梁桓源
（广东省韶关市一中实验学校 广东 韶关 512000）
【摘要】随着课程改革的不断深入，传统的信息技术教程已经不满足当代中学生的需求，STEM教育理念由科学、技术、工程和数学四门学科有机结合，让各个领域的内容有机融合，促使学生能够综合运用各种知识来解决学习中遇到的问题，进而提高学习效率。Python是近几年迅速流行而普及的一门编程语言，该语言课程化也将成为孩子学习的一种趋势。
【关键词】STEM教育理念；Python语言；教学设计
一、STEM教育理念概述
STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的统称。STEM教育是以培养实践型、创新型、综合型人才为目标的跨学科教育，提倡以行动为基础，以解决问题为导向，通过项目式学习、任务驱动等方式来提高学生分析问题、解决问题的能力以及创新与实践能力。基于STEM教育理念的学科教学多以“问题或项目”展开，力求为学生搭建知识学习与社会实践的桥梁。
2017年首届中国STEM教育大会上发布《STEM教育白皮书》，指出“STEM 教育应纳入国家创新型人才培养战略”。
二、基于STEM教育理念的Python教学设计
1、STEM教育理念下Python教学的可行性分析
我校实施“python趣味编程”课程，STEM教育模式为Python课程的教学方式和方法提供了借鉴，而且具备了STEM教学空间和教学设备，如创客空间、人工智能、物联网硬件等。因此，STEM教育理念为Python课程提供了实施教学的可能。
2、STEM教育理念下Python课程教学方式
（1）基于项目学习
基于项目学习，简称PBL，其思想起源于杜威等人提出的做中学、体验式学习理念，是基于建构主义的学习方式，以解决实际问题为目的，对项目任务进行精心设计、探究、实施的过程。
（2）设计思维
设计思维是一种以解决方案为导向的思维形式。它是从目标或者要达成的成果着手，探究问题的解决方案，是一种独特的“在行动中进行创意思考”的方式。学生需要先设计方案，然后根据设计方案进行小发明或小创造。
（3）顿悟学习
顿悟学习是一种学习模式，即通过重新组织知觉环境，并突然顿悟其中关系而发生的学习。换言之，学习的过程其实就是顿悟的过程。
3、STEM教育理念下的Python语言编程的教学设计
（1）教学目标设计
基于STEM教育理念下的课程目标，注重培养学生的编程能力和思维能力，以及运用跨学科知识解决问题的能力。本文尝试将Python语言编程的教学目标分为知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观。
（2）教学内容设计
初中Python课程的教学重点是通过Python语言的学习，培养学生的计算机思维能力。主要分为Python认识了解阶段、Python学习阶段、Python项目应用阶段，每个阶段都有不同的要求。
三、基于STEM教育理念利用项目式组织教学、提升学生思维能力
在传统程序设计教学中，一般都是按照基本语法、三种基本结构、常用算法这样的知识体系来组织教学，在这种教学方法中，知识点之间是独立的，加上中学生信息课一周只有一节课，学生很容易学了后面忘记前面，在实物编程中，很难以常规的知识体系来组织教学。
项目式教学法，是学生在教师指导下，将一个个独立的项目交给学生来完成。项目式教学法有着项目为主线，教师为引导，学生为主体的特点，所以这种教学方法是比较适合程序设计教学的，所以笔者认为，采用项目式的教学方法更加适合基于STEM教育理念的Python教学，采用这种方法可以将前后知识点进行整合，让学生既学习新知识又能复习旧知识。通过一个个项目，能把同学们零散学到的知识全部串联起来，让他们感觉到自己所学的知识终于有了一定的成果，他们自己也会感觉很有成就感，也会产生一种利用计算机解决实际问题的强烈愿望。
1、以一个独立项目为一个章节的容量
一个章节就是一个独立的小项目，一般情况下，都要求一节课完成。当然，可能会有些任务比较复杂，也可以把内容分成两课时，所以一个学期的教学内容基本上就是十五个章节。
2、一个章节包含一个基础项目加一两个拓展项目
因为学生在学习程序设计过程中会存在较大的差异，基础任务是要求大多数甚至全部同学都要完成的任务，在完成了基础任务之后，学有余力的同学可以尝试着去完成拓展任务，拓展任务的内容也是要基于基础任务。比如在学习循环这个知识点的时候，以初中信息技术八年级（下册）为例，我用的基础任务是“积能量合种树”，拓展任务是“一个正整数的阶乘”，都是关于循环语句这个知识点，但是难度加大了。
3、每个章节包含1-2个Python的知识点
项目式教学和传统的程序设计教学不一样，不是按照知识体系来建构教学内容的，而是将程序设计的知识点分散到了各个项目中去，一个项目中除了要用到之前学到的知识点之外，还需要包含1-2个新的知识点，设计项目的时候应围绕新的知识点设计，比如：在“关注空气质量”这个项目中，随机数是主要学习的知识点，除了随机数之外，还要求学生用到之前的显示文字和显示图像的语句，新旧知识点有串联。
四、基于STEM教育理念注重教学过程、优化教学方法
1、分层教学
在程序设计学习过程中，学生的兴趣、能力会存在一定的个体差异，所以程序设计教学中必须采用分层教学的模式。在一个项目中，基础任务一定是要比较简单的，大多数同学都可以完成的，拓展任务要准备1-2个，而且要有梯度，让学有余力的同学完成。
2、培养学习能力
其实自学能力尤为重要，如果学生只是依赖或者模仿才能完成，他们所学知识将很快被淘汰。所以在教学过程中，教师要给予学生方向性的指导，鼓励学生自主学习，培养自主学习能力。
3、注重实践
学习程序设计的目的是让学生掌握程序设计的思想，提升利用编程语言来解决实际问题的能力，所以，教学重点应该放在分析问题的思路上，学生应该通过大量的实践来构建程序，解决问题。
4、尊重学生学习的方式
在刚开始接触程序设计学习时，很多学生习惯性的去“抄程序”，这很正常，很多人都经历过这个阶段，毕竟以初中生的认知水平以及课时设置注定学生不可能记得住太多，如果不抄，可能一开始连很多简单任务也完成不了，学习的兴趣可能就此丧失了。但是不能一直抄下去，抄的过程要求学生带着理解，下个阶段就可以尝试着去修改程序，比如在循环结构中让学生去修改初值、终值和步长，从而改变循环的次数，如果学生会修改了，说明这个知识点也掌握了。再下个阶段就可以自己去创作程序，比如学生利用随机数做了“关注空气质量”，老师要求自己去创作一个随机产生“加法心算游戏”的程序。“抄、改、创作”这三个阶段既是一般学生学习的方式，也可以作为课堂的分层教学，针对不同的学生采取不同的方法。
【结论】通过一段时间的讲授，大多数学生学会用Python解决问题。值得期待的是，在新一轮的教学计划中，学校已经讨论在全校七八九年级开展Python课程，积极参与“全国中小学信息技术创新与实践大赛（NOC）”创新编程比赛，相信Python编程未来在初中信息技术课程教学领域将有更大的发展空间。进而为STEM教育实践和信息技术课程改革提供一定的理论依据和经验参考。
【参考文献】
[1]嵩天，黄天羽.Python语言程序设计教学案例新思维[J].计算机教育，2017（12）
[2]管光海.STEM教育实践中的问题与建议[J].中国民族教育，2018（1）