基于STEM理念的初中信息技术教学设计

李钿钿 周雪娇 刘续

摘要：STEM教育有利于创新人才及科技人才的培养，在信息技术学科中融入STEM教育理念，能够促使学生学会整合多个学科的知识，提高学生的探究能力和创新能力。该文首先以建构主义理论和情景学习理论为理论基础，对STEM教育以及教学设计的概念和内涵进行了界定;其次，以初中信息技术Scratch编程课程为例，较深入地對信息技术课程教学目标以及学生进行了分析;最后，基于STEM教育理念，以《趣味弹力球》为例进行了教学活动的案例设计。通过具体的案例设计将STEM教育融入初中信息技术课堂中，以期为信息技术的教学提供一种新的思路。

关键词：STEM教育;教学设计;信息技术课程

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）04-0137-03

我国基础教育阶段信息技术课程的总目标注重培养和提升学生的信息素养，培养学生利用信息技术解决问题的能力;强调教学要联系学生的实际情况，设置适当真实的学习任务、典型案例或研究课题，引导学生在自主探究、合作学习过程中将“学习技术”与“使用技术”融合在一起，达到学习的目的。作为培养学生的创新能力和实践能力的一种新的教育理念，STEM教育正在被各地区的中小学中开展，并且取得了很多成果。但是在中小学开展STEM教育的过程中又存在着一些认识误区。例如：

1）当前许多学校开展的机器人课程与STEM教育存在着一定的差距——STEM教育是在全体学生中开展，而机器人课程仅是针对部分学生;STEM教育强调课程间的融合，对硬件要求不高，而机器人课程则对硬件条件有较高要求。

2）目前，许多学校认为开展STEM教育会占用学生的学习时间，影响学生的学习成绩[1]。

3）STEM教育要求教师除了具备教师的基本能力之外，还能满足跨学科的要求，并能重视学生应用跨学科的知识和能力来解决真实世界中的实际问题，目前具备跨学科整合技能的教师仍较为缺少[2]。

1 初中信息技术课程分析

1.1 初中信息技术课程特征分析

1）发展性：随着信息技术的日益发展，3D打印机、Arduino硬件、编程软件也开始进入中小学信息技术的课堂之中。“互联网+”时代的到来，给教育提供了新的发展与挑战。虽然不同地区的经济发展水平与教育的发展状态不平衡，但培养学生的信息素养依旧是开设信息技术课程的目的，信息技术课程中的教学内容也是具有普适性的。

2）综合性：与其他课程相比，信息技术课程具有很强的综合性。它涉及多个基础学科的相关知识，具有学科课程、综合课程和活动课程的特点。学生在信息技术课程中，将学会融合各学科的知识来发现问题、分析问题并解决问题。

3）实验性：实验性是信息技术课程的主要特征，上机操作是学生掌握知识、练习知识的必备途径。学生信息素养的培养不仅要求学生掌握书本上的陈述性知识，更重要的是让学生在上机操作中掌握程序性知识。

4）趣味性：信息技术课程是一门趣味性极强的课程。在教学过程中，教师应合理地组织教学活动、设计有趣的教学环节、搭建合理的教学情境、充分利用计算机的趣味性，激发并培养学生对计算机的兴趣，这与STEM教育的跨学科特点重要组成部分之一，即工程与信息技术课程的特点是相符的。

1.2 初中信息技术课程内容分析

初中阶段是小学和高中的过渡阶段。在小学阶段，主要设置激发和培养学生学习兴趣的综合课程;初中阶段设置分科和综合相结合的课程，让学生在学习兴趣的基础上学习提高其自身信息素养的课程内容;高中阶段更加注重学生学习的专业性。初中信息技术课程内容大体分为以下几个部分：信息技术基础、计算机软硬件、Office、网上冲浪、多媒体作品制作、网页制作。而初高课程内容应具有衔接性，考虑到初中生已经具备了一些基本的信息技术知识，采用螺旋式的课程内容组织方式，课程内容的选择应既要基于间接经验又要结合学生现实生活及需要，同时为高中阶段信息技术的学习奠定基础。

STEM教育强调在真实的情境中，采用任务驱动式的学习方式，运用相关学科的知识来分析问题和解决问题。而初中信息技术课程内容正是要求学生在实际操作中掌握相关的学科知识、提升自己解决问题的能力，提高自己的创造能力。

2基于STEM教育理念的初中信息技术教学设计案例

2.1 学习者特征分析

本研究的教学对象为某地级市一所初级中学的学生。该校有着优秀的教学传统，对信息技术教学的重视程度较高，注重引导学生将理论与实践相结合，培养学生的创新能力和动手能力。

1）学习者初始能力：学习者在学习本节内容之前已经学过了Scratch基本功能模块并且能进行较简单活动的编程;在Scratch中的对象是由学习者自动绘制和选择的，需要运用到一些几何图形;学习者在其他设备上均玩过弹力球游戏，且对该游戏中的操作较为熟悉;该校的初中生对Scratch编程保持着较高的积极性，且具备了一定的探究能力。

2）学习者一般特征：学习者乐于学习Scratch编程，认为编程有利于逻辑思维的锻炼和培养;学习者对游戏设计保持着较高的学习探究能力，且经常参加各种编程竞赛并取得过良好的成绩。

3）学习者学习风格：学习者在平时的学习过程中能够进行小组合作学习，能够通过合作和竞争不断地提高自己的技术水平。他们在掌握所学编程内容以及运用编程知识时的方法不尽相同。初中的学生思维活跃、模仿能力强，信息技术课程的中的编程教学就是要激发学生的学习兴趣、锻炼学生的逻辑思维、提高学生的动手实践能力。因此，基于STEM的教学过程将理论和实践结合起来，有利于激发学生的学习兴趣。

2.2 教学内容的选取与分析

本研究在教学设计前端分析的基础上，依据STEM教育理念，以《趣味弹力球》为主要研究对象，分析了本节内容与STEM教育理念中的科学、技术、工程和数学领域中相关的知识和技能，重点学习如何综合运用动作、数据和控制模块组中的命令;教学内容与学生的生活有着密切的联系，有利于激发学生的兴趣培养学生的创新和动手能力。通过基于STEM教育理念的教学设计流程来进行弹力球Scratch的编程，最终让学生对自己的编程作品进行汇报，教师进行总结。

2.3 STEM教学目标设计

根据对教学内容学习者的分析进行教学目标设计，形成学科和目标领域间的二维矩阵教学目标[4]，如表1所示。

2.4 学习活动设计

“趣味弹力球”的教学由进入情境与提出问题、探究学习与数学应用、工程设计與技术制作、知识扩展与创意设计、作品展示和总结评价等五个活动展开[5]，共3个课时。学生利用Scratch中的功能模块，将弹力球运动的整个流程拼接表示出来，活动过程中3～4人一组。

1）第一课时

①活动一：进入情境，提出问题

设计意图：通过视频播放或者游戏演示，使学生进入真实的情境中，帮助学生更好地了解弹力球的运动以及自行归纳出弹力球游戏规则，以此激发学生的学习兴趣;在此基础之上，引起学生在Scratch中设计游戏的欲望。

进入情境：教师给学生提供弹力球游戏的相关视频或者在电脑上操作演示弹力球游戏;并且在真实的教学情境中通过弹力球实物帮助学生理解弹力球的运动。学生认真地观看视频或观察教师的演示，逐条总结出弹力球游戏的规则，并通过游戏，将弹力球游戏的规则牢记在心;

提出问题：通过视频或实物的演示，教师向学生提问弹力球的运动规律，总结出弹力球游戏的规则;

观察体验：教师让学习亲自感受弹力球实物，实操一下弹力球游戏;

制定任务：教师针对学生的情况进行异质分组，3～4人为一组，要求学生在Scratch软件中构造出弹力球游戏模型，并不断完善。

②活动二：探究学习，知识应用

设计意图：让学生展开积极的思考，帮助将其他学科的知识运用到弹力球游戏的设计中。

教师提问，游戏中小球是向下落的，如何表示？小球碰到接板弹起时的角度是怎样的？如何使接板只能水平方向移动？

学生答，这就需要我们去探索“面向”功能模块中的角度设置范围了。小球弹起时的角度是与它刚与接板接触的角度相关的，有点像在物理课中学的光的反射。使接板水平移动的话，就用到了数学知识，使接板的纵坐标保持不变，横坐标可在操作界面允许的范围内变动。

③活动三：工程设计，技术制作

设计意图：通过小组合作的方式完成该项目，使学生解决问题的能力和动手实践能力得到充分体现。通过小组间的交流合作促使学生不断提升。

教师在教室内巡视并观察学生的设计，确保每位学生都能完整地完成编程，对学生在设计过程中出现的问题进行记录。

学生明确小组任务，即初步在Scratch软件中进行弹力球游戏的编程;其次，学生研究给出该游戏的设计图，明确该游戏结构以及所需要用到的功能模块;明确了游戏结构以及所需的功能模块后，小组讨论分工，每个学生都要编写弹力球游戏的完整程序;各个小组在完成本组的游戏设计后，可与其他小组进行交流，不断改进程序设计。

2）第二课时

活动四：知识扩展，创意设计

设计意图：充分发挥学生的想象力，培养学生的创新精神;培养学生解决问题的能力。

①在Scratch中记录小球在接板上弹起的次数;②当弹起的次数达到3次后，出现第二个弹力球，增加游戏难度。学生组成小组讨论创新方案（可以有多种方案），在已设计好的弹力球游戏的基础上进行设计。过程中教师巡视，帮助引导学生。

本环节教师要给学生自我发挥的空间，鼓励学生在已设计好的弹力球游戏的基础上，大胆想象（比如对游戏背景界面的优化、对障碍物的设计、增加游戏难度等）

3）第二课时

活动五：作品展示，总结评价

设计意图：促使小组成员和学生个人对项目和作品形成清晰的认识。

l请各个小组分别展示设计的游戏，并请他们说出这样设计的缘由;教师对学生的基础知识、任务完成、创意设计等内容进行评价，最后对整个班级学生项目的完成进行总结。

l学生分组展示该组的游戏设计，对创意设计进行说明，并对小组成员在设计过程中出现的问题进行总结反思。

l学生按照要求将文件重命名并将其安放在指定文件夹内，教师通过多媒体将每个学生的作业收回并保存。

2.5学习评价设计

评价主体为教师和学生，既对学生个人进行评价也对小组团体进行评价，评价量表如图1、图2所示。

3结语

本研究从初中信息技术学科特点出发，较深入地对信息技术课程、教学目标以及学生进行了分析，将STEM教育理念融入信息技术课程教学设计中，设计了教学活动环节在整个教学过程中做到以学生为中心，鼓励学生通过合作学习充分发挥自身的创造能力来完成“趣味弹力球”游戏的设计。相信随着国内专家学者对STEM教育的不断研究，STEM教育会更好地与课程相融合，从而培养学生解决实际问题的能力，更好地促进学生的发展。

参考文献：

[1] 郭斌.中小学开展STEM教育的认识误区及实施建议[J].教育科学论坛，2018（32）：18-21.

[2] 王素.STEM教育需要怎样的教师[J].教育家，2017（48）：84-85.

[3] 崔允漷.教学目标——不该被遗忘的教学起点[J].人民教育，2004（S2）：16-18.

[4] 张屹，赵亚萍，何玲，等.基于STEM的跨学科教学设计与实践[J].现代远程教育研究，2017（6）：75-84.

[5] 李克东，李颖.STEM教育跨学科学习活动5EX设计模型[J].电化教育研究，2019，40（4）：5-13.