于旭珩

還記得自己學(xué)騎自行車的經(jīng)歷嗎？或者記得教別人騎自行車的經(jīng)歷嗎？學(xué)習(xí)者急于“實驗”，教授者努力傳遞自己的經(jīng)驗。學(xué)習(xí)者不想重復(fù)自己曾經(jīng)犯過的錯誤，但是很可能還是要重復(fù)很多次同樣的錯誤，這是一個迭代的過程。新課程背景下的教師要有類似于教別人學(xué)習(xí)騎自行車的耐心和技巧，幫助學(xué)生學(xué)會自己去摸索學(xué)習(xí)。信息技術(shù)學(xué)科相比其他學(xué)科，具有較強(qiáng)的時代性、實踐性和應(yīng)用性，以計算思維作為重要的核心素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)問題解決，通過項目整合知識與技能。面對新課程標(biāo)準(zhǔn)，信息技術(shù)教師已有的知識結(jié)構(gòu)和教學(xué)理念存在著一些不適應(yīng)的地方，需要重新進(jìn)行思考，以適應(yīng)新的教學(xué)形勢。

改變教學(xué)方式——設(shè)計基于STEM的項目學(xué)習(xí)

高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中建議教師在教學(xué)中要把項目整合于課堂教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生開展項目學(xué)習(xí)的數(shù)字化環(huán)境、資源和條件，引導(dǎo)學(xué)生在數(shù)字化學(xué)習(xí)的過程中，領(lǐng)悟數(shù)字化環(huán)境對個人發(fā)展的影響，養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣?；陧椖康膶W(xué)習(xí)已經(jīng)存在很多年了，但由于傳統(tǒng)教學(xué)方式的影響，仍很難全面實施，且大多以主題式探究為主，缺乏真實的問題與實際的應(yīng)用情境。將STEM教育和項目學(xué)習(xí)整合在一起，可以為學(xué)生提供更多的解決真實問題的機(jī)會。但是一個完整的STEM項目通常會包含多個學(xué)科領(lǐng)域的知識，學(xué)生自己來學(xué)習(xí)這些知識會很困難，教師則可以運(yùn)用工程設(shè)計的思想整合教學(xué)活動，讓學(xué)生通過設(shè)計并實際制作某一具體的項目，使其理解其中所包含的各學(xué)科知識。

下面是感應(yīng)燈設(shè)計與制作中兩位教師不同的教學(xué)過程。

第一位教師：第一步，教學(xué)生認(rèn)識LED燈、傳感器、控制器等模塊；第二步，教怎樣將這些模塊組裝成一個感應(yīng)燈；第三步，讓學(xué)生繪制程序流程圖；第四步，編寫感應(yīng)燈控制程序。按照他的做法，學(xué)生一步步來制作感應(yīng)燈，最后學(xué)生完成了一個統(tǒng)一的感應(yīng)燈。

第二位教師：第一步，提出疑問：“你為什么要做感應(yīng)燈？你要做的感應(yīng)燈的功能是什么？你會把它放在什么地方？如何來固定？”在提出一系列實際問題之后，學(xué)生會思考感應(yīng)燈需要實現(xiàn)哪些功能，需要準(zhǔn)備哪些材料，需要做成一個什么樣的外部結(jié)構(gòu)。第二步，哪些傳感器可以用來控制LED燈？如何控制？第三步，怎樣制作這個感應(yīng)燈？第四步，測試一下感應(yīng)燈，觀察它的工作效果。

不同的教師用不同的理念上同一節(jié)課，會產(chǎn)生不同的教學(xué)效果。第一位教師的學(xué)生，這次學(xué)會了制作感應(yīng)燈，如果下次讓他制作溫控風(fēng)扇，可能需要教師重新指導(dǎo)每一個過程，因為學(xué)生沒有建立感應(yīng)燈和溫控風(fēng)扇之間的聯(lián)系。第二位教師的學(xué)生，可能會用設(shè)計制作感應(yīng)燈的四個步驟去對應(yīng)設(shè)計制作溫控風(fēng)扇，它是一種工程設(shè)計的思維方式，可以遷移到許多領(lǐng)域，如設(shè)計空調(diào)、輪船、汽車等。整個學(xué)習(xí)過程不僅僅是制作過程，中間包含了許多科學(xué)技術(shù)素養(yǎng)，并整合了物理、信息技術(shù)、數(shù)學(xué)學(xué)科的知識與技能。

適應(yīng)新的課程體系——挖掘計算思維教學(xué)內(nèi)容

從小學(xué)到高中的信息技術(shù)課程中都把培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力作為了核心的教學(xué)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生使用算法描述解決問題的方法和步驟，并選擇合適的程序語言進(jìn)行程序設(shè)計，解決問題。一個問題可以有不同的解決方案，一個方案可以有不同的算法設(shè)計，一個算法可以用不同的編程語言來實現(xiàn)。在教學(xué)中教師應(yīng)該著重體現(xiàn)利用計算思維解決問題的完整過程，而不是單一地教會學(xué)生某種編程語言。

以中國象棋“將”和“帥”問題求解為例，學(xué)生怎么用最快的方式找到棋盤中“將”和“帥”所有合法的位置？

第一，用抽象思維方式對問題做分析和描述，形成數(shù)學(xué)的表達(dá)。用A來表示“將”，用B來表示“帥”，根據(jù)象棋的規(guī)則，“將”和“帥”只能在各自區(qū)域的9個位置移動，所以用1到9進(jìn)行編號。

第二，在數(shù)學(xué)表達(dá)的基礎(chǔ)上，找到解決問題的方法。在象棋規(guī)則中，“將”在9個位置的任何一個，“帥”只能在其他的6個位置，使得“將”和“帥”不在一條直線上，其他的3個位置為“帥”的非法的位置；“帥”在9個位置的任何一個，“將”只能在其他的6個位置，使得“帥”和“將”不在一條直線上，其他的3個位置為“將”的非法的位置。

第三，通過程序設(shè)計的方法，將算法轉(zhuǎn)換為計算機(jī)程序。例如，在Python程序中使用“For”語句進(jìn)行循環(huán)，用“==”實現(xiàn)對象之間的比較，用“print”將“將”和“帥”的54種合法組合結(jié)果打印到屏幕上。

一個完整的計算機(jī)博弈項目實施涵蓋棋盤、棋子障礙、棋局、走棋表示等形式化數(shù)據(jù)描述，數(shù)據(jù)存儲方式的選取，搜索算法、評估模型描述，并行程序設(shè)計思想和問題求解的效率等內(nèi)容。這些包含了計算思維所涉及的形式化描述能力、抽象思維能力和邏輯思維能力。計算機(jī)博弈系統(tǒng)是一個很好的訓(xùn)練學(xué)生計算思維的載體，教師可以從計算機(jī)博弈中的經(jīng)典算法分析、具體問題解決等角度出發(fā)設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生建立計算思維概念，提升計算思維能力。

更新課堂管理觀念——構(gòu)建以學(xué)習(xí)為中心的教與學(xué)關(guān)系

新課程背景下的課堂是學(xué)生懂了什么和能夠做些什么，而不是教師教了什么，不要求學(xué)生按既定步驟來解決問題，而是要設(shè)計并實現(xiàn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與決策和問題解決的過程。一種錯誤的觀點(diǎn)認(rèn)為，學(xué)生自主性學(xué)習(xí)是教師只是為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個開放的問題或任務(wù)，讓學(xué)生自己去做所有的事情。其實，在以學(xué)習(xí)為中心的教與學(xué)關(guān)系中，并沒有減少教師的工作，而是需要教師變得更為積極。

下面是一位有經(jīng)驗的教師在實施“局域網(wǎng)搭建”部分時的教學(xué)場景，所有過程并非都是積極學(xué)習(xí)和問題解決，但是整個課堂環(huán)境讓人感到舒適、自然、有序。

第一課時，教師提出了“如何能把一臺電腦連接在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中”這個問題，接下來留給學(xué)生時間去探索網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的種類，網(wǎng)絡(luò)連接方式，如何去制作網(wǎng)線。課堂開始變得嘈雜，但教師并沒有對噪音投入過多的注意，而是在小組間走動，檢查各小組的進(jìn)展情況，為學(xué)生提供建議，但不給出答案，確保學(xué)生鉆研學(xué)習(xí)任務(wù)。在最初的探索之后，教師讓每組學(xué)生與全班同學(xué)分享觀點(diǎn)。

第二課時，教師仍然在巡視學(xué)生的工作，此時的學(xué)生已經(jīng)找到了各種網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的資料及組網(wǎng)實驗方法，但教師只提供了一套有限的設(shè)備，學(xué)生被迫選擇雙絞線、交換機(jī)、計算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)實驗。在全班學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接實驗之后，教師再次展開全班討論，確保所有的學(xué)生都投入到這個學(xué)習(xí)任務(wù)中，然后提醒他們在下一環(huán)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置實驗當(dāng)中需要注意的問題。

第三課時，學(xué)生結(jié)束了探索階段的學(xué)習(xí)，教師讓學(xué)生將前期收集的資料和實驗的過程通過PPT的方式進(jìn)行整理，制作匯報材料。在開始的時候，課堂上充滿了各種疑問，如用什么類型的樣式、使用文字還是圖片、如何表達(dá)實驗過程等問題。教師指導(dǎo)了幾個小組之后，決定開展簡短的全班活動，復(fù)習(xí)演示文稿的設(shè)計與制作方面的內(nèi)容。教師利用個別指導(dǎo)了解了每個小組的情況，有針對性地引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)，且由學(xué)生驅(qū)動，這樣可以有效地幫助學(xué)生順利完成匯報文稿的制作。

第四課時，學(xué)生進(jìn)入課堂就立即開始了自己的項目，大多數(shù)學(xué)生都注意力高度集中，完成他們的PPT文稿。在講述的過程中，教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生缺少對問題研究的延展，提出了“如何在多臺計算機(jī)上共享游戲”的新問題，希望通過拓展性的活動，豐富學(xué)生對網(wǎng)絡(luò)功能的認(rèn)識。

新課程背景下需要構(gòu)建新型的課堂教學(xué)環(huán)境，學(xué)生作為課堂的主體，積極主動地參與問題解決，教師作為課堂的組織者、引導(dǎo)者和合作者，了解研究每一個學(xué)生的需求及其發(fā)展的可能性，盡可能滿足學(xué)生的不同需要，師生在積極有效的對話與交往中，共同成長。

提升創(chuàng)新實踐研究能力——應(yīng)用更多的開放性教學(xué)資源

新版的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中減少了應(yīng)用軟件使用的要求，增加了在編程、計算思維、算法方面的思維要求，以及人工智能、開源硬件、網(wǎng)絡(luò)空間安全等方面的知識與技能。大多數(shù)教師在大學(xué)沒有接觸過相關(guān)的內(nèi)容，即使學(xué)習(xí)過部分課程，現(xiàn)在的技術(shù)水平也已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了過去學(xué)習(xí)的內(nèi)容，要駕馭更多新的專業(yè)知識與技能，需要投入大量的時間和精力。信息技術(shù)教師可以充分發(fā)揮信息技術(shù)課程特有的教學(xué)環(huán)境優(yōu)勢，選擇一些符合時代特征的載體，讓學(xué)生體驗研究和創(chuàng)造的樂趣，培養(yǎng)利用信息技術(shù)解決問題和創(chuàng)新設(shè)計的意識和能力。

1.開放性網(wǎng)絡(luò)資源

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代下，越來越多的功能性網(wǎng)站將站點(diǎn)的資源開放，供開發(fā)者使用和二次開發(fā)，每個功能的調(diào)用過程也不是很復(fù)雜，網(wǎng)站上都會提供詳細(xì)的文檔。例如，在“人臉識別”的教學(xué)中，教師通過在線AI平臺，可以讓學(xué)生很容易體驗到人臉“五官定位”的過程，借助平臺提供的各種識別功能，理解人臉中特征點(diǎn)的定位方式和識別機(jī)制，另外還協(xié)助學(xué)生在自己的Python程序中調(diào)用人臉識別的API，通過返回判斷人臉特征、表情的信息，完成各種校園人臉檢測項目的應(yīng)用。教師利用開放的AI平臺設(shè)計真實的體驗活動，引導(dǎo)學(xué)生使用現(xiàn)有的API去創(chuàng)新更多的人工智能項目，不僅提高了學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的興趣，而且降低了教師實施人工智能項目教學(xué)的技術(shù)門檻。

2.開源軟硬件平臺

開源硬件體系與開源軟件相同，通常會發(fā)布詳細(xì)的硬件設(shè)計和使用說明，這可以大大提升外圍擴(kuò)展硬件的使用效果，同時借助共享社區(qū)中大量的使用實例，利用豐富的開源軟硬件資源開拓各種功能的創(chuàng)新教學(xué)項目。舉例來說，設(shè)計制作一個簡易的人臉識別門禁裝置，硬件可以選擇開源硬件樹莓派作為核心控制器，攝像頭作為信號采集部件，舵機(jī)作為動作控制部件；軟件可以選擇開源計算機(jī)視覺庫OpenCV中的人臉識別器作為主要算法實現(xiàn)程序。在項目實施中，教師借助OpenCV中提供的實例，讓學(xué)生了解人臉圖像采集及檢測、人臉圖像預(yù)處理、人臉圖像特征提取以及匹配與識別幾個部分的算法實現(xiàn)，再根據(jù)自己的設(shè)計目標(biāo)修改實例程序，將人臉識別程序與舵機(jī)控制程序整合在一起。教師將開源硬件設(shè)備和開源軟件庫恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用到教學(xué)項目中，不僅可以提高項目的實際應(yīng)用價值，還可以擴(kuò)展學(xué)生對知識的認(rèn)識廣度，另外也幫助教師解決復(fù)雜項目開發(fā)中遇到的很多通用性的技術(shù)問題。

人類創(chuàng)造技術(shù)是為了通過解決問題使生活變得更為容易。信息技術(shù)教育可以幫助每個個體做好應(yīng)對科技迅猛發(fā)展時代的準(zhǔn)備。信息技術(shù)教師需要把教學(xué)呈現(xiàn)為一種具有創(chuàng)造性的、能動手做的和充滿樂趣與激情的活動，讓學(xué)生能夠熱愛信息技術(shù)，有效地使用信息技術(shù)，創(chuàng)新設(shè)計開發(fā)更多的信息技術(shù)作品。