工業4.0背景下提高中學生創新能力的探索

湛振弟

摘要：本文從工業4.0對傳統制造業的影響入手，分別從更新觀念，領悟工業4.0的智能制造對人才創新能力提出的新要求;考慮工業4.0對人才創新能力的要求，合理進行通用技術場室的建設、教學載體的選擇;合理選擇通用技術教學實施的項目，有助于培養出符合工業4.0本質的個性化創新人才;工業4.0的實現，能對學生創新能力實施有效評價等幾個方面，論述工業4.0理念對通用技術教學的影響以及應對的措施。

關鍵詞：工業4.0通用技術 創新能力

未來社會的發展取決于我們擁有怎樣的人才。人才的培養需要教育的支撐，需要課程的落實。2003年國家實施新一輪課改時，增加了通用技術課程，目的就是為了培養適應社會發展的人才。2017課標修訂提出通用技術課是一門立足實踐，注重創造、體現科技與人文相統一的課程，并將創新設計作為通用技術學科的五大核心素養之一，重點突顯出在通用技術課培養創新能力的任務與要求。

通用技術的目標之一就是要為未來培養更多的人才。因此用工業4.0相關理念指導通用技術課程的建設，有助于創新人才的培養和課程的健康發展。

一、更新觀念，領悟工業4.0的智能制造對人才創新能力提出的新要求

在18世紀以前，大多數家庭是以家庭小作坊的方式進行生產，以自己的手工藝來養活自己和家人，過著自給自足的生活。學成一技之長，就可以以技養家，并且可以世代相傳。幾千年來形成的這種觀念在人們腦海中根深蒂固，并一直持續影響至今，所以現在還有部分人提出要充分利用通用技術課，來強化學生技能的學習。對此，我也有過切身的體會，在通用技術課剛開設初期，曾有安排學生鋸木塊、鋸鐵片的活動。學生積極投入，但一節課下來累得滿身大汗，才能鋸出一小塊形狀。后來引進了電鋸、機床等新設備，大大降低了對體力、技能的要求。這讓我認識到人類的技能會被機器代替，機器追使很多人必須進行職業轉移，并且這種轉移速度會越來越快。農業機械化大生產促使很多農民走進工廠成為工人，而工廠的流水線生產方式和近年快速發展的人工智能技術，又把工人從工廠里解放出來，他們又需要尋找新的工作。工業4.0的智能制造，會進一步削弱對人技能的要求，進而強化對產品的設計，強化人的創新能力。這是社會發展對人才的創新能力提出了新的要求。

國家主席習近平指出，我國要在科技創新方面走在世界前列，必須在創新實踐中發現人才、在創新活動中培育人才、在創新事業中凝聚人才，必須大力培養造就規模宏大、結構合理、素質優良的創新型科技人才。這是國家發展對人才的創新能力提出了新的要求。

工業4.0對人才的結構和能力也提出了要求：不僅要擁有分析處理問題的能力，要具備跨學科的學習能力和系統解決問題的能力，還應具備以信息化素養為首的綜合能力。尤其是對數學、信息、科學和工程方面的素質要求大大增加。這是對創新能力要求的進一步明確和要求，與國家和社會對人才的要求相一致。

作為引領高中學生進入技術之門的課程

通用技術的教師，是培養適應工業4.0人才的入門的領路人，在思想和方法上要適應時代的變化，甚至要有超前的意識。要加強學習，認真領悟課標與教材，理論聯系實際，了解當前技術發展的趨勢，及時更新自己的育人觀念，重視學生創新能力的培養，才能培養更多未來需要的復合型創新人才。

二、考慮工業4.0對人才創新能力的要求，合理進行通用技術場室的建設、教學載體的選擇

在通用技術教學過程中，我曾有過兩次不同的嘗試。一次我給學生提供做無線尋跡小車的材料是電路板和電子元件，學生需要通過焊接的方式來組裝，預計給學生兩節課來完成，因為焊接技能的限制，結果非常不理想，到預定的時間沒有一半同學完成。另一次則把材料中的電路板換成面包板和導線，學生連接電路不受焊接技能的限制，效果比預期的要好很多，絕大部分同學一節課就可以完成了。很明顯第二次選擇的載體能讓學生更高效完成電路連接，更加方便、靈活地進行電路設計的學習。相比焊接技能，電路設計的能力更符合工業4.0的要求，也更不容易被機器代替。

良好的教育環境、合適的教學載體，有利于創新活動的開展和創新能力的培養。工業4.0要求我們要具有創新實驗室。然而創新實驗室應該怎么配備相關設備每間學校甚至每個老師都會有不同的思考，但有幾點原則我們必須要把握：

1.要圍繞教學目標的有效達成來選擇合理的設備或材料;

2.要根據學校的實際和特色，與學生生活緊密結合;

3.要有利于設計能力、綜合能力、創新能力的培養;

4.要能體現當前技術發展的方向;

5.要根據地方特色，因地制宜。

根據以上的原則，以前勞技課用的金工室、木工室，過于強調單一的技能和單一的村料，會限制學生創新能力的培養，導致創新的形式和活力不足，不能滿足通用技術教學的要求。根據當前技術發展的形式，工業4.0不管網絡化還是數字化，最前端都將是智能化，但所有的這些都將離不開傳感器。因此通用技術教學實施載體，我們首先考慮的就是要加強云計算平臺、虛擬現實、人工智能、知識工作自動化等軟件，以及工業機器人、傳感器、3D打印、智能物流（AGV）、數據采集器、工業交換機等硬件的建設。尤其傳感器、互聯設備、電子設備等應成為通用技術教學和實驗室配備的首選并且這些材料或元件，來源多樣，類型多樣、成本低廉、加工簡單、功能豐富，更加適合學生應用在他們的設計作品中。

三、合理選擇通用技術教學實施的項目，有助于培養出符合工業4.0本質的個性化創新人才

工廠的產品，都是以項目化的形式進行生產和管理的，也許我們曾以為，工廠生產出來的產品，都是干篇一律的。然而工業4.O的本質，就是通過數據流動自動化技術，從規模經濟轉向范圍經濟，以同質化規?；某杀?，構建出異質化定制化的產業。這說明工業4.O的本質強調個性化，個性化恰恰體現通用技術要求的創新設計。

項目化不止存在于企業或工廠，項目化對培養綜合型創新人才的諸多優點，也被不斷的引入到教育領域中。項目化學習是通過學生對完整、系統的項目加以完成，以此實現教學任務的一種教學方法。通用技術的課標建議必修一模塊“教學實施的全過程可以采取大項目加輔助案例的形式”。必修二模塊“可以采用大概念引導大項目的方式進行項目設置”?？梢婍椖炕峭ㄓ眉夹g課程實施的必然選擇。

項目內容的選擇是項目教學的關鍵，直接決定著人才培養的效果和質量。對于流程的設計這部分內容，我曾嘗試用過有兩個項目。一個是組裝彈簧圓珠筆，一個是為校運會設計一個決出鉛球前八名的比賽方案。經過對比我們發現，組裝彈簧圓珠筆幾乎只能按部就班，最后結果都是干篇一律;而對于鉛球比賽是投完一次就測一次成績、還是先標點后測量，選擇什么樣的測量工具等問題，學生有更多的思考空間，最后每個學生提供的方案都不盡相同。顯然鉛球比賽項目，更能進行創新設計，更符合工業4本質要求，更有利于學生個性和創新能力的培養。

課標提供了一些項目供我們參考使用，但我認為這些例子之間的聯系不大，不能將必修1和必修2的內容有效串接起來。項目千千萬，好的項目要突顯通用技術重創新設計的特點，能突顯學生的個性化，有利學生創新能力的培養。在教學項目的選取時我們可以參考以下原則：項目目標明確、項目可操作性強，在項目的學習中學生能理解知識的建構和親歷技術過程，同時要兼顧我們本地區、本區域的民俗、習俗和文化特點。

在實際教學中，我做了如下嘗試，考慮到我校地處嶺南水鄉，橋梁眾多，區內擁有廣汽汽車研發中心、思科智慧城等高科技的產業園和研究中心。我校希望能有效借助相關的社會力量，構想出通過橋梁承重比賽、汽車模型制作賽、汽車模型競速賽等一個個小項目，把路、橋、車結合起來，形成一個關于交通的大主題，把課程的設計、工藝、材料選擇、測試、優化、結構、流程、系統、控制的多方面知識有機聯系起來。項目融合了課標要求與DBL（Disign-Based Learning基于設計的學習）和PBL（Project-Based Learning基于項目的學習）。通過這個項目的實施，項目主題與學生的生活密切相關，搭建了實際知識應用場景，讓學生以實際問題為切人點，以技術課標為知識范圍，關注社會、關注生活，真正實現學以致用。項目以學生為中心，以教材為輔助，讓學生因需而學，老師應求而教，優化了傳統的師生學習模式。實現了工程、技術、科學、藝術、數學、人文等學科的跨學科綜合學習，通過在不同項目的設計并完成過程中，學習并運用通用技術的課標知識，提高學生的設計能力，創新能力和綜合性技術應用能力，實現培養創新人才的目標。

四、工業4.0的實現，能對學生創新能力實施有效評價

學?，F行采用紙筆考試為主的評價方式最受人詬病的地方在于一是評價只能反映結果，不能體現過程;二是著重反應理論知識而不利于呈現動手和實操的能力;三是結果是統一的標準化答案，缺乏對個性創意的評價。而這些卻正是通用技術評價的核心和精華所在，所以很多人極力反對用現行的這種評價模式對通用技術進行評價。缺乏有效的評價，就不能有效地推動課程實施、調動學生積極參與。

工業4.0借助生產過程的數字化、網絡化，能很好實現精細化的過程管理和結果管理，用其互聯、互通的智能生產模式，生產出一個個充滿個性的產品。而我們對學生的評價為什么不能反應過程、能力，和個性化？歸根到底，就是因為我們缺乏有效的數據，因此要改變只以紙筆考試進行評價的模式，核心就要是將過程進行數字化。借助工業4.0的實現方法，我們可以把學生的活動過程進行數字化記錄。這是也有探索先例可參考的?，F在初中中考的實驗考查，就是使用數字化的實驗考試系統，通過系統可對操作過程進行錄像，實驗的過程的各種數據可通過系統的自帶傳感器進行收集、或手動把數據輸入系統中，從而實現數字化。用過Photoshop的老師都知道，Photoshop操作的每一個步驟，都會形成一個歷史記錄，這是軟件自帶的過程性記錄功能。很多軟件都有這樣的功能，利用這些功能，實際上可以把學生的思維過程進行數字化呈現洧了數據，就能實現網絡化洧數據、有網路再進行過程性、個性化、精準性的評價就不是難事了。

每一個過程都能得到有效的跟蹤，每一個有個性的作品都能得到合理的評價，學生的創新能力就能得到激發。所以要對學生創新能力實施有效評價，我們需要借助工業4.0指引。

五、結束語

工業4.0是一種理念，一種標準，也是一種新技術革命。深入學習工業4.0，有助于促進通用技術課程健康、良性發展。工業4.0的建設在路上，通用技術課程的發展也在路上，還有很多問題，需要我們不斷去探索，去研究。我們期待能用工業4.0引領通用技術獲得更好地發展，同時期待通過通用技術能為工業4.0培養更多優秀人才，從而促進我國科技發展更快、更好！

參考文獻

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