基于STEM的高中通用技術教學探索

孫念龍

摘要：STEM教育是以探究和設計為目標，以解決生活中的實際問題而進行的探究學習、設計學習為基礎，并對科學、技術等知識進行科學學習的過程，具有獨特而先進的教學理念、教學方法和評價體系。借助STEM教育，可以提高通用技術教學效率，解決通用技術課程在應試教育背景下教學方法單一問題，從而進一步深化教育課程改革，全面提高教學質量。

關鍵詞：STEM；通用技術教學；教學探索

中圖分類號：G623 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2018）06A-0061-04

STEM是Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）和Mathematics（數學）四門學科綜合的一門新興學科，旨在提高學生的綜合素養及能力。近幾年來，我國在課程改革的浪潮下對STEM做了扎實的研究和論證，在此過程中發現STEM對中小學階段數學和科學教育的發展有著重要的理論價值，對中小學生實踐能力、綜合素養及認知水平的提高起著重要的實踐價值。

通用技術課程以提高學生學科核心素養為主旨，以設計學習、操作學習為主要特征，是一門立足實踐、注重創造、體現科技與人文相統一的課程[1]，是我國由應試教育向素質教育轉變的一門關鍵課程，承載著基礎教育課程改革中關于課程目標、課程內容、教學方式和學習方式等變革的重任。

一、STEM理念與通用技術課程的整合

一直以來，中學技術教育都是學校開展素質教育的基本組成部分，是培養學生技術素養、落實立德樹人、實施國家創新戰略的重要途徑之一。然而，在通用技術課程的實施環節中，一些問題長期存在著。例如：教師側重理論角度，而忽視將課程與實踐緊密聯系起來，在技術創新和實驗中，僅以知識傳授作為主要工作方法和教育手段，沒有考慮到搭建實踐平臺，導致學生在發現問題的自主性、解決問題的主動性等方面得不到提高，以至于讓學生對教師產生了越來越強的依賴心理。更重要的是，創新思維與實踐能力的缺失，進一步導致了“培養目標”呈現出嚴重的碎片化傾向。STEM課程堅持以“設計、探索”作為主要教學方法，綜合運用科學和數學的思維，通過應用技術手段，在實際問題的解決中貫穿知識的學習。這樣的教學才能為解決上述課程實施中的問題定下基本原則。

（一）教育理念的整合

STEM教育是以探究和設計為目標，以解決生活中的實際問題進行的探究學習、設計學習為基礎，并對科學、技術等知識進行科學學習的過程。STEM教育是一門綜合性的教育，它將原本零散的科學、技術、工程、數學四門學科的教育理念融合起來，從而形成一個新的教育體系，其目標是使學生在學到知識后，將所學知識應用到各學科領域，探究每個學科之間的相互聯系，達到學以致用的目的。把通用技術課程設置為高中階段的必修課，是要求該課程必須面向全體學生，同時又能夠幫助學生在技術、實踐活動中構建出知識體系和程序性知識體系；幫助學生強化手腦并用和知行合一的本領，強化學生技術思想和方法的學習與運用，發展其工程思維能力和動手創造能力；培養學生圖樣表達和物化能力，提高解決技術問題的綜合能力；增強學生對技術文化的理解，形成良好的技術理念和個性品質[2]。無論是STEM課程還是通用技術課程，兩者都是旨在培養學生的技術素養，提高學生的動手能力。

（二）教育特性的整合

通用技術課程的教育理念決定了這門課的上課形式是一個活動的、動態的過程。當STEM理念有機地滲透到通用技術課程當中后，課程的教學目標、核心理念會呈現得更加立體，課程的操作性將會增強。首先是兩者教育特性的整合。教師在通用技術課程的教學過程中通過對技術所蘊含的經濟、法律、道德、心理、環境等因素的綜合分析，運用系統的工程思維、巧妙的技術方法、縝密的數學思維，選擇與生活聯系密切的課題，使學生在活動中完成對系統知識的把握。其次是兩者實踐性的整合。通用技術分為必修和選修模塊。必修模塊關注的是技術設計的原理及方法，主要針對設計過程的學習，結合結構、流程、系統和控制的理解和運用，來解決生活中的實際問題。選修模塊則著眼于培養學生在現實生活中各種不同技術方法的選擇和使用[3]。

二、STEM理念在通用技術教學中的應用

STEM課程起源于西方發達國家，與我國起步較晚的通用技術課程相比，教學理念更為開放，教學方式更加獨特，評價體系更為完善。基于實踐的思考，如何將STEM的學科教育理念應用到高中通用技術課程的教學中去，可以從以下三個方面來研究。

（一）思維方式的應用

STEM教育思維方式強調的是以線帶面，可將STEM分為數學線、科學線、技術線和設計線?！皵祵W線”可以引導學生在測量長度的同時，測量速度、功率等，這里的“數學”不只涉及數學學科本身，還自然運用到物理知識或物理常識；“科學線”強調對自然的研究，包括了物理、生物、化學等學科的綜合性的自然現象及概念；“技術線”注重對自然的改造，前期科學線的研究是這一階段研究的伏筆，這里的改造自然尤其體現在系統和控制等方面；“設計線”是對前三條線進行知識的升華，通過引導學生發現問題、分析問題、提出方案、解決問題，讓學生在過程中感受到學科綜合素養的重要性，體會到自主學習和探究的樂趣。

國內目前主流的教學依然是分科教學，數學、物理、化學等各門課程的教學基本不涉及其他課程的知識。然而實踐過程中，技術絕不是單一的，任何一項技術都是多門學科的集合體。分科教學常常無法適應越來越需要綜合知識體系的技術世界，通用技術的實踐課往往突出地反映了這一點。例如：“可折疊小板凳”的制作，學生不僅要考慮小板凳如何折疊的技術問題，還要考慮板凳的重心的控制、板凳腿部長短的控制等。這些問題不僅涉及數學知識，也離開不了物理知識，學生的創造力正是在學科綜合應用的基礎上得到了開發。

通用技術與STEM的思維方式在本質上都是希望將多學科進行融合。學生在實踐中學習并形成綜合的認知體系，這樣不僅能使各門學科知識得到科學的融合，而且能讓學生更好地理解數學、物理等基本概念。我們在通用技術教學中，可以運用STEM四條線化的思維方式，并在實踐中逐步探索出符合我國通用技術思維方式的新線路，引導通用技術課程的教學更好更快地發展。

（二）教學方式的應用

教師在STEM教學中有著更為開放的教學格局，不會拘泥于某一學科或者課程教學本身，他們崇尚“生活的學問”，會將生活中的很多實例搬到課堂中去，甚至將學生帶回生活中去探索發現。教師會激發學生的學習興趣，讓學生積極參與到實踐活動中來，讓學生對已經學習過的知識進行回憶和整理。STEM教學更強調學習要完成真實情景中的任務，學生學習的過程就是解決實際問題或完成實踐項目的過程。問題或項目就是學生學習的核心內容，而并不是教師簡單地通過講授給予的空洞乏味的概念、知識要點等。

不可否認，講授式教學法在規模化教學活動中和應試教育的背景下，能夠培養出考試的高手、做題的達人，但也容易導致“千才一面”“高分低能”的現象，學生缺乏個性和動手能力，缺乏將所學到的知識運用到解決實際問題中去的能力。

在通用技術課程的教學實踐中如何去改變這一局面？在課時少、課程安排緊的情況下，STEM教學方式為通用技術課程的教學打開了一扇窗。通用技術課程實踐教學步驟如下：首先設定教學情景，然后引導學生分析，接著合理安排方案，最后有序向前推進。以“環保小村莊的建設”為例，教師用“技術的兩面性對環境的破壞”引入要建環保小村莊的主題，激發學生思考：環保小村莊里應該有什么呢？學生通過聚合思維和發散思維，能給出答案，如風能、太陽能發電，有機食物，干凈的水源，木頭房子等。在合理分工、查閱資料后，教師引導學生對村莊進行合理布局，如房子應該怎么設計，發電機的位置等，最后付諸實踐，購買材料實現環保小村莊的施工。

在整個“環保小村莊建設”的教學中，以設計為主線，涉及的知識包括了技術的兩面性，數學的測量，物理的對光能、太陽能的計算以及工具的使用等綜合類知識。整個教學過程中，學生興趣高、研究激情持續性強，學生的“最近發展區”在學習過程中不斷得到開發，學習效果明顯。

（三）評價體系的應用

STEM教學評價包括過程性評價和完成性評價，為了保證更好地完成教學任務，教師需要在過程中不斷完善過程性評價。過程性評價是指針對學生參與度、積極性、動手能力等方面給予的階段性的評價。完成性評價是針對項目與預期目標差距的結果實現度評價。STEM課程中，學生的思維量大，活動多，變化強，評價過程無法通過一張試卷來完成，因此評價時更注重富有變化的“過程性評價”。

而我國的現有一些課程特點恰恰相反，內容密、活動少、推進速度快，以“分數最大化”作為學生學習的重要目標甚至唯一目標，對學生的評價基本只是基于一份試卷分數的“完成性評價”，教學過程中的“過程性評價”也常常只能淪為“完成性評價”的附庸，參考運用價值不大，缺乏社會價值和影響力。

通用技術課程在評價體系上應該推翻“一張試卷定天下”的局面，通過“過程性評價”和“完成性評價”的結合來促進學生學習興趣的提升，使學生在學習中全面地看待自己，寬容地對待團隊，發展地評價成績。當然，由于學生長期處于被“完成性評價”制約的狀態，學習動力來源于學習壓力，因此在通用技術的評價上，我們要避免“理想化”，面對學生動力不足的情況，可以適當運用“完成性評價”的制約力來減少學生在學習困境中的畏難反應，扭轉學生學習中的不恰當態度。這樣一來，通用技術課程作為我國應試教育向素質教育轉變背景下的重點課程，不僅可以體現出我國教育工作者對當下課程體系的反思，更能進一步擔起我國高中階段“素質教育”的重任。

三、STEM理念下的通用技術教學案例分析

基于上述理論實踐的指導研究，在STEM教學理念的指導下有效地開展通用技術的教學活動具體過程如下。

（一）教學活動分析

項目的設計與制作是在學生已經全面掌握必修《技術與設計1》課本中的基本知識的基礎上，對“設計的一般過程”提出“系統化把握”的要求，與《技術與設計2》中難度較大且相對抽象的工程類知識相呼應，十分契合STEM教育的理念——從多方面培養學生思想維度[4]。所選取的制作項目應具有趣味性和挑戰性，并建立在學生現有的認知水平上，比較容易讓學生在探究中獲得豐富多彩解決問題的方案，并使他們在成功的喜悅中增強對體驗設計的興趣。這樣的制作項目距離學生的生活更近，材料的加工和處理也相對簡單，無需特殊的設備支撐。

（二）教學活動準備

作為一門操作實踐類課程，小組的學習方式應以合作探究為主。在教學之前按照異質分組的形式3個人一個小組，確定組長及職責。在教學活動時，教師需提出明確的項目要求，讓學生了解整個活動的過程，以及各階段任務完成的時限及達成的目標。

教師在整體項目的推進和實施中絕不是游戲中的玩伴，更不應該是單純意義上的欣賞者和贊美者，應當是項目全局的掌控者、項目的管理者、學生探究愿望的呵護者和促進者。

在項目活動中，學生容易因為知識點較多，學習缺乏行為導向和目標導向而無所適從。教師在這時需要智慧地進行目標設定，一方面要進行時間上的限制，另一方面要降低目標的難度，提高學生自我突破的可能性，同時，了解各組學生的量化結果，適時予以分析和幫助。教師在評價中要將質性評價作為評價的主要手段，使用多元評價和過程性評價來界定學生的學習行為，不能在評價中犯經驗主義錯誤，更不能存在專制主義毛病。

以小組為單位的中期匯報課可以適當地開展。中期匯報課的實施，一方面是基于學生的進展，另一方面是為了接下來的工作部署，同時增強小組的團結度，有利于后繼的教學方法的及時調整。

（三）教學實施經過

1.原理模型引入

隨著課業負擔的加重，中學生在實踐意識和生活經驗上容易出現一定程度的缺失，在確定好項目的重、難點之后，教師一方面需要調動學生的學習興趣，一方面需要大力培養學生面對問題、分析問題、解決問題的能力。STEM課程在本階段主要是利用玩具模型作為教學工具來引導學生產生思維的興趣和動力，使學生充分觀察，并注意到模型外形、結構、功能等。

在這樣的鋪墊下，教師逐漸讓學生回顧舊知識，聯系相關物理學原理、數學知識等，將《結構與設計》中的相關內容納入課堂中來。這種循序漸進式的教學設計，可以較好地幫助學生提升思維的主動性和探究的積極性。

2.方案的構思與實現

無論是項目的方案構思還是方案的實現，首先都應當是以合作探究作為主要形式，這既有利于學生團隊精神的發揮，也是STEM課程基于學生核心素養考量的要求。如在“平衡鳥的結構”這一項目中，方案的構思應側重于“各部件的有效連接”及“操作中的安全注意事項”，設計、分析、試驗等階段都應遵循這一結論。

就“實現”而言，這一項目本身難度并不很大，但它會影響學生之后關于流程、系統、控制等概念的理解和接受，這些則是工程中難度較大的部分。

3.最終成果展示和評價

通用技術課程實施中，成果展示設計應采用動態的、不斷趨于合理的展示方式。我們要大膽地把工作交給學生去完成。例如可讓學生思考：如何根據項目的具體情況，制定合理的打分細則；如何避免評分中的不科學、不合理和情緒化；如何有效進行互助合作；如何選擇組內發言人以準確地反映小組目前的研究狀況、研究困境；如何保持友好的競爭關系而避免發展出評價沖突。在展示中，我們提倡“有一說一”，小組內的自我評價和小組間的質性評價相結合。

學生在STEM課程理念中，不斷地實現知識的整合，從而達到綜合運用已學知識的目的，這既是知識內化的過程，也是學生親近生活，走向實踐的過程。

綜上所述，我們可以更多地借用STEM的教育方式，結合我國通用技術課程教學的特點，研究出適合我國的教學和評價方式，從而進一步深化教育課程改革，全面提高教學質量。

參考文獻：

[1][2]普通高中通用技術課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：1.1.

[3][4]陳穎瀅.STEM教育理念下通用技術項目教學實踐初探[J].中學理科園地，2017（2）：22-23.

責任編輯：石萍

Exploration of Senior Middle School General Technology Teaching Based on STEM

Sun Nianlong

（Rugao General Technology Education Experimental School， Rugao 226500， China）

Abstract： STEM education aims at exploration and designing to solve the practical problems in life on the basis of inquiry learning and design learning， and it is also the process of scientifically learning science and technology with unique and advanced teaching ideas， teaching methods and evaluation systems. With the help of STEM education， we can improve the teaching efficiency of general technology and solve the problem of monotonous teaching methods in the background of examination-oriented education， further deepening the reform of educational curriculum and fully improving the quality of teaching.

Key words： STEM； general technology teaching； teaching exploration