STEM教育背景下中小学生数字素养提升策略研究

摘"要：中小学生的数字素养是其适应信息化社会、奠定未来学习和工作基础的关键要素。聚焦数字素养的核心地位，深入探讨STEM教育如何作为辅助手段有效促进中小学生数字素养的提升。基于此，立足STEM教育背景下中小学生数字素养的新内涵与构成，针对当前中小学生数字素养存在的不足之处，从生成式AI、元宇宙技术和数据分析技术等角度，提出有针对性的数字素养提升策略，旨在为中小学生数字素养提升提供有效参考和建议，进一步推动中小学生在数字化时代的全面发展。关键词：STEM教育；中小学生；数字素养；0"引言2023年，联合国教科文组织在上海设立了国际STEM教育研究所，推动了国内学者对STEM教育的关注。教育部强调，推进信息技术在日常教学中的深入、广泛应用，有效利用信息技术推进“众创空间”建设，探索STEAM教育等新教育模式，使学生具有较强的信息意识与创新意识，养成数字化学习习惯，具备重视信息安全、遵守信息社会伦理道德与法律法规的素养[1]。教育强国建设以立德树人为根本任务，以为党育人、为国育才为根本目标。在教育强国建设过程中，中小学教育发挥着至关重要的作用，特别是在科技迅猛发展的今天，提高青少年的数字素养和技能已成为中小学教育的重要职责[2]。因此，数字素养的培养不仅是教育创新的体现，也是实现教育强国目标不可或缺的一环。STEM教育的推行能够为中小学生打下坚实的科学、技术、工程和数学基础，并提升他们的数字素养水平，助力他们成为未来社会的栋梁之材。基于此，需要重新定位STEM教育下的中小学生数字素养要求，并提出实施策略，以指导学生有效学习。1"基本概念分析1.1"数字素养的内涵1994年，以色列学者阿尔科莱（ESHET-ALKALAI）构建了一个关于数字素养的综合性框架，该框架详述了图片与图像素养、再创造能力、多元化思维、信息处理能力和社会情感理解等核心要素[3]。保罗·吉尔斯特（PaulGilster）将数字素养定义为一种综合能力，它涵盖了信息的获取、理解、批判性分析和整合信息[4]。随着21世纪信息技术的迅猛进步，数字素养的定义逐渐多元化，不同领域和学者对此提出了多样化的见解和阐释。美国图书馆协会（AmericanLibraryAssociation，ALA）将数字素养定义为“运用信息和通信技术（ICT）来发现、评估、创造和交流信息的能力”[5]。2011年，欧盟联合研究中心（JRC）将“数字素养”列为公民八大核心素养之一，并通过实施“数字素养项目”，构建了一套欧盟数字素养的框架与指标体系，把数字素养视为在全球竞争中取得优势的关键因素[6]。美国新媒体联盟（NewMediaConsortium，NMC）对数字素养的定义聚焦于个体在获取与创造数字资源时，展现出的解读、认知、掌握和有效运用这些资源的能力。该定义不仅涵盖了基础通用素养，还强调了创造性思维和跨学科知识的整合[7]。2021年11月，中央网络安全和信息化委员会印发的《提升全民数字素养与技能行动纲要》指出，数字素养与技能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[8]。具体来看，数字素养与技能主要包括数字意识、计算思维、数字化学习与创新、数字社会责任等。通过追溯数字素质概念的演进和学术界的界定，可见其不仅涉及数字技术或工具的应用层面，还涵盖了数字化资源整合能力和信息实践创新能力。1.2"STEM教育的内涵STEM是由科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四个英文单词的首字母组合而成的缩写。简而言之，STEM教育就是一种融合了科学、技术、工程和数学等多个学科领域的教育方式[9]。STEM教育具备跨学科性、情境体验性、问题导向性、探究协作性、实证技术结合等特征，这些特点有助于学生全面理解并掌握知识，提升其实践和创新能力[10]。在信息化和科技迅猛发展的时代，STEM教育已经成为全球各国在推动课程教学改革和培养创新型人才方面的重要战略选择[11]。STEM教育注重不同学科之间的融合与贯通，旨在让学生通过学习和掌握不同学科的知识结构及其在实际中的应用方式促进多元化能力的发展和提升[12]。STEM教育的核心在于通过跨学科学习，全面提升学生的综合能力，使他们能够灵活运用知识解决实际问题。首先，STEM教育强调多领域知识的融合与团队协作，为学生提供综合性学习体验，这与数字化跨学科认知意识高度契合，有助于学生实现跨领域的知识整合与应用。其次，STEM教育注重实践性和情境性，鼓励学生通过动手实践解决问题，培养数字化综合性逻辑思维。此外，自主性探究也是STEM教育的重要一环，对提升学生的数字化进阶学习与创新能力具有关键作用。最后，STEM教育不仅能够让学生获得知识和技能，还能够让他们形成全面的数字化素养和社会责任感，为其未来发展奠定坚实的基础。1.3"STEM教育背景下中小学生数字素养的构成在21世纪信息化社会中，STEM教育在培育新一代创新人才方面的重要性日益突出。数字素养作为中小学生要具备的重要素养之一，对学生适应未来社会、提升个人竞争力具有至关重要的作用。本文从以下四个方面阐述STEM教育背景下中小学生数字素养的构成。1.3.1"数字化跨学科认知意识在STEM教育背景下，中小学生的数字化跨学科认知意识是指在数字化环境下，个人能够跨越不同学科领域，有效获取、处理、分析和应用信息的能力。数字化跨学科认知意识体现了STEM教育跨学科、综合性的特点。数字化时代，各个学科之间的交叉和融合越来越普遍，数字技术正是促进这种融合的重要工具。培养学生的数字化认知意识可以更好地实现STEM教育中跨学科知识的整合与应用，提高学生的综合素养和创新能力。1.3.2"数字化逻辑思维与批判能力在STEM教育背景下，中小学生的数字化逻辑思维与批判能力是指学生在处理数字化问题时所展现出的逻辑思维、数据分析和系统思考能力，以及面对信息、观点和问题时所表现出的信息评估、质疑精神和决策判断能力。培养中小学生的数字化逻辑思维与批判能力可以让他们更好地适应数字化时代的需求，提高在信息社会中的竞争力和创新能力。1.3.3"数字化进阶学习与创新能力在STEM教育背景下，中小学生的数字化进阶学习与创新能力是指学生能够利用数字化工具和平台深入探索数学知识，有效地将其应用于实际问题的解决并进行创新。这包括但不限于利用网络资源、在线学习平台、数字工具等进行信息搜索、知识整理和自主学习。通过数字化进阶学习，学生可以更广泛地获取知识，提高学习效率，并为后续的创新实践打下坚实基础。在这个过程中，学生需要展现出在数字化环境中对问题进行独立思考和创造性解决的能力，如提出新颖的数学问题、设计独特的解题策略、运用数字工具进行创新性的数学建模和数据分析等。1.3.4"STEM+数字化社会责任担当在STEM教育背景下，培养中小学生数字化社会责任担当有助于提升其社会意识和道德责任感。学生在学习和应用知识的过程中，需要思考他们的行为如何影响社会、环境和他人，还需要了解并遵守数字伦理，确保自己的创新成果能够为社会带来积极影响。通过STEM+数字化社会责任担当的教育，学生可以更好地理解并应对数字化时代带来的挑战，学会如何保护个人和他人的隐私、如何防范网络攻击、如何合理使用数字资源等知识和技能。这些知识和技能不仅有助于学生在未来的职业生涯中取得成功，也有助于他们成为有社会责任感的公民。2"STEM教育与中小学生数字素养融合的意义2.1"提升中小学生的数字素养2024年2月，中央网信办、教育部、工业和信息化部、人力资源社会保障部联合印发的《2024年提升全民数字素养与技能工作要点》将全面提升师生数字素养与技能作为重点任务之一[13]。在数字化浪潮席卷全球的今天，数字素养已经成为衡量个人综合能力的关键指标。尤其对中小学生而言，数字素养的培养至关重要。STEM教育作为一种注重跨学科整合与创新实践的教育理念，与数字素养的融合具有显著优势。在学习过程中，学生通过实践操作等方式可以更好地利用数字技术获取信息、进行深度分析、形成客观性评价，并有效传递知识。2.2"增强中小学生的创新思维和实践能力《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》指出，改进科学文化教育，统筹课堂学习和课外实践，强化实验操作，建设书香校园，培养学生创新思维和实践能力，提升人文素养和科学素养[14]。中小学生创新思维和实践能力的培养已经成为教育改革的核心议题之一。STEM教育与数字素养相结合，可以进一步提升中小学教育的质量与效果。两者的融合将使学生在实际操作中更深入地理解理论知识，并增强他们的创新思维和实践能力。通过综合性的学习和实践活动，学生能够有效融合多学科知识，同时培养独立思辨的习惯，为应对未来的挑战打下坚实基础。2.3"培养中小学生的跨学科整合能力STEM教育与数字素养的融合过程中，彼此的互补优势得到了充分发挥：STEM教育提供了一个实践性的平台，让学生在动手操作中体验知识的实际应用；数字素养则为这个过程提供了强大的技术支持，使学生能够更高效地获取信息、处理数据和解决实际问题。这种融合不仅促进了知识的跨学科整合，还有助于学生建立更全面和系统的知识体系。在实践中，学生需要综合运用STEM和数字素养的知识，解决真实而复杂的问题。这一过程不仅锻炼了学生的跨学科整合能力，还让他们认识到知识之间的内在联系，从而更加深入地理解和掌握知识。2.4"培养中小学生的团队协作能力随着21世纪新兴技术的快速发展，社会对人才必备能力的需求也在不断变化，团队协作能力已成为中小学生必备的核心能力之一。首先，STEM教育以其跨学科性、实践性和问题导向的特点，为培养学生的团队协作能力提供了丰富的土壤。其次，数字素养作为现代学生必备的基本技能之一，与团队协作能力的培养具有紧密的联系。在数字化时代，学生需要具备一定的数字技术知识和能力，才能更好地参与团队活动和完成项目。融合STEM教育和数字素养的教学模式为学生提供了真实、复杂的任务情境，要求他们在团队中共同协作，并利用跨学科知识解决实际问题。这种情境化的学习模式可以让学生在实践中不断磨练自己的团队协作能力，如如何在团队中扮演不同的角色、如何有效进行任务分工与协作、如何共同面对挑战并解决问题。2.5"培养未来职业竞争力在科技迅猛发展的时代背景下，各职业领域对人才的需求正经历着前所未有的变革。如何培养中小学生的未来职业竞争力，使他们在日益激烈的就业市场中脱颖而出，成为教育领域亟待解决的问题。这种情况下，STEM教育与数字素养的融合显得尤为重要。STEM教育强调科学、技术、工程和数学等多学科知识的整合与运用，有助于培养学生的创新能力和解决问题的能力。数字素养是个体在数字化环境中有效获取信息、高效交流协作、创新创造能力的体现，是现代职场中的一项关键素质。将STEM教育与数字素养相融合，不仅可以帮助学生掌握跨学科的知识和技能，还可以培养他们的创新思维和适应能力，从而更好地应对未来职业发展的挑战。3"STEM教育背景下中小学生数字素养存在"的不足在STEM教育背景下，虽然整体上中小学生的数字素养有所提升，但仍然存在一些不足。这些不足不仅阻碍了中小学生数字素养的提升，更对信息时代数字人才的培养造成了负面影响。3.1"跨学科视域下学生的数字化认知意识与信息甄别能力不足3.1.1"跨学科数字化认知意识薄弱中小学生在面对学习中的挑战或生活中的实际问题时，难以有效调动和运用已获取的数字信息资源。他们可能仅仅满足于对信息的表面理解，而未能深入挖掘其内在逻辑和关联，更未能将其创造性地应用于实际情境中。这种信息应用能力的欠缺，不仅限制了他们理解和解决问题的深度和广度，也影响了他们综合素养的全面提升。3.1.2"信息甄别能力不足中小学生对信息真实性的判断能力较弱。由于网络信息的复杂性和多样性，中小学生在解决实际问题时，往往难以区分信息的真实性与可靠性，甚至可能受到虚假信息的误导，将一些不准确或带有偏见的信息当作真实信息来接受。这种状况不仅会影响他们的学习效果，还可能对其价值观和世界观产生负面影响。3.2"系统性逻辑思维与批判性能力薄弱3.2.1"系统性逻辑思维欠缺系统性逻辑思维强调从整体角度看待问题，注重问题各要素之间的相互作用和关联。然而，在STEM教育实践中，学生往往只关注问题的局部或表面现象，缺乏从全局和系统层面进行深入分析和思考的能力。这种思维能力的缺乏导致学生在面对复杂问题时难以把握问题的本质及其内在联系。3.2.2"批判性能力薄弱在STEM学习过程中，学生往往表现出被动接受的倾向，缺乏对所学知识进行深度剖析、独立验证与批判性思考的主动性。他们可能满足于对知识的表面记忆和简单应用，而没有意识到真正掌握其背后原理、逻辑与关联的重要性。这种批判性能力的缺失，导致学生在遇到复杂情境时，难以建立多维度分析框架，运用多元化视角进行深入思考，最终限制了其提出具有创新性、前瞻性的应对策略与解决方案能力的培养。3.3"数字化驱动下学生的自我发展与创新能力不足在数字化驱动的教育环境中，学生的自我发展与创新能力至关重要，然而现实情况表明，学生在这方面的能力仍存在不足。互联网的普及和数字技术的深度融入为学生的学习和生活带来前所未有的便利，但同时也导致他们逐渐形成了对网络和数字工具的过度依赖。这种依赖倾向不仅削弱了学生面对问题时的独立思考能力，更在无形中促成了他们倾向于直接搜索答案或依赖教师解答的被动学习习惯。长此以往，学生的创新思维和实践能力受到明显限制，难以在快速变化的数字时代中展现出应有的自我发展和创新能力。因此，需要重新审视并优化数字化学习模式，以促进学生独立思考、主动探索，进而提升他们的自我发展与创新能力。3.4"数字责任与安全意识薄弱在STEM教育日益融入数字化教育的今天，中小学生作为未来科技领域的潜在力量，其生活与学习的边界已大幅扩展到网络世界的每一个角落。然而，一个不容忽视的挑战是，学生在STEM知识与技能快速增长的同时，其数字责任与安全意识却显得相对滞后，存在显著薄弱点。中小学生在享受STEM学习带来的探索乐趣与创新机遇时，往往未能充分意识到伴随而来的网络安全风险。他们可能会因缺乏足够的安全意识而不经意间泄露个人敏感信息，或盲目点击潜在危险的网络链接，甚至在不了解后果的情况下参与网络欺凌等不道德行为。数字责任与安全意识的薄弱不仅危及学生个人的网络安全与隐私保护，还可能对他人权益和社会秩序造成不良影响。因此，在STEM教育项目中，加强学生的网络安全教育，培养其数字责任感，已成为一项紧迫且必要的任务。4"STEM教育背景下中小学生数字素养提升的实践策略本文前面讨论了STEM教育背景下中小学生数字素养的四大构成要素，并分析了当前中小学生在这方面的不足。如果这些不足不能从根本上得到解决，中小学生的数字素养将无法实现质的提升。STEM教育引领学习方式的深刻变革，不仅是培养未来科技人才的关键，更是推动国家创新能力和竞争力的重要支柱[15]。因此，在STEM教育模式下，中小学生的数字素养提升必须从以下四方面着手。4.1"生成式AI与团队协同双重驱动，促进学生数字化认知与甄别能力提升在信息化与智能化高速发展的今天，教育领域正积极探索利用先进技术促进学生综合能力的发展。生成式AI和团队实践作为两种重要的教育手段，共同作用于学生的数字化认知与信息甄别能力的提升。生成式AI通过个性化学习体验和复杂场景模拟激发学生数字化认知，促进其主动学习。团队实践则通过信息搜集、整理、分析与讨论，锤炼学生的团队协作能力、批判性思维和信息甄别能力，两者协同增效，全面提升学生的综合能力。4.1.1"生成式AI助力激发学生的数字化认知意识生成式AI可以根据学生的具体需求与疑问点生成具有启发性与引导性的高质量信息，帮助学生深入理解信息内容，挖掘其中的内在逻辑和关联。例如，通过文本分析技术揭示信息之间的因果关系、比较关系等，帮助学生构建更为完整的知识体系。这不仅有助于学生快速找到与问题相关的核心内容和深层信息，还能激发他们的学习兴趣与探索欲望，促进其在数字化环境下的主动学习与认知发展。此外，生成式AI可以设计模拟推理训练等学习任务，为学生提供在虚拟环境中进行逻辑推理与问题解决的机会，进一步推动其在数字化环境下的主动学习与认知发展。4.1.2"开展团队信息搜集与甄别活动，提升学生的信息甄别能力在STEM教育背景下提升学生数字素养的实践中，教师应积极倡导并组织学生以分组合作的形式围绕同一研究项目展开信息搜集与甄别活动。每个小组的成员应根据自身的兴趣点与专长领域进行分工合作，分别搜集不同领域的相关信息。随后，学生将信息汇总并在小组内展开深入讨论，比较不同信息源的可靠性，筛选出有价值的信息。通过这种团队合作的形式，学生不仅能掌握多元的信息获取途径和甄别技巧，还能在实践中锤炼团队协作精神，提升沟通能力。4.2"融合元宇宙技术于跨学科项目设计，促进学生数字化逻辑思维与批判性能力提升随着信息技术的飞速发展，元宇宙作为集成了虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）等多种前沿技术的综合性数字空间，正逐步渗透到教育领域。将元宇宙技术深度融入STEM教育跨学科项目设计，不仅能打破传统学科界限，促进知识的融合与交叉，还能为学生创造一个沉浸式、互动性强且高度模拟现实的学习环境。在这样的学习环境中，学生由知识的被动接受者蜕变为主动寻求知识、勇于探索未知领域的探索者和创新知识的创造者。学生在元宇宙构建的虚拟场景中，通过参与STEM教育跨学科项目的设计与实施，亲身体验知识的产生、发展与应用过程。这一过程中，学生需要运用数字化逻辑思维，将不同学科的知识与方法进行整合与创新，以解决复杂的现实问题或创造新的解决方案。这种跨学科的思维方式与问题解决能力的锻炼，有助于提升学生的数字化逻辑思维能力。同时，元宇宙技术提供的丰富交互机制与多元化信息源，也为学生批判性能力的提升提供了有力支持。在虚拟空间中，学生将面对大量复杂多变的信息与观点，他们需要学会筛选、甄别、评估信息的真实性、有效性与价值性。通过引导学生不断思考与讨论，逐步提升他们的独立思考、理性判断与批判性思维能力，使其能够更加客观、全面地认识问题，并提出自己的见解与主张。因此，融合元宇宙技术于跨学科项目设计可以有效促进学生数字化逻辑思维与批判能力的提升。4.3"融合数据分析于STEM教育项目式教学评价体系，促进学生数字化进阶学习与创新能力提升在大数据时代，教育领域迎来了数据驱动的新纪元。在这一背景下，追踪并分析每一位学习者的详尽数据成为可能，这标志着我们能够通过大数据的视角，深入洞察并把握每位学习者的个性化学习生态与动态发展情况。教育大数据作为过程性和实时性的行为、现象记录与技术性观察采样的集成，其深度与广度为分析微观层面下学习者的个体差异与学习状态提供了前所未有的视角与机遇。将数据分析技术深度融入STEM教育项目式教学评价体系，可以实现对学生学习成果的全面、客