淺析技術學科核心素養之工程思維

摘? 要 從三個方面對工程思維進行解讀，通過轉變教師教學方式、學生學習方式、評價方式，在高中通用技術課程教學中有效培養學生的工程思維。

關鍵詞 普通高中;通用技術;課程標準;核心素養;工程思維

中圖分類號：G633.67? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）23-0108-03

1 引言

布魯納認為，在每一門學科中都存在某些廣泛和強有力的適應性觀念，這些觀念形成學科的深層結構，也就是所謂的學科核心素養。以數學學科為例，學生在進入社會后，幾乎沒有什么機會去應用初高中所學過的數學知識，所學的理論知識很快就會忘掉。然而，不管之后從事什么類型的工作，被自身內化的邏輯思維、抽象思維、類比思維等數學思想無時無刻不在發生作用，使人受益終身。核心素養是一門學科的精髓和靈魂，既能指導實際教學，也會對學生的學習產生很大的幫助。

2013年，教育部全面啟動普通高中各學科課程標準的修訂工作，經過全體專家兩年多辛勤而富有創造性的工作，各學科課程標準修訂基本完成。根據各方面的意見、建議和測試數據，專家對文本又進行數次修改，形成目前的2017年版課程標準。《普通高中通用技術課程標準（2017版）》重新詮釋了通用技術課程性質和課程理念，并且在課程目標中將通用技術學科核心素養分為技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達、物化能力這五個方面，希望學生學習通用技術課程后，思維品質能夠得到改善，思維方式能夠得到重構，問題解決能力能夠提高。其中工程思維作為一個新的概念在課程標準中頻繁出現，如何讓學生在高中通用技術課程中形成并學會運用工程思維解決實際問題，成為一線教師亟待解決的問題。

2 解讀高中通用技術課程中的工程思維

對大家來說，工程思維并不陌生，工程活動是社會中基礎性的實踐活動，每一種實踐中的工程活動都伴隨著一定形式的工程思維。工程思維具有很多特性，如科學性、邏輯性、集成性、可靠性和容錯性等。高中通用技術課程立足于學生的個人經驗和親身經歷，提倡學生在做中學和學中做，包括真實問題的解決過程，具備工程思維屬性，這其中的工程思維更關注技術和工具，強調學生用技術和工具有效地解決實際問題。在高中通用技術課堂上培養學生的工程思維，首先要弄清何為通用技術課程中的工程思維，需要立足以下三點。

工程思維是以系統分析和比較權衡為核心的一種籌劃性思維? 無論是實際生活中的工程活動，還是通用技術課堂上的工程活動，都是一項復雜的系統性活動。任何一個工程活動都是依據工程思維方法，都必須經歷設計規劃、制作實施和測試優化這三個階段。從設計規劃自己的工程開始，學生就需要對自己的工程進行系統的分析和各個層次的比較權衡，這是一個復雜的籌劃性過程，整個過程都滲透著工程思維。

工程是一個系統，其中每一個部分都是相互關聯的，工程思維的系統性表現在無論是工程設計還是工程實施，都要用系統的觀點來思考。解決實際問題時，系統分析的思維方式尤其重要，系統分析的目的是能夠發揮系統的整體功能，從而得到解決問題的最佳決策。系統分析的一般操作步驟可以描述為：明確問題、設立目標→收集資料、制訂方案→分析計算、評價比較→核驗核實、作出決策。通用技術課堂上進行項目教學時，要引導學生認清項目中各個部分的緊密結合性和復雜相關性，能夠逐漸學會對遇到的問題進行系統分析和比較權衡，然后作出最終的決策。

工程思維是以解決實際問題為目標的一種指向性思維? 在通用技術課堂上，要讓學生明白工程的最終目的是明確的，即達到預先的設計結果或制造出符合應用要求的成品，無論是實物的制造還是原型的完成。工程思維是以解決具體問題為導向的，這個解決方法哪怕是權宜之計也沒關系。理論研究帶有試錯性質，好比在海洋中探索，不知道會捉到一條大魚還是一只蝦米。而工程思維卻截然不同，就像是海洋的深處有一條大魚，需要考慮并應用各種辦法把那條魚捉回來，捉不回來那條大魚，再多的努力也是徒勞。

比如在電子控制與設計課堂上，要求學生解決一個問題：廁所燈的設計與制作。以學生的知識儲備，立刻就會提出三種方案：紅外線控制、聲音控制和觸摸控制。這時候就要啟發提示學生：設計廁所燈最終想達到的目的是什么？明白后再去考慮什么樣的實現方法最可能達到這個目的。學生經過討論會總結出廁所燈的最佳狀態，即白天不會亮，夜晚沒人進入的時候也不會亮;當有人進入后，廁所燈會發光，而當人離開后，燈會熄滅。這是最理想的狀態，既方便智能又節能省電。確定了想達到的目的，再把提出的三個方案拿出來，比較權衡看哪種方案最能達到預定的目的。

工程思維是以價值目標為導向和以價值目的為靈魂的一種實踐性思維? 工程是一種價值化的實體或人為化的實體。這就決定了工程思維方式不可能是虛體思維，而只能是實體思維;但又不是一般的實體思維，而是價值化的實體思維[1]。在通用技術課堂中用工程思維解決的對象都是實實在在存在的實體。項目教學的初期階段，學生不用考慮自己工程的優缺點和可行性，天馬行空也沒關系;真正到籌劃階段就需要遵循一定的價值目標，使自己的想法不致成為空想和幻想。教師最終也會依據一定的價值標準對項目完成的結果作出好壞、優劣的價值評價與判斷。

工程思維的技巧是要比生活超越一個層級去看待解決問題，從數學和物理上的權限來看待解決問題，而不是憑借直覺、想象甚至毫無邏輯的推理;直覺和常識非常有用，但由生活環境產生且缺乏認知的直覺會誤導人們的認知，相反，工程思維會突破認識的局限并看清事情的本質。比如開發一個APP，工程思維關注的是需求實施的過程，包括目標、計劃、方案、執行等，而一般人只會覺得就是自己下載到桌面的那一部分;實際上在工程思維的范圍內，那只是很小的一部分，除了客戶端還包括注冊域名、購買服務器、帶寬、注冊開發者賬號、技術選型、框架選擇、服務端開發等一系列問題。所以，在通用技術課堂上要引導學生拋開傳統習慣思維方式的束縛，多使用工程思維來考慮解決問題。

3 如何在高中通用技術課程教學中培養學生的工程思維

教學方式的轉變：知識本位轉向素養本位? 掌握某一學術領域的基本觀念，不但包括掌握一般原理，還包括培養對待學習和調查研究、對待推測和預感、對待獨立解決難題的可能性態度。通用技術課程旨在提高學生的技術核心素養，希望學生學習通用技術課程后，思維品質能夠得到改善，技術素養能夠得到提高。在一線教師意識中，通用技術是一門實踐類課程，主要目的是提高學生的動手能力，所以在教學中注重的仍然是知識的應用和技巧的訓練，卻一直忽視學生內在品格的塑造。

為了提高學生的技術素養，教師的教學方式必須要發生改變。從知識本位到素養本位的改變，首先要厘清知識和素養的關系，二者的關系是相輔相成的，知識是學生在學習過程中習得的，素養則是通過引出自身內化了的知識而發揮作用。知識內容很重要，而學習這些知識內容的學習方式和思維方式更為重要。教師在通用技術課堂中，不僅要讓學生了解動手做的技術是什么，怎么做的技術，更重要的是要知道為何做的技術。

在教授通用技術電子控制這一部分時，有很多的知識性內容，如色環電阻的阻值識別、電容器的容量識讀、二極管三極管的引腳排列等。在以往的教學中，教師都會單獨作為教學目標拿出來講授，要求學生熟悉記牢。而教學方式從知識本位轉向素養本位更注重的是學生在設計控制系統時考慮問題的方式也就是思維方式。在網絡或書本上可以查到的知識性內容沒有必要讓學生死記硬背，而是蘊含在設計制作控制系統的真實情境中。目的并不是讓學生知道某一知識的特性和內容，而是培養學生在今后的人生中可以無意識提取使用的思維品質。

學習方式的轉變：淺層學習轉向深層學習? 通用技術課堂中的學習和語文、數學、英語等考試學科不同，它不是教師單向傳遞知識的活動，也不是單純記憶知識的活動，而是通過師生之間的交互作用，在實際的體驗過程中展開知識探究，讓學生掌握學習方法的活動。而培養學生的工程思維不是淺層的知識學習可以實現的，鐘啟泉教授提出深度學習，需要通過“問題產生”“問題分享”“問題深化”展開學習，才能進一步深化問題、產生新的可能，形成可持續學習。

那么在通用技術探究式教學過程中，問題如何產生，進而怎樣深化問題，都是學生要一步步慢慢掌握的。這就需要教師不斷引導和強化，可以采用兩種方式。

一是教師設計好項目設計計劃書，在項目產生前發給學生。項目設計計劃書中包括項目產生的背景、創意創新點、采用的技術方案、與同類事物相比的不同點和優點等，并鼓勵附上草圖，要求標明各個組成部分的名稱和作用。

二是在工程項目設計制作過程中，引導學生學會自我六問。①如何解決問題？②如何更好更快更新地解決問題？③有沒有別的沒嘗試過的解決問題的辦法？④如何避免走彎路？⑤參數的變化是否影響結論？如果不影響，不去較真。⑥關注最本質的、最重要的東西，相對較少關注表面的東西，比如排版設計、行間距等，整齊即可。

以上文提及的廁所燈的設計制作為例，學生進行自我六問。①怎樣能實現廁所燈智能又節能？②除了光控、聲控等方法外，還有更好的解決方法嗎？③嘗試下紅外線傳感器的靈敏度是否比聲控更加方便？④在黑暗中進入廁所可能會找不到觸摸開關，直接把觸摸控制排除，不再嘗試。⑤光敏電阻中參數的變化是否影響廁所燈對光線的感應度呢？⑥最本質、最重要的是要實現智能和節能，是否方便安裝、是否美觀暫時不需要去關注。

評價方式的轉變：課內評價轉向課賽結合? 以往通用技術教學中的評價方式一般分為過程性評價、結果性評價或者兩者結合。過程性評價主要以學生在完成項目的過程中的表現作為評價對象，而不去過多關注最終的結果。而結果性評價主要以最終項目的完成情況作為對象。兩者結合的方式用得比較多，最終的課程成績中兩者各占一定的比例。隨著創客和STEM教育的興起，筆者所在學校開始探究用“課賽結合”的方式作為課程的評價方式。學生在江蘇省科技創新大賽中獲得很好的成績，而學生的作品大部分是在通用技術課堂上醞釀出雛形而后完善成型的。

從課程方面來看，“課賽結合”更好地將必修和選修結合起來，根據比賽的要求，在課堂上能更有針對性地學習，逐漸將通用技術知識內化成為自身的技術素養。從學生方面來看，以賽促學，以學促賽，課賽結合，通過比賽讓學生能夠接觸更多平時在學校里接觸不到的創意和技術，結合比賽學習通用技術更有目標性和動力，并且學以致用，提高了學生的動手能力，系統分析和比較權衡的工程思維方式也潛移默化地得到提升改善。

參考文獻

[1]王榮良.信息技術課程之工程思維辨析[J].中國教育技術裝備，2012（21）：24-26.

[2]徐長福.理論思維與工程思維[M].重慶：重慶出版社，

2003：42-43.

[3]李松林，楊靜.基于學科思想方法的整合性教學研究[J].中國教育學刊，2011（1）：43-46.

[4]鐘啟泉.從“知識本位”轉向“素養本位”[N].北京：中國教育報，2017-11-15（05）.

[5]鐘柏昌，李藝.信息技術課程內容組織的三層架構[J].電化教育研究，2012（5）：17-21，35.

作者：王子，江蘇省錫山高級中學（214174）。