STEM教育理念下的信息学课程教学

陈茂贤

在传统的信息学课程教学中，教师往往只注重单调、机械的编程教学而忽略了其背后蕴藏的多学科交叉融合思想，从而局限了学生解决问题综合能力的培养。以科学、技术、工程和数学为核心多学科交叉融合的STEM教育理念的提出，丰富了信息学课程教学的内涵，并创新了基于综合能力培养的信息学课堂教学模式。

一、STEM教育理念

STEM 是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的简称，强调多学科的交叉融合。STEM 教育并不是科学、技术、工程和数学教育的简单叠加，而是将四门学科内容组合成有机整体，以更好地培养学生的创新精神与实践能力。

跨学科就是要求教师在基于STEM理念实施教学时，不将重点放在某个特定学科或者过于关注学科界限，而应将重心放在真实问题的解决上，跨越学科界限，强调综合利用科学、技术、工程、数学等学科相互关联的知识解决问题。

二、中小学信息学课程特点

中小学信息学是一门涉及算法、数据结构和程序设计等方面的内容，以编程解决问题为核心的学科拓展课程，基于问题的学习（PBL）是其重要的教学模式。学习中，学生需要综合应用计算机科学原理、数学知识、软件工程思想和计算机操作技术等多学科知识来解决大量的实际问题。中小学信息学课程将有关的数学知识引入到编程解决问题中学习，并构建数学模型；组织学生运用工程的思想进行问题的需求分析、算法规划和程序设计；学生通过掌握信息技术操作实现上机编程和调试程序；在编程解决问题的过程中，还需要运用计算机科学的原理、思想和方法，才能更好地进行数学模型的构建和算法的设计。

三、STEM理念下信息学课程教学模式

根据STEM教育理念和信息学课程的特点，将STEM理念渗透到基于问题学习的信息学课程教学过程中，笔者提出了如图所示的“STEM理念下的信息学课程教学模式”。

四、STEM理念下信息学课程教学案例

以编程解题“整除的判断”为例说明。

1.提出问题

爸爸买了新房子，正打算给小明的房间铺边长是c厘米的正方形地砖。小明赶紧拿尺子量了一下自己的房间，发现长a厘米，宽b厘米。问：在不切割地砖的情况下，能用若干块地砖正好铺满这个房间吗？

2.分析问题

本题已知条件是房间的长和宽以及正方形地砖的边长，需要解决的问题是怎样不切割地砖刚好铺满房间。要解决该问题，就要了解正方形有什么特点，长和宽是什么以及不切割地砖铺满房间要满足什么条件。通过分析最后得出“房间的长和宽都要是正方形地砖边长的整数倍”的结论，这个过程渗透着数学思想。

3.学习新知

本题中，需要由前面的分析引出判断“整数倍”的程序表达，如a除以b的余数为0，则a能被b整除。那么，在C++编程可用if（a%b==0）来判断。通过新知识的学习，让学生体验计算机科学的有关原理。

4.解决问题

本例要解决的问题最后可归纳为“输入三个正整数a，b和c，判断a和b是否能同时被c整除的问题”，我们需要编出实际程序来解决问题。

指导学生在构建数学模型的基础上，设计算法、编写并调试程序，利用程序求解问题的结果，这与“需求、设计、实现、确认以及维护” 软件工程思想相一致，在编程和调试过程中，需要计算机操作技术的支撑。

5.展示交流

教师抽样展示学生程序，并让学生说解题思路，交流探讨学生操作过程出现的问题、解决的方法，从而进一步强化STEM教育理念的渗透，提高学生解决问题的综合能力。

6.總结反思

归纳总结解题思路，思考整除和求余运算还可以解决哪些生活实际问题？如找出8的所有倍数，这些都是可以引导学生进行总结反思的内容。

“STEM理念下的信息学课程教学模式”的提出是一种新的尝试，在体现其跨学科性的同时，将趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性和艺术性带进信息学课堂，期望能给枯燥单调的信息学课堂打开另一片天空。endprint