面向信息技术2.0时代的STEAM教育教材开发研究

张弛 郑剑春

摘 要：随着信息技术的不断发展，教师越来越多地运用数字化工具和信息资源开展教学，学生获取知识的途径也变得多样化。传统教材在内容设计和更新速度上已经不能适应教学需求。STEAM教育的发展已经深入影响整个教育领域和相关教材的改革，文章结合STEAM教育需要和新形态教材开发经验，探寻如何面向Web2.0时代广泛推广和运用STEAM教育教材，并更好地服务于教学。

关键词：STEAM教育;STEAM教材;信息化教学

中图分类号：G634 文献标志码：A           文章编号：1673-8454（2021）06-0041-03

随着互联网与智能终端设备的普及与发展，人们越来越多地运用数字化工具、平台和资源开展工作、生活和学习。信息技术的发展让教师由原来的一支粉笔、一本教科书转向多媒体教学，教学方法、教学手段得到了较大幅度的改善。学生获得知识的途径已经大大拓宽，传统的教材已经不是学生获得知识的唯一渠道。多信息来源是这一时代的重要特征，鉴别信息、处理信息与获得信息变得同样重要，信息技术促进了STEAM教育的发展，人工智能已经深入影响教育和相关教材的发展，同时也为教学实践带来了巨大的机遇。在技术发展的推动下，人们有了更加丰富的实验方式和学习方式，传统教材已无法满足教学的要求。开发面向信息技术2.0时代的教材，是一个迫切需要解决的课题。

一、STEAM教育特点及教材开发特点

1.STEAM教育特点

STEAM教育是目前教育发展的一个重要方向，有别于传统的学科教育方式，是在学科间建立多个联系的桥梁，为学生提供认识、发现与探索的视角，让学生能够参与并体验科学发现的过程，是一种与传统学科教育思想不同的新型教育理念。STEAM教育理念强调学科知识来源于现实世界，并可用于解决现实世界中的问题。鼓励学生展开动手实践活动，在此过程中探索并发现各种学科知识，同时使学生探索和解决问题的能力得到提高。STEAM教育具有如下4个特点：

（1）体现多学科课程的融合

STEAM教育以多学科知识为背景，主要培养学生面对复杂的现实问题和纷繁复杂的现象并从中寻找问题本质的能力，使其在探究中获得相关的知识，这就必将融合多学科的内容。传统单一学科教材因学科的局限性和相对封闭性不适合这一动态复杂的研究、学习过程。许多专家学者已经发现，多学科融合教育才是了解自然的有效手段，也是科学发展和探究的过程。

（2）STEAM课程传授内容的变化

STEAM课程在教学时以研究活动带动学生参与和学习，以学生为主体，这与传统学科教育中教师为主体不同。STEAM教育更加关注学生在实践过程中的学习、理解和运用，且STEAM教育活动通过设计出与任务解决相关联的一系列学习和实践活动，使学生经历有目的、有意义、能解决实际问题的学习过程，因此在实施教学过程中可以设置以下环节：进入情境，提出问题;根据问题由各学科教师分别教授各自学科的相关知识，引导学生掌握科学的方法;学生分组合作实施，解决问题。

STEAM课程传授内容的形式变为以学生为主体，在实践中体会和收获，提出问题并解决问题，这样的传授结果是学生注重探索新方法、启发新思考和团队合作与沟通，进而推进其综合能力的发展。

（3）促进项目式学习方式的运用

项目式学习是STEAM课程设计的一个主要模式和主要特点，这也是学生开展探究活动的重要方式。杜威曾经指出：“知识的获得不是个体旁观的过程，而是探究的过程，知识不是存在于旁观者的被动理解中，而是表现为主体对不确定情境的积极反应”。这种探究模式既可以是科学家的科学研究模式，也可以是学校教育中的教学模式和学习模式。

知识是个体主动探究的结果。项目式学习是指在教师指导下，将一个独立的项目交由学生自己处理，包括信息采集、方案设计、项目实施及最终评价都由学生自己负责完成，学生在完成项目的整个过程中，了解并把握整个过程及每一个环节中的基本知识要求和能力要求。项目式学习使学生在学习知识的过程中，学会合作、分工、分享、交流，具备团队意识和竞争意识，是学生全面发展的一个重要学习手段。

（4）采用开放性课程

项目式学习较之传统的教学方式更接近科学研究的过程。在传统教学中，实验课程需要由教师设计实验结构、步骤以及需要采集的数据，学生只要按步骤进行数据的采集就可以了，在这一教与学的过程中，学生只是知识获得的旁观者。在STEAM教育课程项目中，学生需要自己设计数据采集需求和方式，自己设计搭建实验装置，自己设计实验过程。在项目实施过程中，不仅所涉及的学科知识具有多学科的开放性，而且所研究的内容与结论也可以是开放的（不是唯一的结论）。国外已有学科教材采用开放的方式更新和吸纳学科融合知识，提供了更多的综合学习机会。

2.STEAM教材的开发特点

（1）搭建跨学科作者团队

在STEAM教材开发设计时，要搭建跨学科的作者团队，每个学科的作者从自己的教学专业要求出发，对教材内容的设计进行研讨和建议。在内容设计研讨时，要考虑到对同一年级段学生不同学科知识能力的要求和该学龄段学生的学习能力、学习特点和接受能力，最终实现教材的作者团队跨学科、内容设计跨学科、呈现手段跨学科。跨学科STEAM教材呈现的多学科融合知识资源还要提供跨学科综合能力的拓展和启发。

（2）STEAM教材体现综合能力培养

STEAM教材在開发设计中要抛开学科的意识和传统的理论知识型教材布局，针对不同年级设计综合性项目。在STEAM教材开发时，要根据作者的专业背景和教学经验突出某个学科，同时综合其他学科进行内容设计，项目课题要综合考虑该学龄段学生的知识难度、接受能力、教学要求和课时要求。既考虑到学科知识的学习和运用，还要考虑到引发思考、团队合作和沟通表达能力的运用和培养。

（3）按照项目实施过程策划教材版块

针对项目式学习方式的STEAM教材应该超越传统的板块和内容设计，强调项目引入和知识融入，在教材设计中弱化理论和概念，以项目划分章节，将知识点和能力要求贯穿在项目完成过程中进行讲述，从而为读者提供项目教学和项目式学习经验。例如，在教材版块设计中结合STEAM课程传授方式，按照综合项目的实施过程设计，设置“情境导入”“问题提出”“知识导航”“实施过程”版块。

二、信息技术的发展对教学和教材的影响

传统教材是教师组织教学的资源，虽然在编写过程中会考虑到教材的普适性，但由于区域地理、经济文化背景以及学校学情、教师教学方式、实验设施的差异，教师需要对教材中的教学资源进行加工、整合，才可使教材成为适应学生学习的教材。而这一过程会对教师提出较高的要求。同时由于传统的教材开发方式滞后于技术的迅速发展，教材的更新迭代跟不上教学的需要。

1.人工智能技术对教学的影响

人工智能为教育的改革与实践提供了重要的支持，以往一些教育思想在人工智能的环境下得以验证。并且随着网络技术的发展，发现了更多可研究的课题。随着人工智能的出现和发展，一种全新的学习模式应运而生，它的出现不仅仅是学习模式的变革，而且会对学生的全面发展产生重要的影响。在结合智能产品进行教学时，智能产品只有经过教师合理整合才会成为有效、有益的教学资源。未来的教育过程中，教师更多应该作为一名指导者和学生成长的设计者，而不仅仅是知识的传播者。信息来源的拓展，也让课堂组织成为了一个新的课题，如何在这一新的教育背景下发现并开发每一个学生的潜能，通过活动与课程开发学生的协作、沟通、交流能力是STEAM教师和教材开发编辑需要深入研究的内容。

2.未来信息技术时代教育的展望

机器人与人工智能的结合是未来教育变革的契机。研究人工智能与未来教育发展将带来教育方式与教育内容的巨大变革，同时提供了个性化学习、学习定制、研究性学习、教育创新以及综合素质提升等诸多问题的解决方案，对于教育公平、社会发展都将具有重要的意义。在学习可以被定制的时代，教材开发应该设置互动功能、可更新资源和综合评价模块等，以适应个性化学习和信息更新的需求。

3.伴随信息技术发展的教材开发

在信息技术发展的推动下，人们有了更加丰富的实验方式和学习方式。在实施STEAM教育的过程中，由于课程的特点，实施、评价的方式都有异于传统的教学过程，因此课程的进程也是教材发展的过程。随着人工智能的出现，全新的个性化、信息化学习模式应运而生，这些模式的出现不仅是学习模式的变革，而且会对教材的发展有重要的影响，为教育实践带来了巨大的机遇。

4.新形态教材更能有效适应信息技术的发展和教学需要

传统的教材仅有文字与图片，随着信息技术的发展，陆续出现了光盘、视频和多媒体等教育资源，随着网络技术的发展，又推出了流媒体、VR体验等教学资源。通过在教材上放置二维码，学生就可以获得多种信息来源和体验方式，这些都可以作为教材的拓展。目前已有越来越多的教材和工具书实现了多媒体化，它们不但包含文字和图形，还能呈现声音、动画、图像、视频以及模拟的三维景象，教育者和学习者都可以方便地享用这些资源。同时，二维码后台的资源可以随时更新，解决了传统教材的更新速度赶不上教学需求的问题。

信息化2.0时代，教学、教材以学生为中心，学生可以自主学习，根据自己的学习起点、兴趣、经验、优势等选择适合自己的课程和进度。教学活动可以在很大程度上脱离物理空间与时间的限制，呈现虚拟化的教学环境。在倡导学生主动参与、乐于探究的同时，教师为学生提供可参与、可探究的技术支持型学习环境。

三、新形态STEAM教材开发案例

伴随创客教育和STEAM教育的发展，全新的教学方式必然会带来教材开发与出版的变革。笔者长期关注此领域的发展，联合全国几大省市的优秀中小学教师，在各地学校校本课程的基础上，陆续开发了《青少年科技创新丛书》《创客教育丛书》《STEM教育丛书》等系列教材，相对应的课程成为深受学生喜爱的课程。

1.某青少年STEAM教育系列教材策划开发过程

（1）跨学科作者团队和项目式内容设计

在该系列教材的策划阶段，先制订中小学各年级各学科的教学要求、教学目标，以及综合实践课程、兴趣小组和社团的实施和目标。在此基础上基本划定系列教材的主题方向为以信息技术课程为主导、结合其他学科的综合内容。在寻找作者团队时，以获得创新大赛和信息技术竞赛奖项的优秀指导教师为主，并要求每位主编教师在团队中吸纳多学科教师参与。

在教材内容设定中，本着“实践出兴趣、实践出真知、实践出才干”的理念，以实践项目贯穿教材，目的是提升信息科学技术在我国基础教育阶段的教学水平，引发我国青少年对信息技术科学的兴趣，并打下坚实的信息技术基础，以适应信息时代的新型学习方式。教材在项目主题下统一设置“实现原理、硬件准备、搭建程序、实际应用、评价反思”栏目板块，分别对应STEAM教学中的理论知识基础、硬件教具、实施过程和教学评价环节。该教材既可以作为STEAM和信息技术教师全新的教学指导书，也可作为指导学生参加各级各类信息技术或创新大赛的指导书，还可以作为对信息技术科学感兴趣的学生自学参考书。

（2）教材的融媒体手段运用

在本系列教材开发过程中，教材呈现一改传统的单一文字形式，而是配以多种融媒体资源结合使用（见图1）。例如，PPT、教案、教学建议、学生手册、操作视频、课程说明、模型搭建效果等内容在教材中均以二维码的形式呈现，教师在备课时扫描书中的PPT和教案二维码即可下载，然后结合教学需求和学生特点及学校硬件配置情况加以重新编辑。学生手册和操作视频可以由学生扫描二维码观看学习（见图2），再结合自己的认知和教师的指导进行课题项目的改编和深度思考。

融媒体资源内容的运用也支持了教材的推广。本系列教材出版后，深受全国各地中小学师生的喜爱和好评，笔者收到了大量的读者反馈。读者的反馈在促进教材销售的同时，也督促了作者不断地更新教学资源，同时更新二维码的后台资源，保证了教材的时效性。在2020年新冠疫情防控期间，由于教材内容丰富、资源全面且适合网络使用，被多省市教育委员会和科学技术协会选做网络课程。

面向信息技術2.0时代的STEAM教育教材不仅注重实践教学的作用和多学科融合，同时将人工智能和信息化教学作为一个探究学习的工具，做到了以学生为主体，同时保持了教材的时效性与开放性。只有适应时代发展，迎合教育对象特点，才能开发出喜闻乐见的优秀教课。笔者在十年的教材策划开发中不断探索，让教师不仅会教课，更能引发学生思考和培养学生解决问题能力;让学生不仅获得知识，更能从中学习思考和方法。

（编辑：鲁利瑞）