设计创新、问题解决与知识共享等。从目标定位和实施方式看，创客教育与信息科技教育同心同向，侧重提升学习者的创新素养，即以完成创意作品或创新产品的开发任务为驱动，培养学习者综合运用知识技能解决实际问题的能力，并最终发展学生的创新意识、创新思维以及创新能力。创客教育对学生创新能力的培养还体现在发展学生的设计意识与能力，帮助学生学会创意思考、学会创新性地解决问题。信息科技主要研究以数字形式表达的信息及其应用中的科学原理、思维方法、处理过程和工程实现。越来越多的教育人士意识到它在学生创新、创造能力培养方面的意义所在。《纲要》中对数字素养的概念界定：数字素养是数字社会公民学习工作生活应具备的数字获取、制作、使用、评价、交互、分享、创新、安全保障、伦理道德等一系列素质与能力的集合。从中可以看出数字素养的形成需要在真实的情境中经历使用、制作、创作、创新等不断迭代发展的学习过程，这与创客的学习与工作过程完全一致。数字素养概念具有三方面特征：一是数字素养是人們在数字时代工作和生活中必备的素养；二是数字素养的核心是数字技术的运用和掌握；三是数字素养包含数字获取、制作、评价和创新等一系列综合能力。这些与创客教育的理念完全相同。人人都是创客（maker），面向不同年级阶段的学生，学校可以把信息科技、科学、劳动教育、综合实践活动等课程结合，以跨学科项目化的方式开展创客实践，“问题解决”和“创意物化”是主要的学习目标。我们知道，问题解决是一种思维活动。问题解决是由一定的情境引起的，人们按照一定的目标，应用各种认知活动、技能等，经过一系列的思维操作，使问题得以解决。它包括明确问题、探求解法、实施计划、检验结论和讨论反思五个阶段，设计思维是其中的主线。创意设计是创造性地综合处理信息的过程，通过融入某种与众不同的理念，把简单、寻常的想法不断延伸、变换，用图形、语言、符号等形式形成一种独特的表达。创意设计需要综合运用类比法、头脑风暴法、列举法、移植法、组合法、分解法等多种思维方法。从实际操作来看，包括构想（设计）和执行（操作）。根据不同的创意内容，可以选择只完成构想，也可以把构想变成实际的产品。创意设计可以包括：叙事作品、形式创意、造型、结构创意、三视图建模和功能创意。叙事作品，如：工业设计、建筑设计、包装设计、平面设计、服装设计、标志设计和广告设计等方面；形式创意，是指对作品感知特征的构想，主要包括视觉特征和听觉特征；造型可以是平面造型、立体造型、音乐造型等；结构创意，是指对实物作品的物理构成要素及其组合方式的构想，主要的组合方式包括堆叠、拼插、柔性连接等；三视图建模，利用相关软件进行3D建模；功能创意，是指对作品功能的构想，包括实用功能、教育功能和娱乐功能等方面，机械设计、电路设计、电子设计和编程都可以归入这一类。创客所产生的原生领域——设计与工程领域，设计在换位思考、创意构思、建模迭代等需求中形成了成熟的理念、方法和工具。工程在不断实践中形成物化的作品。培养学生的创客精神，提高他们的设计与工程能力，帮助学生学会创意思考、学会创新性地解决问题，也是信息科技课程的教育目标。设计思维是提升学生创新精神和问题解决能力的方法论设计思维是一个分析、创造的过程，它包括对问题的探索，对解决方案的构思、制作、评价等环节，是人的一种复杂思维能力。它以学生发展为中心，强调对学生创新精神、问题解决等综合能力的培养。设计思维以项目学习为依托、以小组合作的形式展开，强调以学生为中心的体验，是基于真实问题的探究性学习。在设计思维活动中，学习者被给予像设计师一样思考的机会，诱导他们担负起解决问题和创新创造的责任，创造力和自信便油然而生。设计思维非常强调同理心、原型迭代、跨学科团队合作、可视化、系统观等能力特征，这些也是具有计算思维的人应该具备的特性品质。在以信息科技为主要要素的创客教育中，思维品质养成于学习实践过程中。学习者运用设计思维方法解决问题的过程和设计思维培养的过程正是数字素养与技能和学生核心素养养成的过程。将设计思维模型“整体”应用于创客活动中，把设计思维方法作为课程主线贯穿于整个课程学习的始终，学生通过遵循既定的步骤逐步完成阶段性目标而最终实现作品的设计创新。具体的设计思维工具也可以独立嵌入学生进行创新创造的关键环节中，帮助学生理解思维认知的路径，提升思维的品质。例如，SCAMPER法是设计思维中比较有名的一种方法，它启发学习者在思考问题时，从七个方向去推敲出新的构想。如：替代（Substituted），在设计实践中可以考虑替代某个功能、环节或者原有细节来达到创新的目的；结合（Combined），可把不同的想法、功能、步骤结合，产生新的创意和解决方案；调试适应（Adapt），需要调整细节以适应某些特殊的需求；修改（Modify），通过改变原有功能的操作形式或表现形式来获得设计创新；用作他用（Puttootheruses），设计时可以把别的领域的概念或处理方式拿来借鉴；去除（Eliminate），思考是否可以去除一些复杂或者不必要的流程或者功能；重组（Rearrange），