信息技术与农村初中STEM教育及创客教育 融合应用的研究与实践

王炜程

【摘 要】针对农村初中教育环境现状及开展多学科融合教育的实际困难，提出适合农村地区的初中STEM教育及创客教育的浅层、中层和深层三个与信息技术相融合的层次与基本方法，包含了尽力缩小城乡差距、信息化工具选择、信息素养培养等多个方面内容。并通过近几年的实践结果，证实了其具有可操作性和有效性。对存在的问题提出改进方向，为进一步拓宽覆盖面、提高适应性做好准备。

【关键词】信息技术;农村初中;STEM;创客教育

【中图分类号】G434  【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2022）02、03-044-03

STEM教育及创客教育的基本核心是通过项目式的“造物”形式，在解决现实世界问题过程中，让学生自发地建构起科学、技术、工程和数学等多个学科的知识、技能，同时培养其将原本分散的多学科融合的能力和团队协作精神。

而目前所实行的是分学科的教学，且各个学科之间相对比较独立，学生大部分时间都在反复地刷题，以期在这些学科的考试中取得好的分数，进而考上“好”的高一级学校。但遇到真实问题后却一筹莫展，这就是目前我们的教育偏重知识，忽视技术和能力的结果，也是长期的应试教育环境造成模仿能力取代了创新能力的结果[1]。

这一现象在农村地区的学校尤为明显，普通工薪阶层及农民普遍认为读书无用，要么认为只要考出好成绩，考上好学校，将来就能“有出息”。而事实是即使进入了好的大学，毕业后仍然很难真正出人头地。相比城市出来的学生，大部分农村出来的学生甚至找工作都很困难[2，3]，这就进一步加剧了读书无用论的蔓延，进一步降低了农村学生的竞争力。这当然是有很多原因的，除了社交能力、父母人脉背景、自身人格素养等以外，其中一个很重要的因素是虽然学习了很多理论知识，但并不知道如何运用在实际问题中，不能提出创造性的解决办法。

又因为教育资源在城乡间的不平衡，比如创客空间、科技馆、青少年科技活动中心等设施大部分集中在城市[4]，所以要提高农村学生的竞争力特别是其在21世纪的国际竞争力，就非常有必要在农村地区推进STEM及创客教育，培养他们的创新能力。

农村初中信息技术与STEM及创客教育融合的层次

多学科融合的教育如前所述比较适合运用项目式的教学模式[5，6]，让学生在实际问题中学到多个学科的内容，更重要的是要培养其对所学知识的融合应用能力。而进入信息时代以来，很多创新活动都是和信息技术息息相关的，甚至起到了决定性的作用，因此如何将信息技术与STEM教育及创客教育融合，并使其达到效能放大的作用就非常重要了。目前根据笔者的实践经验，主要总结出下列几个层次。

1.浅层融合

在农村初中开展这些教育首先要解决的是缩小与城市学校的信息来源、资源等方面的差距，这个方面目前可以通过互联网得到部分的改善。有了网络便可以直接查阅到世界上所有未被屏蔽的新技术、新方法、新进展，与世界最前沿的思想接轨，同时也可以通过网络购买到本地区缺乏的“原材料”等。所以，在农村初中开展这类课程一般均可将计算机教室作为主要活动场所，同时利用如计算机教师办公室、机房空闲区域、原有的劳技教室等作为创新教育的场所。

2.中层融合

信息技术与创新教育的融合并不仅仅是查阅资料、设计效果图等浅显的应用，更多的应该是引导学生将自身所具备的信息素养与创新中所要解决的问题进行融合。

（1）现在很多实际的创新项目都涉及软件，主要是控制代码的编写。这就需要学生具备较强的通过编程解决某个问题的能力，而实践中发现初中生已经可以通过在某些实际场景中解决问题而培养出较强的编程能力。在编程语言选择方面，笔者的经验是在创客社团等能力较强的学生群体中，选用像C/C++/C#这些通用性较强、功能相对更全面的语言;编程能力较一般的学生可以选用Python。

（2）因为没有现成的机械结构件，针对每个项目就要求学生自行设计并制作。目前阶段比较适合初中学生的就是3D打印技术了，这就需要学生具备一定的空间几何抽象能力及计算机3D建模能力，熟悉某个或多个工业级建模软件，能将需要的结构件设计并建立3D模型，再打印出成品。这一过程中除了软件的操作外，工程制造的经验也非常重要。这些过程不仅能充分发展学生的信息素养和提高他们的空间想象能力，也极大地提升了项目实施能力，培养其工程思维。

（3）有些项目中的部分或全部零件需要承受来自某个方向上一定的力，这就需要学生能够预先测算出力的大小、方向以及所设计的零件结构和所用材料是否能够承受等。但这里有很多知识超出了初中阶段学生的水平，所以也就需要充分发挥信息技术的优势，利用相关软件，如有限元与多物理场软件对其进行仿真分析。信息技术的合理融合应用可以弥补学生知识的不足，同时激发其进一步探索学习的欲望。

（4）除了在开发、制作阶段外，有些项目的测试及改进过程也可以融合大量的信息技术要素。例如，某个项目中的主承力零件在一次次测试中，运用Excel的多项式拟合功能不断修正其高次曲线方程进而改进设计。

除了上述这些融合外，肯定还存在其他很多互相融合促进的方面，这就有待在进一步的发展过程中不断探索、不断融合。

3.深层融合

STEM及创客教育的项目来自于实际生产、生活，而深层次的融合涉及了对项目问题的判断力，即这些项目中的问题是否能够或需要用信息技术的手段来解决？融合了信息技术能得到什么优势？能填补多少自身的不足？可以通過什么样的信息技术手段来解决？等等。由于这些项目问题来自于生活，所以学生也很自然地从生活中寻找灵感。

前面两个层次的融合比较具有可操作性，只要教师有这方面的素养并适当引导学生便可实现，但第三个层次的融合就需要长时间在大量的实际项目熏陶下才能逐渐地培养起来，进而充分发挥信息技术带来的优势。

实施信息技术与STEM及创客教育融合教学的方式与初步实践效果

1.在各层面实施融合教学的方式

因为中考的压力及前述原因，在农村初中全面铺开是不现实的，可尝试先以创客类社团为支点，带动部分年级，再逐步带动全校的基本路线。

教师自身必须具备将信息技术与STEM及创客教育融合的思维，必须具备一定程度的信息素养，最好是能够引入专业人才。

2.初步实践效果

目前没有公认非常有效的具体评价体系，所以暂以竞赛获奖及专利作为评价标准。最近几年获创新创客类省级和以上奖项的项目为：全国一等奖3个、二等奖2个、三等奖2个;省一等奖3个、二等奖1个、三等奖1个;其中部分项目已获实用新型和发明专利。这既是一种保护，同时也是对学生的鼓励，激励其创作出更多对生活、生产具有实际价值的作品，这应该也是各国目前都在努力推进STEM教育和创客教育的初心所在。

师资培养方式及一线资源使用权限改进方案探讨

上述模式的运作虽然已经取得一点成绩，但仍然有很多需要改进的地方，比如在师资方面除了引进人才外，教师不断地提高自身多方面素养也很重要。

同时也需要适当提高一线的经费使用权，因为有时有了某个想法需要马上进行验证，否则就会贻误最佳灵感时机，这也就是为什么习近平同志曾指出“要尊重科学研究灵感瞬间性、方式随意性、路径不确定性的特点”[7]。笔者目前设想是否能通过信息手段使这些流程的效率得到提升，当然，这也涉及财务制度等问题，需要进一步斟酌并灵活处理。

在21世纪，伴随着全球化和知识经济带来的机遇和挑战，科技创新越来越重要，这决定了未来国家综合国力的提升及国际竞争力的增强，而科学技术的进步和国家竞争力的增强很大程度上取决于科技和工程人才的培养，其最本源的根基在基础教育[7]。而STEM及创客教育便是我国基础教育改革的方向，其与信息技术的关联比较紧密，特别是创客文化有一种视角认为是直接起源于欧美20世纪八九十年代的黑客（Hacker，不是骇客）运动并结合了美国的车库文化[8，9]，所以与信息技术的融合有着得天独厚的优势。

与信息技术相融合的创新教育能在很大程度上缩小城乡差距，特别是在目前新冠肺炎疫情的形势下，可以借鉴“OMO模式”[10]，为农村地区多学科融合教育水平的提高打下坚实基础，同时也为我国大部分农村地区提升STEM及创客教育水平提供机遇。只有广大农村地区的创新教育得到切实提高，才能真正提升未来我国的综合竞争力。

参考文献

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