谈STEM教育在初中信息科技学科中的实施

【摘要】初中信息科技教师结合跨学科教育理念，实施知识融合的STEM教育，不仅能突破传统授课模式的束缚，增强教学活动的多元性、实践性与有效性，还能突出学生的主体地位，培养学生跨学科学习意识，训练他们实践探究的能力，进而真正改善他们在课堂上自主认知的效果。从跨学科融合视角出发，阐述教师通过设计STEM课程提高初中信息科技教学质量的具体策略，旨在发挥出STEM教育应有的作用。【关键词】初中信息科技；STEM教育；游戏；视频在新时代教育环境下，传统的单一化授课模式已经难以满足当前信息科技课程的教学要求，也无法满足学生综合能力提升的需求。对此，初中信息科技教师需要转变教学思路，根据实际授课需求，合理运用STEM教育理念开展学科交叉融合的探知活动，为学生营造更加自由、更加开放的学习环境，創造更多自主认知、实践学习的机会。这样一方面可以调动学生探知的积极性，提高学生课程学习的效率；另一方面可以开拓他们的学习思路，拓宽他们的视野，使他们在多学科技能综合运用过程中，加深对信息科技知识的认识，提高自主学习和学以致用的能力。一、STEM教育的内涵STEM教育以跨学科教育为主，采用多学科融合的知识探究模式，旨在培养学生个人综合素质，提升其创造性认知和知识实际应用能力。STEM教育并不是在知识讲授过程中简单地融入科学、技术、工程、数学四门学科的内容，而是根据单元知识特点，将四门学科进行有机融合，使各学科内容形成一个整体，让学生能够合理利用多学科知识与技能高效、深入探究所学内容，进而实现有效的跨学科学习和深度学习，提升综合认知的能力与效果。同时，STEM教育注重学科交叉融合的科学性与合理性，重视跨学科教育的实用性与有效性。基于此，初中信息科技教师在实施STEM教育时，需要灵活运用各种手段和各类资源，实现四门学科的深度融合，同时给予学生更多自主探索单元知识的空间，设计开放的探知任务，使其在团队合作、亲身体验过程中形成对信息科技知识的认识，提升其实践、认知的能力。二、初中信息科技STEM教育实施的原则（一）主体性原则在当前的素质教育背景下，初中信息科技教师需要尊重并认可学生的主体地位，以学生为主，开展多样化STEM教育活动，同时对其进行合理且有针对性的教学指导，帮助其实现更加高效的跨学科学习。（二）综合性原则STEM教育的主要方式是整合多门学科知识与技能，让学生在跨学科融合的学习活动中认知学科内容。因此，教师需要遵循综合性原则，以信息科技知识为核心，引导学生结合科学、技术、工程、数学四门学科理论探究单元知识，在开阔其视野、开拓其思路的同时，提高其运用跨学科思维理解知识、习得技能、解决问题的能力。另外，在综合性原则指导下，教师不能简单地组合四门学科的知识，而要将其进行交叉融合，使其相互渗透，这样才能更好地发挥跨学科教育的作用。（三）创造性原则STEM教育注重培养学生的创造思维和创新实践能力。因此，教师应当遵循创造性原则，设计具有自主性、实践性、创新性的探知任务。这样，学生在探究此类任务的过程中，能够自觉运用联想思维、发散思维、创造思维，采用自主研究、合作讨论、互动实践等方式解答相关问题，从而形成较强的自主意识，提高认知能力。三、初中信息科技STEM教育实施的具体措施（一）设计游戏形式的STEM课程对于部分初中阶段的学生而言，他们因为自我约束能力不强，所以很难在学习活动中长时间保持注意力集中，进而影响自身的学习质量。信息科技教师若想解决这一问题，需要合理优化教学手段，让学生真正体会到课程学习的乐趣，增强其自主探知的动力［1］。为此，教师可以采用游戏的形式开展融合STEM教育的授课活动，利用趣味游戏推进课程教学，激发学生主动学习的兴趣，让他们集中注意力，通过完成跨学科的游戏化探知活动任务，更加扎实地掌握单元知识与技能，提升课程学习的效率与效果。下文以“添加动画效果和超链接”为例，阐述游戏形式的STEM课程教学策略。1.制订探知目标，设计驱动任务教师基于STEM教育理念实施游戏化课程教学时，需要先深入了解单元教学内容和单元授课需求，再以此为依据，结合班上学生当前的真实学情和求知需求，设计科学合理的学习目标，帮助学生快速找到自主探知的方向。之后，教师需要围绕学习目标，设计难度适中且富有趣味性的任务，以此来集中学生的注意力，调动他们探知的积极性，激发他们分析学科知识的兴趣，使他们能够更加主动地参与到游戏化探知活动中［2］。在本课的教学中，教师可以根据教学内容和实际学情，设计小组合作式学习目标（如表1所示），把学生科学分成多个探知小组。然后，教师可以根据学习目标设计实践性的驱动任务，具体如下：（1）为演示文稿中的数学符号、有关科学现象的视频、有关建筑的图片等设置有趣的、多种样式的动画效果；（2）把教师提供的工程类动画短视频网址以超链接的形式添加到演示文稿之中；（3）自行选择幻灯片切换方式，通过设置自动换片时间，使每页幻灯片自动切换效果；（4）各小组进行演示文稿内容设计的比拼，投票评选设计质量高的作品。2.引入游戏元素，引发探知兴趣教师为了增强STEM教育的趣味性，提升学生主动参与探知活动的兴趣，需要巧妙引入游戏元素，制订游戏化学习机制。在本课的教学中，教师可以采用任务积分制，开展比拼游戏类跨学科学习活动。对于上述驱动任务，教师可以根据不同任务的难易程度，设计差异化的分值。其中：第一项任务和第三项任务需要用到的演示文稿功能较为复杂，动画、切换效果设置难度较大，因此完成这两项任务可以积3分；第二项任务难度较小，因此完成该任务可以积2分；第四项任务具有激励的效果，得的票数最多的小组可以积2分，并且获得奖励。教师通过制订游戏化学习机制，能够高效调动学生的内在学习动机，使游戏化课程教学有序地开展。3.开展合作实践，实现高效探知在跨学科的游戏化课程教学过程中，教师需要采用互动探究式的授课策略，引导各小组以互动交流、协同合作的方式完成驱动任务，以此来提高他们学习的效率。在本课的教学活动中，教师需要引导各小组合理分配实践任务。在探索单元知识的过程中，各组成员需要先运用科学思维，针对演示文稿中动画的相关原理、功能及作用、技术方法等内容进行交流讨论，运用工程思维、结合数学之美构思和探讨演示文稿的美化方案；然后以分工合作的方式，应用一些技术手段展示演示文稿的动态效果；最后派一名代表汇报本组的实践成果，放映幻灯片，打开超链接、播放其中的视频等。（二）设计视频形式的STEM课程为了通过STEM教育培养学生自主学习的能力和运用知识的能力，信息科技教師需要改变以往的注入式教学模式，借助多元化探知活动激活学生的主观能动性和参与活动的积极性，从而提升课程质量［3］。教师若想更好地实现上述目标，可以利用生动形象的视频开展实践、认知活动。在活动中，教师可以让学生观看单元教学微课视频，运用STEM教育理念，引导学生结合各学科知识和以往的生活经验，对视频内容进行分析与研究，探寻单元知识的底层逻辑和应用方法。然后，教师可以让学生根据任务要求，运用创造思维和单元知识创作相应的课程作品。这样的教学活动既可以增强学生主动探知的动力，又能使其在动手操作过程中提高实践能力。下文以“无人机自动跟随”为例，阐述视频形式的STEM课程教学策略。1.观看生动视频，联想日常生活在本课的导入环节，教师播放讲述无人机技术的《决胜无人机》《无人机时代》《空中武士—无人机》的视频片段。然后，教师引导学生根据已有认知经验和日常生活经历，结合科学、技术、工程、数学四门学科的知识，讨论无人机在军事、民用、文化等各个领域的应用，分析无人机自动跟随功能的实际作用，以此来启发他们的联想思维，提升他们自主探究知识的兴趣。通过这一环节的学习，学生能够了解到：在军事领域，无人机自动跟随功能可以用于边防巡逻，对可疑的地面运动目标进行观察和检测，提升军事侦察能力；在民用领域，可以用于安防巡逻，通过持续跟踪可疑目标提升巡逻效果，保障民众的生活安全；在文化领域，可以用于航空摄影，拍摄运动中的物体，从不同角度展现物体的多样化形态［4］。2.了解单元知识，思考底层逻辑在本课的探究环节，教师借助视频开展互动交流活动。在此项活动中，班上学生需要结合各领域知识，针对无人机自动跟随的原理进行深入探讨，合作探究基于二维码实现无人机自动跟随的编程方法，从而真正理解无人机自动跟随相关知识的底层逻辑。如基于二维码的无人机自动跟随的原理是：在无人机上安装二维码识别系统，使无人机能够在空中飞行时准确识别二维码，找到二维码的定位并移动至二维码正上方；当二维码的定位发生改变时，无人机便可跟随二维码进行移动。学生运用科学思维，通过互动交流，可以知道无人机自动跟随的方法主要有GPS跟随和视觉跟随两种。学生在技术研究过程中，则需要运用技术、工程、数学学科的逻辑思维、整合思维、联想思维进行探讨分析，得出最终结论。3.进行实践操作，体验创造乐趣教师为了增强本课学习体验的趣味性，设计了如下实操任务：在无人机自动跟随过程中，如果以较快的速度改变二维码的定位，无人机的移动速度能够跟上改变二维码定位的速度吗？请提出猜想，并通过实践操作的方式验证猜想。对此，各组学生利用计算机软件进行实验操作，在模拟的情景中快速变换二维码的位置，查看安装了某种自动跟随程序的无人机的跟随情况，记录每次实验的结果，得出最终的实验结论。比如，有的小组用工程思维预设二维码变换的位置，再用数学知识确定每次实验中无人机的移动速度，得出“安装了这种自动跟随程序的无人机只能跟随二维码移动20秒，20秒后无人机会自动降落”的结论。之后，该小组尝试改进这种自动跟随程序，以保证无人机能够跟随二维码移动更长时间，收到特定指令后才会关闭自动跟随程序并降落。学生通过参与融合STE