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【摘 要】近年来，创新教育在国内逐渐兴起，Scratch教学、深度学习、项目学习、STEM教育等热词频频出现在教育词汇中，信息技术学科迫切需要发挥桥梁纽带作用，融入这股潮流中。本文论述了信息技术学科开展STEM教育的必要性，并提供了运用Scratch开展STEM教育的项目化活动设计方案，希望为中小学信息技术教育的创新发展提供参考依据。
【关键词】STEM教育；信息素养；核心素养；项目化学习
【中图分类号】G434 【文献标识码】A
【论文编号】1671-7384（2017）10-0068-04
时代需求的变化：从知识的接受者到知识的生产者
随着全球化、信息化带来的知识形态的转变，Michael Gibbons等认为，以应用导向、跨学科或超学科导向、异质性互动导向、实践反思导向、多维评价导向的知识生产模式2正在兴起。该模式下，知识生产的动力有多种原因，知识生产不拘泥于固定的学术场所，被称为“求力的知识”，而传统的知识生产模式1，即以寻找 “第一原则”为动力的“求真的知识”的知识生产模式[1]，已经显得力不从心，这是文明和科技进步的结果。在以标准化为特点的工业时代，物质相对匮乏，顺从是这一时代的主旋律，学校培养了大批模式化人才以适应工业生产的需要，对大多数人而言，他们只是知识的接受者，受教育就是继承和学习别人的已有成果。迈入信息社会，随着科学技术的发展，人们生活水平日益提高，已不再局限于简单的基本需求，转而追求更高的物质、文化生活。于是个性化、定制等词汇进入了人们的眼帘，主动创新成为这个时代的符号，社会呼吁更多的知识生产者不断涌现。
现实世界中的问题一般很少通过某单一学科的知识来解决，基于此，STEM教育逐渐引起了人们的重视。近年来，STEM教育方兴未艾，尤其在美国已有较大发展，累积了许多基于实际问题的案例。华东师范大学任友群教授认为，开展STEM教育就是为了培养模式2下的知识生产者，只有工程技术驱动的教育模式才能培养出当前急需的知识生产者[2]。在《教育2030：行动框架》中，联合国教科文组织也提出了“鼓励学生尽早接触科学、技术、工程和数学（STEM）领域”。然而，在国内工程技术教育在基础教育领域却并不受重视，近年来，虽屡有呼声，但仍处于起步阶段，课程、师资、活动设计、资源和评价方式等方面都处在探索阶段。
笔者认为，开展STEM教育是信息技术学科发展的一个良好契机。信息技术学科作为一门工具性学科可以有效地融入STEM领域，发挥桥梁纽带作用，将分离的学科知识整合起来，发挥学生的想象力，激发他们的创新思维，培养信息時代的知识生产者。
学生行为意识的变化：从被动的重复技能训练到主动追求创新
进入信息社会，与工业社会相比，教育情境发生了改变，教育主客体的文化背景、资源、信息传播渠道以及目标取向较之以往呈现出不同的特征。
首先，教育主、客体的社会生活背景发生了变化。当前，处在基础教育阶段的学生是伴随着数字化工具成长起来的“数字土著”，在耳濡目染中发展了数字素养，对新科技产品了然于胸。信息技术学科中陈旧的知识体系和内容设置已经不能吸引他们的注意力，例如，硬件与系统管理知识对十几年前的学生来说显得生涩难懂，对当前的学生而言，已经耳熟能详。处在这一时代的教师也不再是一心只读圣贤书的教书先生，他们无时无刻不受到碎片化信息的影响，信息技术应用能力逐步提升，认知方式也在悄然发生改变。以前熟练掌握信息技术的专任教师都是学校里的香饽饽，深受其他学科教师和学生喜爱，而今信息渠道日益拓展，学生可以在信息技术课堂以外获取丰富的知识，信息技术学科因缺少特色而陷入可有可无的尴尬境地。
其次，学习资源和传播渠道发生了变化。信息技术的飞速发展，信息资源呈几何级增长，信息技术手段和工具日益人性化、简单化和智能化，原来复杂的技术问题变得越来越简单。比如，原来处理一张图片可能要用到专业的Photoshop软件，操作复杂，现在使用一款手机上的美图软件，轻轻一点就能实现专业的效果；以前要在网上发表文章必须学会网页制作，还要具备空间、域名等网站管理知识，现在随着Web技术的发展，信息传播渠道越来越多，互联网用户既是信息的接收者又是信息的生产者和传播者，用HTML5工具、微信、微博等就能轻松地发表意见、接受关注和评论。新技术使人们可以更加专注于观点的深度和内容的创新，从而获得别人的认同。
再次，学科价值取向发生了变化。目前，我国大部分地区的信息技术课还是侧重于培养学生的信息技术技能，例如，使用软件处理办公文档、图片、音视频，制作动画等，学生在课堂上花费大量时间通过模仿和反复的操练，学习复杂的软件操作，完成规定作品的制作，而在作品的创意上花费的时间却极为有限。在缺乏新鲜信息刺激的教学场景中，大部分学生对学习的内容是排斥和厌倦的，特别是当程序和算法模块被认为枯燥乏味而逐渐弱化以后，信息技术课堂上的学习内容基本变成了行为主义模式下机械地重复和强化序列化的操作，学生的逻辑思维和创新思维没有得到有效的训练和提升。追求新意和个性化是当前学生的特点，新时代的教师更应抓住学生的鲜明特点，转换思维，优化内容设计，把培养学生的逻辑思维和创新思维作为教学的核心。
课程目标的变化：从关注信息素养到关注核心素养
《基础教育信息技术课程标准（2012版）》[3]将课程目标设定为培养和提升学生的信息素养，侧重于信息技术基础知识和工具的使用，涉及硬件与系统管理、信息加工与表达、网络与信息交流、算法与程序设计、机器人与人工智能基础等。2016年国家层面相继出台了中国学生发展核心素养和各学科高中核心素养框架[4]，高中信息技术学科分别从信息意识、计算思维、数字化实践能力、信息社会责任四个维度来阐释核心素养的内涵。
核心素养提出以后，信息意识、信息与技术工具应用能力相比，内涵更加宽泛了，计算思维和数字化学习与创新也提上了议程。核心素养对学生能力发展方面提出了更高的要求，学科培养需求的变化要求广大信息技术教师要突破陈旧观念，顺应时代发展。 面向思维发展的项目化活动案例设计
信息技术教育是文化论与工具论的融合[5]，步入信息社会，信息技术早已作为一种文化融入人们的日常生活中，同时人们又把信息技术作为认知工具，用来认识周围的物理空间和虚拟空间，在认识世界的过程中创生新的信息文化。课堂上，我们不能把信息技术仅仅作为一种工具来引导和教育学生，信息技术还能被用来创造新知识，丰富社会文化。开展STEM教育过程中，我们要清醒地认识到学生的制作过程是形式，材料和工具选择是技能，设计是创新的体现，作品让学生拥有成就感（马涛，2016），否则极易陷入实践课、制作课和技能训练课的误区。
当前有很多信息技术网络平台或工具支撑学生创新思维和逻辑思维的发展，如Scratch、App Inventor等等。本文的活动案例是基于Scratch来设计的，Scratch是由麻省理工学院（MIT） 设计开发的一款面向青少年的简易编程工具，把交互式故事、游戏和动画用编程的方式来实现，并能在在线社区上展示，还可以用来有效地扩展其他学科的教学深度。采用搭积木方式编写程序，降低传统编程语言学习的认知负担，学生可以更专注地思考问题和作品创意。
教育游戏是“将生命的体验与乐趣变为学习的目的与手段的一套工具和方法论”[6]。其生动形象的动态画面、角色设计和任务情境设计对学生有天然的吸引力。笔者尝试以小学信息技术拓展模块算法与程序设计入门为例，将信息技术编程教学与语文、数学等学科知识结合起来，设计一个跨学科的项目化活动案例——用Scratch设计和开发小学数学计算题闯关游戏。
1. 设计目的
单纯的小学学科知识枯燥乏味，引导学生在信息技术课堂上运用编程工具将学科知识融入游戏设计中，既可以培养学生的分析、建模等计算思维，还可以引导学生充分发挥想象力对游戏的任务情境和角色进行设计。同时，还可以将学科知识嵌入游戏关卡中，寓学于乐。完成项目学习后，可以展示给别人和发布到在线社区，体验成功的喜悦，将学生从单纯的游戏娱乐取向往游戏设计取向引导。
2. 教学分析
小学高年级学生处在具体运算阶段到形式运算阶段的过渡期，思考问题兼具形象思维和抽象思维的特点。以兴趣作为切入点，将学习内容融入游戏设计中，能很好地体现杜威 “做中学”的教育理念。
数学计算和简单游戏情境设计对高年级学生而言已不成问题，但对问题建模和理解程序算法和结构及事件侦测和触发机制则需要加以引导。
3. 项目学习任务
学会游戏情境和脚本的设计方法；理解按键控制角色行走的方法；理解变量和变量列表存取数据的方法；理解通过询问和回答命令显示和存取数据；理解連接命令的用法。
4. 教学工具和资源
项目学习需要为学生提供丰富的学习资源，由于学生自主学习的时间多，笔者还借用了课堂行为管理工具管理学生的学习行为。
（1）编程工具：在线编辑器（https：//scratch.mit.edu/projects/editor/？tip_bar=home）或Scratch离线编辑器。
（2）学习资源：Scratch在线讨论区和基于Moodle的Scratch专题学习网站（局域网访问）。
（3）课堂行为管理工具：班级优化大师。
5. 项目教学环节设计
基于项目的学习，学生需要的是充足的学习时间，给他们足够的思考空间和动手机会。Scratch支持在线编辑，给课堂提供了一个很好的延伸空间。
总结与反思
在小学阶段开展STEM教育，Scratch是一个不错的选择，可以用它开发多学科学习案例。如语文课堂运用动画功能制作数字故事，科学课堂演示灯泡随电流变化的效果，音乐课堂弹奏出特色音符等，还可以与乐高积木配合开展机器人教学。Scratch弱化了程序代码的书写，积木式的程序块让特效设置更方便，交互更简单，同时角色造型设计采用GIF动画形式更容易让学生理解，语音支持现场录制。总之，这款工具给学生提供丰富的功能，便捷的操作让学生可以专注于想象和创造。
值得提出的是，无论工具怎样，关键是怎么用。如果我们仅仅把工具当作学习对象来教学，就只发挥了它的基本价值，对学生而言，也仅仅是多学会了一个软件或一种技能。如果我们把它当作认知工具和创作工具，在项目活动中进行深度学习，我们还会发现它更大的价值，发展学生的创新能力和思维，创作出意想不到的新作品。
【关键词】STEM教育；信息素养；核心素养；项目化学习
【中图分类号】G434 【文献标识码】A
【论文编号】1671-7384（2017）10-0068-04
时代需求的变化：从知识的接受者到知识的生产者
随着全球化、信息化带来的知识形态的转变，Michael Gibbons等认为，以应用导向、跨学科或超学科导向、异质性互动导向、实践反思导向、多维评价导向的知识生产模式2正在兴起。该模式下，知识生产的动力有多种原因，知识生产不拘泥于固定的学术场所，被称为“求力的知识”，而传统的知识生产模式1，即以寻找 “第一原则”为动力的“求真的知识”的知识生产模式[1]，已经显得力不从心，这是文明和科技进步的结果。在以标准化为特点的工业时代，物质相对匮乏，顺从是这一时代的主旋律，学校培养了大批模式化人才以适应工业生产的需要，对大多数人而言，他们只是知识的接受者，受教育就是继承和学习别人的已有成果。迈入信息社会，随着科学技术的发展，人们生活水平日益提高，已不再局限于简单的基本需求，转而追求更高的物质、文化生活。于是个性化、定制等词汇进入了人们的眼帘，主动创新成为这个时代的符号，社会呼吁更多的知识生产者不断涌现。
现实世界中的问题一般很少通过某单一学科的知识来解决，基于此，STEM教育逐渐引起了人们的重视。近年来，STEM教育方兴未艾，尤其在美国已有较大发展，累积了许多基于实际问题的案例。华东师范大学任友群教授认为，开展STEM教育就是为了培养模式2下的知识生产者，只有工程技术驱动的教育模式才能培养出当前急需的知识生产者[2]。在《教育2030：行动框架》中，联合国教科文组织也提出了“鼓励学生尽早接触科学、技术、工程和数学（STEM）领域”。然而，在国内工程技术教育在基础教育领域却并不受重视，近年来，虽屡有呼声，但仍处于起步阶段，课程、师资、活动设计、资源和评价方式等方面都处在探索阶段。
笔者认为，开展STEM教育是信息技术学科发展的一个良好契机。信息技术学科作为一门工具性学科可以有效地融入STEM领域，发挥桥梁纽带作用，将分离的学科知识整合起来，发挥学生的想象力，激发他们的创新思维，培养信息時代的知识生产者。
学生行为意识的变化：从被动的重复技能训练到主动追求创新
进入信息社会，与工业社会相比，教育情境发生了改变，教育主客体的文化背景、资源、信息传播渠道以及目标取向较之以往呈现出不同的特征。
首先，教育主、客体的社会生活背景发生了变化。当前，处在基础教育阶段的学生是伴随着数字化工具成长起来的“数字土著”，在耳濡目染中发展了数字素养，对新科技产品了然于胸。信息技术学科中陈旧的知识体系和内容设置已经不能吸引他们的注意力，例如，硬件与系统管理知识对十几年前的学生来说显得生涩难懂，对当前的学生而言，已经耳熟能详。处在这一时代的教师也不再是一心只读圣贤书的教书先生，他们无时无刻不受到碎片化信息的影响，信息技术应用能力逐步提升，认知方式也在悄然发生改变。以前熟练掌握信息技术的专任教师都是学校里的香饽饽，深受其他学科教师和学生喜爱，而今信息渠道日益拓展，学生可以在信息技术课堂以外获取丰富的知识，信息技术学科因缺少特色而陷入可有可无的尴尬境地。
其次，学习资源和传播渠道发生了变化。信息技术的飞速发展，信息资源呈几何级增长，信息技术手段和工具日益人性化、简单化和智能化，原来复杂的技术问题变得越来越简单。比如，原来处理一张图片可能要用到专业的Photoshop软件，操作复杂，现在使用一款手机上的美图软件，轻轻一点就能实现专业的效果；以前要在网上发表文章必须学会网页制作，还要具备空间、域名等网站管理知识，现在随着Web技术的发展，信息传播渠道越来越多，互联网用户既是信息的接收者又是信息的生产者和传播者，用HTML5工具、微信、微博等就能轻松地发表意见、接受关注和评论。新技术使人们可以更加专注于观点的深度和内容的创新，从而获得别人的认同。
再次，学科价值取向发生了变化。目前，我国大部分地区的信息技术课还是侧重于培养学生的信息技术技能，例如，使用软件处理办公文档、图片、音视频，制作动画等，学生在课堂上花费大量时间通过模仿和反复的操练，学习复杂的软件操作，完成规定作品的制作，而在作品的创意上花费的时间却极为有限。在缺乏新鲜信息刺激的教学场景中，大部分学生对学习的内容是排斥和厌倦的，特别是当程序和算法模块被认为枯燥乏味而逐渐弱化以后，信息技术课堂上的学习内容基本变成了行为主义模式下机械地重复和强化序列化的操作，学生的逻辑思维和创新思维没有得到有效的训练和提升。追求新意和个性化是当前学生的特点，新时代的教师更应抓住学生的鲜明特点，转换思维，优化内容设计，把培养学生的逻辑思维和创新思维作为教学的核心。
课程目标的变化：从关注信息素养到关注核心素养
《基础教育信息技术课程标准（2012版）》[3]将课程目标设定为培养和提升学生的信息素养，侧重于信息技术基础知识和工具的使用，涉及硬件与系统管理、信息加工与表达、网络与信息交流、算法与程序设计、机器人与人工智能基础等。2016年国家层面相继出台了中国学生发展核心素养和各学科高中核心素养框架[4]，高中信息技术学科分别从信息意识、计算思维、数字化实践能力、信息社会责任四个维度来阐释核心素养的内涵。
核心素养提出以后，信息意识、信息与技术工具应用能力相比，内涵更加宽泛了，计算思维和数字化学习与创新也提上了议程。核心素养对学生能力发展方面提出了更高的要求，学科培养需求的变化要求广大信息技术教师要突破陈旧观念，顺应时代发展。 面向思维发展的项目化活动案例设计
信息技术教育是文化论与工具论的融合[5]，步入信息社会，信息技术早已作为一种文化融入人们的日常生活中，同时人们又把信息技术作为认知工具，用来认识周围的物理空间和虚拟空间，在认识世界的过程中创生新的信息文化。课堂上，我们不能把信息技术仅仅作为一种工具来引导和教育学生，信息技术还能被用来创造新知识，丰富社会文化。开展STEM教育过程中，我们要清醒地认识到学生的制作过程是形式，材料和工具选择是技能，设计是创新的体现，作品让学生拥有成就感（马涛，2016），否则极易陷入实践课、制作课和技能训练课的误区。
当前有很多信息技术网络平台或工具支撑学生创新思维和逻辑思维的发展，如Scratch、App Inventor等等。本文的活动案例是基于Scratch来设计的，Scratch是由麻省理工学院（MIT） 设计开发的一款面向青少年的简易编程工具，把交互式故事、游戏和动画用编程的方式来实现，并能在在线社区上展示，还可以用来有效地扩展其他学科的教学深度。采用搭积木方式编写程序，降低传统编程语言学习的认知负担，学生可以更专注地思考问题和作品创意。
教育游戏是“将生命的体验与乐趣变为学习的目的与手段的一套工具和方法论”[6]。其生动形象的动态画面、角色设计和任务情境设计对学生有天然的吸引力。笔者尝试以小学信息技术拓展模块算法与程序设计入门为例，将信息技术编程教学与语文、数学等学科知识结合起来，设计一个跨学科的项目化活动案例——用Scratch设计和开发小学数学计算题闯关游戏。
1. 设计目的
单纯的小学学科知识枯燥乏味，引导学生在信息技术课堂上运用编程工具将学科知识融入游戏设计中，既可以培养学生的分析、建模等计算思维，还可以引导学生充分发挥想象力对游戏的任务情境和角色进行设计。同时，还可以将学科知识嵌入游戏关卡中，寓学于乐。完成项目学习后，可以展示给别人和发布到在线社区，体验成功的喜悦，将学生从单纯的游戏娱乐取向往游戏设计取向引导。
2. 教学分析
小学高年级学生处在具体运算阶段到形式运算阶段的过渡期，思考问题兼具形象思维和抽象思维的特点。以兴趣作为切入点，将学习内容融入游戏设计中，能很好地体现杜威 “做中学”的教育理念。
数学计算和简单游戏情境设计对高年级学生而言已不成问题，但对问题建模和理解程序算法和结构及事件侦测和触发机制则需要加以引导。
3. 项目学习任务
学会游戏情境和脚本的设计方法；理解按键控制角色行走的方法；理解变量和变量列表存取数据的方法；理解通过询问和回答命令显示和存取数据；理解連接命令的用法。
4. 教学工具和资源
项目学习需要为学生提供丰富的学习资源，由于学生自主学习的时间多，笔者还借用了课堂行为管理工具管理学生的学习行为。
（1）编程工具：在线编辑器（https：//scratch.mit.edu/projects/editor/？tip_bar=home）或Scratch离线编辑器。
（2）学习资源：Scratch在线讨论区和基于Moodle的Scratch专题学习网站（局域网访问）。
（3）课堂行为管理工具：班级优化大师。
5. 项目教学环节设计
基于项目的学习，学生需要的是充足的学习时间，给他们足够的思考空间和动手机会。Scratch支持在线编辑，给课堂提供了一个很好的延伸空间。
总结与反思
在小学阶段开展STEM教育，Scratch是一个不错的选择，可以用它开发多学科学习案例。如语文课堂运用动画功能制作数字故事，科学课堂演示灯泡随电流变化的效果，音乐课堂弹奏出特色音符等，还可以与乐高积木配合开展机器人教学。Scratch弱化了程序代码的书写，积木式的程序块让特效设置更方便，交互更简单，同时角色造型设计采用GIF动画形式更容易让学生理解，语音支持现场录制。总之，这款工具给学生提供丰富的功能，便捷的操作让学生可以专注于想象和创造。
值得提出的是，无论工具怎样，关键是怎么用。如果我们仅仅把工具当作学习对象来教学，就只发挥了它的基本价值，对学生而言，也仅仅是多学会了一个软件或一种技能。如果我们把它当作认知工具和创作工具，在项目活动中进行深度学习，我们还会发现它更大的价值，发展学生的创新能力和思维，创作出意想不到的新作品。