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摘 要：教学模式的创新是当前教育教学改革中较为关注的一点，受时代发展需求，学科与学科之间的交叉融合也是教学模式创新的一大方法。信息技术学科与其他学科不同，具有工程学科特性和较高的灵活性，也给学生提供更多的创造空间。基于 STEM 教育进行的学科教学模式改革创新给信息技术发展带来了更多的新方式，融合CDIO 工程教育理念的STEM 教学模式便是一种新方式。以下就 CDIO 与STEM 教育以及信息技术学科关系进行探讨， 并对融合 CDIO 理念的 STEM 教育教学模式应用于信息技术学科进行探究。
关键词：CDIO；STEM 教育；信息技术；教学模式
本文引用格式：蒋荔 , 等 . 融合 CDIO 理念的 STEM 信息技术教学模式探究 [J]. 教育现代化 ,2020,7(32):155-157.
Research on stem Information technology teaching mode Integrating cdIO concept
JIANG Li, ZHANG Mai-xia, LI Peng
(Shaanxi Normal university, School of Computer Science, Xi'an Shaanxi)
Abstract: The innovation of teaching mode is a focus in the current education and teaching reform. Subject to the needs of the development of The Times, the cross-integration between disciplines is also a major method of teaching mode innovation. Different from other disciplines, information technology has the characteristics of engineering and higher flexibility, but also provides students with more creative space. The reform and innovation of subject teaching mode based on STEM education have brought more new ways to the development of information technology. The STEM teaching mode integrating CDIO engineering education philosophy is a new way. The following is a discussion on the relationship between CDIO, STEM education and information technology subjects, and an exploration on the application of STEM education and teaching mode integrating CDIO concept to information technology subjects.
Key words: CDIO; STEM education; Information technology; Teaching mode
一 引言
信息技术课程从发展至今，对课程内容、师生角色和学习方式的转型等方面都提出诸多诉求，随着时代发展，其诉求也在发生改变 [1]。于是当下信息技术课堂教学存在一些典型问题：过于关注学科基础知识；操作课堂上的机械化、单一化、重复性训练；教学情境脱离生活实际，无法满足学生的学习生活需求； 教学内容过于依赖教材，呈现固定、程序化趋势，信息技术是一个与时俱进的专业，教学缺乏真实感与时代感；教学效果上只是停留在单个问题的技术层面， 不能帮助学生进行知识的迁移来解决实际问题 [2]。这些问题都弱化了信息技术学科核心素养、学生综合素质的培养，它与当前新课改新课标的要求是不相符的，也是我们亟待解决的问题。
为解决这些问题， 提出将 STEM 教育融入信息技术课堂。为促进信息技术课程在基础教育的发展， 突破信息技术课程存在的窘境，中小学信息技术开展以多种姿态呈现在各个校园，如新兴的 3D 打印课程、各式机器人课程、创客教育以及游戏化编程等。这些都是 STEM 教育理念在信息技术课程中的具体应用，每一门课程在教学过程中都贯彻了 STEM 教育理念，以 STEM 为出发点，以学生的综合素质培养为目标。但是 STEM 教育理念与信息技术课堂的结合并不是完美无缺的，也存在诸多问题：学生只会模仿教师的操作，没有真正体验知识获得的过程； 缺少过程性数据来验证学生的创新学习能力提升以及创新学习发生；缺少对学生知识掌握水平和能力素养评估导致STEM 教育沦为一种职业技术培训[3-7]。
融合 CDIO 理念的教学模式为解决 STEM 问题提供了思路。CDIO 理念它是构思 (Conceive)、设计 (Design)、实现 (Implement) 和运作 (Operate) 这四者的整合，强调的是融合知识能力与在学习中的参与性，促使学生处于完整的项目周期中进行独立的锻炼与思考。基于该理念构建的 STEM 教学模式，强调知识与能力并重，在设计问题或项目是注重知识的内在逻辑以及跨学科整合性，引导学生在特定环境发展关键能力和核心素养，积极开展形成性评价和表现性评价。有助于推进跨学课知识融合的 STEM 教育 [8]。
二 CDIO、STEM 教育与信息技术课堂教学
信息技术是一门具有工程学科特性的综合性学科，其最明显的学科特征便是“操作性”，在中小学的所有信息技术课程当中，操作课几乎占据大半。这是学科特性制约，出发点本是为了强化学生个人技能，帮助学生个人进行思维和能力的进一步提高， 培养学生动手能力与创新思维，但现在的信息技术课堂已经偏移了这条轨道，在课堂上的“机械性” 大过“操作性”。STEM 教育的加入为信息技术课堂注入了新活力 [9]。
STEM 教育强调问题的真实性以及环境的真实性。将生活中的真实问题纳入课堂，将知识的传授置于富有渲染性的问题情景中。这为信息技术课堂开展奠定了一个真实基调，能够有效抓住学生眼球， 减少因操作课程中的单调性而导致的学生学习疲劳。同时，STEM 教育强调整合的教学方式帮助学生解决问题，常见的如项目化教学、问题驱动法教学、体验探究教学等，从而鼓励学生将习得的知识经验在现实生活中灵活应用；在教学过程中提倡学生的积极参与，在与他人合作的过程中培养合作探究、实践创新的能力。这也为信息技术课堂开展提供了新方向，注重教学过程中学生的参与性，以学生为主体， 保证教学知识与实际社会的联系以便于学生建立联结点，从而达到学习成果的实际运用，得到学习影像， 加深学习印象 [10]。
CDIO 是当今国际高等工程教育的一种创新模式，由构思 (Conceive)、设计 (Design)、实现 (Implement) 和运作 (Operate) 四个部分组成，是“做中学”和“基于项目的教育和学习”的集中概括。它重视学生的 主体地位，引导学生在实践中学习，旨在提高学生实践能力和创新能力，存在“实践”和“创新”两个特点。而在信息技术课程教学中需要学生大量的 实际操作来获得学习知识经验，教师则通过学生实际操作的结果来获取效果评估。因此 CDIO 模式的“实践”特征让其运用于信息技术课堂是有理可据的， CDIO 模式的“创新”追求又是与 STEM 教育也是不谋而合的。
因此可发现 CDIO、STEM 与信息技术教育存在诸多契合点。结合 CDIO、STEM 教育理念的信息技术课堂强调通过实际问题的研究和解决，引导学生在跨学科、情景化的过程中培养核心素养，促进创新型人才的产生。不仅可以有效解决当前信息技术课堂教学存在的问题，促进教学质量的提升，也能为学生综合素质培养提供坚实保障。
三 融合 CDIO 理念的 STEM 信息技术教学模式探究
融合 CDIO 的 STEM 教学模式旨在解决当前STEM 与信息技术课堂结合存在的问题，并形成一套合理的解决思路，以供信息技术教学实践。
（一） 融合 CDIO 的 STEM 教学模式构建
融合 CDIO 的 STEM 教学模式构建（如下图 1）。
图 1 融合 CDIO 的 STEM 教学模式构建
基于过程进行教学设计与教学实施。根据 CDIO 教学模式将整体划分成四部分，从教师和学生双重角度设计，均具有跨学科整合特征。注重问题和项目解决过程中学科知识的内在联系与逻辑，关注学生在解决问题中的认知活动，强调学生的积极参与， 在过程中切实提高学生能力，发展学生核心素养， 而这个过程中产生的资料、数据都可以作为教师评价的依据和学生学习的笔记。
首先，对于教师有目标分析 - 项目或问题 - 教学设计 - 教学实施四个部分。在“项目或问题”开始前应明确清楚自己的目的，进行目标分析，并且教学目的应具有一定现实意义。其次才是根据目标而设计相关的“问题或项目”，创设教学背景帮助学生建立教学影像。因各学科所具有的本身知识逻辑以及 STEM 教育的学科整合特性，在设计过程中应放大各学科知识的联结处，让联系的发生有迹可循， 有理可据，不仅仅是学科与学科之间的联系，还包括知识与生活的联系，新旧知识的联系。问题设计来源于真实生活是让教学过程实施更为情境的前提， 也是目标分析与构思存在的必要性，与真实生活的联系让学生感受到知识的生活化、社会化，在学习后能清楚知道学习结果于生活的作用，使其学到的知识不是资源孤岛、僵化体制，能运用到的不再是课本上满满的习题和薄薄的几页纸张，而是灵活的， 具有生机与联系的。同时，通过教学设计与教学实施的“双倍”运行可进行对比分析，在实施过程中从学生活动中产生的资料获取数据，并思考如何让利用这些数据帮助学生更好发展自身能力，并通过数据分析来发掘存在的问题。随着基于 CDIO 理念下开展的整个 STEM 教学活动的不断推进，对于学生的了解与观察也会更加详细，学生的教学效果的反馈效果同样也会不断变化。
学生在整个教学过程中也会经过四个阶段，分别是任务需求分析、概要设计、构建内容和实施调节。通过这四个步骤，以多种组织形式运行解决教师布置的任务达到教学目的。首先根据教师要求明确任务； 随后进行框架勾勒，确立任务所需材料并搜集信息； 随后根据框架进行内容填充构建，完善作品；最后将作品投入实践、评价和拓展。
对于学生，在教学活动中重要的是将各学科知识联系并综合运用，通过这些思维活动主动发现和构建知识，并与已有知识建立联系来解决问题，促进知识的迁移与吸收，经过与生活中真实问题发生关系的知识，大脑强化了对此的认识，即使存在遗忘， 未来发生在熟悉的环境中时也会触发大脑机制。此外，学生从进入问题或项目到最终的解决方案这个过程有不同的环节构成，每一个环节都由学生自己或与他人一起合作完成。这样整个过程也会呈现一种开放状态，于学生而言可以通过不断的调节反馈来改进自己的设计与解决方案从而使问题真正得到解决，于教师而言可以在这个过程中拿到学生的第一手资料，及时了解学生的学习状况并调整学习内容与进度。
（二） 融合 CDIO 理念的 STEM 信息技术教学模式实施建议
（1）促进学生深度学习，发展学生的关键能力与核心素养
信息技术课程本应是最适合学生知识有效扩展和吸收的课堂，但是现在大部分信息技术课堂都停留在浅层，表现为机械性的模仿和操作。这是因为教师在设计问题时选择性地忽视了知识的内在逻辑， 而学生在这种情况下无法对新接受的知识与已有知识图式串联，这就导致接下来的同化出现问题，那也就达不到认知发展的平衡。
因此在融合 CDIO 的 STEM 教学模式中便要求教师合理设计问题或项目，促进学生的深度学习需要学生情感、行为的高度投入，通过复杂问题的解决而使学习者获得认知深度与广度的提升和认知结构的改变。同时，通过与实际生活的联系感受生活中的知识，在一定程度上丰富了他们的生活经验和实际问题的解决能力。
（2）完善 STEM 教育设备建设，充分发挥新一代信息技术的作用
存在良好的学习环境学生才能更好地进行计算机学习，教育设备设施作为教育中介系统中重要的一部分，对教师以及学生的热情、信心都有很大的影响。融合 CDIO 的 STEM 教学模式关注教学的整个过程，需要外部条件辅助教学活动的推进和学生数据的创造。因此，可以借助先进技术与其他教学产品帮助课堂更具有趣味性，激发学生学习兴趣， 也可借助这些构建复杂的项目，促进学生深度学习， 使学生更好地认识到信息技术学习的重要性。
四 总 结
融合 CDIO 的 STEM 教学模式的设计是为了帮助 STEM 教育理念在信息技术课堂的多样化展开。从生活出发，注重过程，强调各学科整合内部知识逻辑结构，有助于学生更好地理解学科基础知识， 建构起自己的知识结构，锻炼解决问题的关键能力。但是融合 CDIO 的 STEM 教学模式也存在对教师综合素养要求过高、依赖于外部条件等问题，但关注学习过程，帮助实现每一个学生的发展也会是未来教育发展的要求。
参考文献
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