基于科技教育培养拔尖创新人才的课程研究与实践

摘"要：科技教育是普通高中培养拔尖创新人才的重要途径之一。在厘清科技教育、拔尖创新人才和AppInventor校本课程等核心概念的基础上，基于科技教育理念，开展AppInventor校本课程的开发与实施研究，同时通过问卷调查、学生访谈等方式了解课程实施成效，并提出相应的改进建议，以期为基于科技教育培养拔尖创新人才的课程建设提供参考。关键词：科技教育；拔尖创新人才；AppInventor校本课程0"引言近年来，科技教育发展迅速，国内外学者做了大量的研究工作，尤其是在教学模式构建、课程设计等方面取得显著成果，形成一系列完整的科技教育教学案例，项目式教学、真实主题情境、跨学科融合是这些案例共有的特点。当前，我国逐渐认识到拔尖创新人才培养的重要性，在人才选拔、课程建设、学习方式转变等方面取得阶段性进展，但仍存在一些不足，主要表现在多数学校都是围绕自身办学和发展定位进行人才培养体系设计，具有科技特色的高中学校数量不多，学校的基础条件和师资难以支持科技教育的开展，缺少对开展拔尖创新人才培养的资源支持体系的研究。因此，依托科技教育进行拔尖创新人才培养的模式尚未完全成熟。基于此，本文以常州市北郊高级中学AppInventor校本课程为依托，探究基于科技教育培养拔尖创新人才的课程开发与实施路径。1"核心概念1.1"科技教育科技教育即STEM（Science，Technology，Engi-neering，Mathematics）教育，是通过运用科学、技术、工程、数学等领域知识，结合实际引入生活、生产、科研中广泛应用的各类软硬件及新兴科技项目（如机器人、无人机、航空航天等），鼓励学生积极参与电脑编程、科技创新等学科活动，激发科技兴趣，通过广泛地接触科技知识，掌握各种科技工具的使用方法，进一步培养科学思维和科学精神，并将学习到的科技知识用于解决实际问题的教育教学活动[1]。1.2"拔尖创新人才本文中的拔尖创新人才包含三大特征。首先需要具备跨学科知识。素养导向的科技教育不再局限于各学科工具性知识、技能的培养，而是弱化学科界限，以跨学科教育的方式在实际问题解决中发展学生科学素养。其次需要具备真实情境中的探究能力。跨学科学习的主题与实际生活紧密相关，学生以寻找问题的解决办法作为学习任务，开展项目式学习[2]。最后需要具备科学精神，不仅要对科学充满好奇和探究欲望，也要有吃苦耐劳、持之以恒的科学探索精神。1.3"AppInventor校本课程AppInventor是一款可视化编程工具，能够在安卓平台上开发各类App移动应用程序，它的三大显著特性是操作简便、易于理解和容易取得成功。在AppInventor里，学生只需用鼠标拖曳各种组件和代码块，然后将它们组合起来形成APK文件，就可在手机上安装和使用。本研究中的AppInventor校本课程是基于学校的科技特色、教师的专业素质和学生的兴趣爱好来开发的，目的是促进学生创新和实践能力的发展。当前，基础教育阶段的科技教育相关课程逐渐成为研究热点，主要有两个研究方向：一是围绕某一教学主题或学科专题知识开展研究；二是以探讨教学方式、策略为主的研究。目前，关于高中阶段科技教育的研究成果和课程资源都很有限，需要进一步深入研究，不断充实和完善课程内容。基于科技教育培养拔尖创新人才的AppInventor校本课程的开发与实施是一个持续、动态的课程生成与改进过程。2"AppInventor校本课程的开发与实施基于科技教育培养拔尖创新人才的校本课程建设，学校从课程目标、课程内容、课程实施等多方面落实科技教育理念，着力在教学实施中培养拔尖创新人才，达到提升学生创新实践能力、科学综合能力、解决问题能力的目的。2.1"课程目标在高中阶段开发与实施的AppInventor校本课程，利用AppInventor作为编程工具，能帮助学生深入体验编程的乐趣，改变他们对编程的畏难心理，逐步培养他们的编程技巧、分析和解决问题的能力，从而增强对科技课程的学习热情。课程目标具体包括：1）促进拔尖创新人才培养；2）提升信息技术教师专业能力；3）丰富AppInventor校本课程资源（理论、实践、策略等）；4）体现学校科技教育发展特色，彰显办学个性。2.2"课程内容本课程采用项目式教学，结合学生生活实际，围绕常州市北郊高中校园科技之星评选活动，确定项目主题为“北郊高中十佳科技之星风采展示”，并依据课程内容划分出五个子项目：科技之星、图文简介、视频风采、投票环节、礼物游戏。2.2.1"科技之星呈现项目主题“北郊高中十佳科技之星风采展示”，在参与项目的导入与调试过程中，学生首先要初步探索AppInventor软件的开发与调试环境。通过观察和实践，他们逐渐熟悉App从应用设计到制作完成的完整流程。此外，他们还深入了解了界面设计如何塑造用户体验，以及逻辑设计模块在构建应用功能中的基础作用。2.2.2"图文简介利用标签、图像、文件管理器三种不同的组件呈现科技之星的图文介绍。学生点击科技之星的姓名按钮，就会显示对应的文字和照片。在本项目中，除了常见的水平布局、标签、按钮组件外，学生需要着重学习图像、文件管理器组件的使用方法。2.2.3"视频风采利用视频播放器组件播放科技之星的视频，具体来说，就是通过点击科技之星的姓名按钮播放对应的视频。该项目界面设计和逻辑设计相对较简单，属于适合高中生能力水平的课程任务，拓展任务是使用循环结构简化程序逻辑。2.2.4"投票环节利用计时器实现计时投票的功能，具体来说，就是通过点击投票按钮，便可以对其中一位科技之星进行投票，同时比较两位科技之星的得票数，对投票结果进行判断。再以此为基础，增加拓展任务，即通过计时器对投票时间进行控制，从而达到计时投票功能。2.2.5"礼物游戏该项目的基本功能（任务）是用篮筐接礼物，扩展任务是通过调整礼物掉落速度来提高游戏的难度，这需要使用精灵组件处理碰撞事件来实现[3]。这个项目的难度相当高，需要学生能够灵活地运用组件模块、逻辑模块等相关的知识来完成任务。2.3"课程实施：以“投票环节”子项目为例课程实施前期，开展学生需求调查，充分做好学情分析工作。课程实施过程中，根据AppInven-tor校本课程的特点，以学生为中心，采用启发式、探究式教学，启发学生创意，鼓励他们完成个性化作品。2.3.1"情境创设创设情境：“通过科技之星App项目，大家看到了身边的许多科技之星，那么谁是你心中最欣赏的科技之星呢？请为你喜欢的科技之星投票吧。”2.3.2"项目分析“投票环节”包括界面设计和逻辑设计，教师引导学生分析界面的组成，并观察投票时界面上哪部分进行了操作，操作之后哪部分又发生了变化。2.3.3"实践练习学生参照“投严××一票”的界面和逻辑设计，实现“投袁××一票”按钮的投票功能，并思考“重新投票按钮”功能如何实现，进一步完善作品。2.3.4"探究拓展教师引导学生思考如何对投票时间进行限制，不直接给学生演示完整的界面与逻辑设计过程，只提示学生可以借助计时器组件实现。2.3.5"作品展示与评价教师引导学生制定作品评价量表（表1），并以此为依据开展自评和小组互评，同时激励学生继续完善作品，通过AppInventor实现更多有趣的想法。3"课程实施效果及改进建议教师通过组织问卷调查、学生访谈，了解到大部分学生比较喜欢AppInventor校本课程，学习过程中遇到困难会主动与别人交流，乐于与同学分享自己的作品。但因学习能力不同，不同的学生在接受课程内容、完成项目情况方面难免存在差异。教师通过收集学生对课程的评价，研究分析这门校本课程在开发和实施中容易出现的一些问题，及时加以反思改进。3.1"部分问答摘录1）你喜欢AppInventor校本课程吗？更喜欢其中的哪一个项目？部分学生表示：“很好玩，我喜欢‘视频风采’项目，看到同学的视频出现在自己的App中，我觉得很有趣”“我喜欢‘投票环节’项目，因为它能表达我的观点”“挺有趣的，我比较喜欢‘礼物游戏’项目，可以换成自己喜爱的场景”。2）在学习过程中，你遇到的最大困难是什么？绝大多数学生会遇到不同程度的困难，比如：“由于时间紧迫，当老师分配拓展任务时，我没有足够的时间完成就下课了”“在设置组件属性时，我总是无法使界面达到我所期望的效果”“我发现自己很难单独完成逻辑设计，直到老师解释后才恍然大悟”。3）通过学习，你还能制作或者构思哪些创意App？部分学生表达了他们的观点：“确实有很多，我认为可以使用精灵组件来制作一个贪吃蛇的小游戏”“在投票环节，我认为还可以增加更多的角色，这样在未来的班级选拔活动中就能更好地使用它们”“最后的礼物游戏项目，换一下背景和掉落的物体，就可以变成一个新游戏”。3.2"反思改进教师根据课堂观察、学生作品的完成情况以及学生对课程的评价意见，总结AppInventor校本课程的开发与实施策略。3.2.1"帮助学生树立正确的学习态度AppInventor校本课程在教学过程中时常需要开放的网络环境，学生容易被网络上的其他内容吸引。教师在教学中可以根据实际情况采取不同措施，如安装AppInventor离线版开发环境，或者明确具体的项目学习任务，培养学生良好的网络媒介素养和信息素养，引导学生正确对待项目学习。3.2.2"选择有吸引力的项目主题在“投票环节”项目中，主题是科技之星投票比拼，该主题来源于学生生活实际，容易引起学生的兴趣。在“礼物游戏”项目完成过程中，学生充满学习热情，对游戏有浓厚兴趣，并自觉地参与创作，因此，项目的主题应具有较高的趣味性。即使是编程教学，也应该充分调动学生的积极性。3.2.3"综合运用多种教学策略教师首先采用讲授法、任务驱动法、讲演法等教学方法讲授基础知识，为制作作品做好知识准备，然后布置具体的项目任务，安排学生根据项目要求制作作品，当学生遇到共性问题时进行讲解和示范。总之，在学校课程实施过程中，教师需要灵活运用多种教学策略，为学生的学习提供支持。3.2.4"合理安排课程教学时间AppInventor校本课程的教学结构涵盖了基础知识的详尽解析、关键操作步骤的直观演示，以及通过项目活动来引导学生进行模仿与创作。然而，在实际教学过程中，教师在理论讲解与操作演示上投入的时间过多，一定程度上压缩了学生自主创作与实践的时间与空间，长此以往，会对学生的学习积极性产生消极影响。因此，教师应合理分配教学时间。3.2.5"多元化评价学生的作品从目前学校的情况来看，教师在AppInventor校本课程实施期间，为作品评估留出的时间较少，导致不能及时对学生的作品进行评价，虽然在教学过程中肯定了部分优秀作品，但不可避免地忽视了更多其他