通用技術線上數字化學習環境的設計與應用研究
——以高一《通用技術（必修二）》“系統的優化”教學為例

邱 博

（沈陽市第十五中學）

信息技術的發展給教育的發展帶來了契機，也帶來了挑戰。對于高中通用技術學科而言，要利用信息技術，打破傳統學習環境對通用技術學習場所的依賴和單純的物理因素對通用技術學習環境的束縛，努力建設通用技術線上數字化學習環境，為教師的教與學生的學提供便利。

一、通用技術線上數字化學習環境的研究現狀

目前，高中通用技術課堂教學環境存在一些問題，例如：有的學校通用技術課程的教學設施不全，沒有專門的通用技術教室，所有的學習和實踐都是在普通教室完成的，并且缺少大量的實踐操作工具；高中通用技術課程課時安排不足，每周只有一節課，在有限的課堂教學時間很難完成教學任務，不能給予學生足夠的時間進行探索與實踐，也無法保證深層學習中學生的思考時間；課堂中固定的教學空間難以支持合作探究型的學習活動，等等。為了能夠更好地培養學生“用技術”分析和解決問題的思維方式，使學生獲得高品質的學習結果，對于通用技術線上學習環境的探索與研究是必不可少的。

筆者通過文獻檢索法得出，目前學術界對通用技術課程學習環境的關注度越來越高，相關研究大致可分為三類：第一類是硬件方面的研究，針對通用技術的教室裝備及空間設計方面，可稱其為必要條件；第二類是信息技術應用方面的研究，針對的是信息技術與通用技術教學環節的有效整合，可稱其為優化條件；第三類是應用于課堂學習環境的虛擬學習平臺的設計與使用方面的研究，可稱其為媒體條件。

本文著眼于線上層面的通用技術數字化學習環境設計模式的研究，簡稱為線上層面，也可稱為通用技術線上數字化學習環境設計模式。該模式主要為通用技術線上數字化學習環境規范化的設計流程以及明確的設計過程，旨在促進通用技術課堂充分合理利用信息網絡，獲取更加先進的教學資源，改變傳統的教學模式，激發學生自主學習的興趣和獨立解決問題的能力，從而使學生各方面素養得到發展，提高教學質量。

二、通用技術線上數字化學習環境的設計

（一）研究通用技術線上數字化學習環境設計模式的必要性

筆者通過對“喬納森建構主義學習環境設計”的研究分析，發現“喬納森建構主義學習環境設計”只提出設計的要素（包括問題、情境等），而并沒有給出設計模式，看不到要素之間的關系。華東師范大學李妍博士對“喬納森建構主義學習環境”進行了系統的研究，提出了包括問題、案例等七大方面的建構主義學習環境設計要素；但是，我們也沒有看到一個規范化的設計過程和明確的設計流程。因此，本文受教學設計到教學模式的形成過程啟發，提出線上數字化學習環境設計模式的概念。同時，針對通用技術學科的特點，構建能夠支持通用技術學科高階思維發展的線上數字化學習環境設計模式，以期解決通用技術課堂學習環境不足的問題。

（二）通用技術線上數字化學習環境設計模式分析

教師在設計線上數字化學習環境模式時，要將各種支持性條件（例如問題情境、資源工具、支架、案例等要件）圍繞著學習活動進行統整，并對各個要素進行設計，這種對各種支持性條件的統整結果就產生各種各樣的線上數字化學習環境設計模式。線上數字化學習環境設計模式簡化了教學實施的難度，具有很強的操作性，是線上數字化學習的規范化操作指南，具體模式如圖1所示。

圖1 通用技術線上數字化學習環境設計模式

1.問題重塑

問題重塑是設計者在對于教學任務、教學目標的整體把握下，了解學習者的興趣、己有經驗、風格、特點，分析問題的情境、表述和操作空間，將重塑分析出的問題要素整合成一個完整、具體問題的過程。

2.問題呈現

問題呈現階段，教師需要提前設計教學內容，包括：以什么方式呈現問題？學生已有的背景知識是什么？通過解決這個問題學生應達到哪些目標？幫助學生知道可以采取哪些途徑獲得資料？如何確定問題被解決？教師通過對以上問題的思考，設計出學習情境、學習資源、認知工具、學習支架、學習案例等。

3.問題分解

問題分解階段的重點是分解問題序列，教師指導學生如何切入問題——學生通過調查研究、收集與共享信息，理解、分析與技術問題相關的背景知識；學生通過角色扮演、分析問題，了解該技術引起的問題成因及影響；學生產生解決方案。這一階段，最關鍵的是教師要賦予學生問題解決者的角色，這樣他們就能自然地投入到問題情境中去。

4.交流展示

交流展示包括學生通過討論或辯論的方式陳述觀點、學生撰寫案例分析報告等，對該環節的具體設計策略本文將在“關鍵要素設計”部分進行表述。之后是學習效果形成性評價和總結性評價環節，雖然在這里設計學習效果形成性評價的環節，但實際上學習效果形成性評價貫穿整個教學過程的始終，是針對學生學習過程的評價，教師要及時適當地對學生階段性學習成果給予適當的評價與指導。由于該模式是促使學生在學習環境的支持下建構知識、自主探索認知，及時的評價與指導可以幫助學生把握學習方向而不偏離學習內容。

三、通用技術線上數字化學習環境應用案例

高一《通用技術》必修模塊“技術與設計2”第三單元第二節“系統的優化”主要是讓學生“理解系統優化的意義，能結合實例分析影響系統優化的因素”。

（一）教學目標

知識與技能：理解系統優化的意義；能分析影響系統優化的各個因素之間存在相互關聯、相互制約的關系；能夠對一個簡單系統運用最優化的方法進行分析。

過程與方法：培養自主探究、協作學習的能力；學會多角度、多方位思考問題，發展辯證思維能力，用發展、聯系的觀點看待多元素之間的關系。

情感態度與價值觀：體驗系統優化的意義，把系統優化的思想延伸到整個生活和學習當中。

（二）問題重塑

由于本節課的重點是能分析影響系統優化的各個因素之間存在相互關聯、相互制約的關系，能夠對一個簡單系統運用最優化的方法進行分析。基于此，筆者考慮到幾乎每個人都有過交通堵塞的體驗，因此本節課期望通過解決“影響交通堵塞的因素有哪些及相互關系、緩解交通堵塞的辦法”等問題，完成該節課的學習目標。

（三）問題呈現

問題呈現階段，主要是指教師圍繞重塑的問題，課前設計課堂教學內容。

1.學習情境設計

以什么方式呈現問題是通過對學習情境的設計來實現的。本節課在線上PPT課件中為學生播放兩個交通堵塞的視頻：其一是北京市堵車情況視頻，主要介紹北京市堵車現狀及堵車相關數據，帶領學生進入問題情境；其二是相關群眾關于堵車的態度、觀點以及解決問題的辦法視頻，引發學生對于堵車問題的思考，帶領學生融入解決堵車問題的情境之中。

2.學習策略設計

本課的學習策略我選擇了合作學習，并將小組成員的人數控制在3到4人，每一個小組在釘釘APP上建立討論群。

3.學習資源設計

學習資源的設計要考慮學生可能出現的思考模塊。以本課為例，在解決緩解交通堵塞問題時需要考慮四個模塊——什么是交通堵塞；影響交通堵塞的因素有哪些；影響交通堵塞因素之間的關系；如何緩解交通堵塞。由于線上學習時間有限，這里通過設計“交通堵塞單元”的資源網站，為學生自主學習提供幫助，不僅能夠保證學生自主學習，同時也避免學生在浩瀚的網絡世界中查找資料浪費時間。

資源網站首頁設計（見圖2）：知識模塊包括四個方面——交通堵塞、影響因素、緩解辦法、我的空間；工具欄是學生在分析、整理、收集資料時所需要的處理工具；搜索欄為學生提供資源庫以外的其他知識以及學生可隨時在搜索欄中搜索相關知識點。

圖2 交通堵塞單元的資源網站首頁

在圖2中，工具欄包括收藏、標記筆、批注欄、截圖、截頻五個資源處理工具。收藏——當學生需要收集一些文字、圖片、視頻、網站時，單擊收藏工具，就會將需要收藏的資源按類型歸類到“我的空間”里。標記筆——學生在閱讀資源時，需要重點關注的內容，單擊標記筆工具，鼠標將變成筆的形象，學生可通過單擊拖動鼠標方法進行標記。標記完成后，單擊標記筆按鈕，便恢復鼠標。批注欄——當學生對資源內容有新的想法或需要注明等時，單擊批注欄按鈕，用鼠標單擊需批注的位置，便出現批注欄（使用方法類似word），可配合標記筆使用。截圖、截頻——截圖工具不做詳細介紹，類似于qq截圖工具；截頻工具使用方法：當學生觀看視頻時，需要特別收藏的部分，在開始點單擊截頻工具，進入視頻存儲，在結束點再次單擊截頻工具，將完成存儲。

知識類模塊設計（見圖3）：針對交通堵塞、影響因素、緩解辦法的模塊設計，以交通堵塞為例，每一個模塊包括的學習資源有視頻、圖片、網址、科研、其他五個部分。教師提供給能夠幫助學生學習該模塊知識的有效資源。值得注意的是，教師在為學生提供資源時，應考慮資源的順序，要將視頻、圖片等影像類資料放在前面，將文字類資料放在后面，這樣可以避免學生對知識的先入為主，讓學生通過觀看影像資料有自己的思考。

圖3 知識類模塊設計

4.認知工具設計

本課重在引導學生學會多角度、多方位思考問題，發展學生的辯證思維能力，使學生能夠用發展、聯系的觀點看待多元素之間的關系，因此我選擇了Seeing Reason認知工具。該工具是一個實用的探討因素關系的工具，將在“學生解決問題過程設計”部分做詳細介紹。

（四）問題分解

問題分解階段主要是指學生解決問題的過程，這一部分教師要充分起到指引作用，主要設計好學習支架。

在問題呈現階段，教師已經考慮到學生要解決“緩解交通堵塞問題”時，需要解決四個子問題，那么在引領學生解決問題時，就可以基于以上四個子問題設計學習支架。

1.交通堵塞指什么

教師引導學生進入學習情境后，提問：“什么是交通堵塞？是指汽車停止或緩慢行進嗎？是指高速公路或任何類型的道路？”學生運用交通堵塞單元資源網站“交通堵塞”模塊中提供的學習資料進行學習。這一部分不需要給交通堵塞下一個精準的定義，由全班學生經過簡短的討論形成共識就可以。

2.影響交通堵塞的因素有哪些

明確交通堵塞的定義后，教師便可以引領學生開始使用Seeing Reason認知工具列出影響因素。教師先引導學生憑經驗和直覺以及他們的已有認知繪制因素圖，之后引導學生進入交通堵塞單元資源網站中“影響因素”模塊，通過對該模塊資料的分析整理提取出較完整的影響因素。（見圖4）

圖4 交通堵塞的影響因素

3.影響交通堵塞各因素之間的關系

當學生找尋因素時，他們經常談論每個因素與問題之間的關聯。教師引導學生在Seeing Reason認知工具中用箭頭將因素連接以呈現因素關系圖。表示關系的句型為“當A增加，B減少（或增加）”，例如“當汽車數量增加，交通事故增加。”（見圖5）

圖5 影響交通堵塞各因素之間的關系

4.緩解交通堵塞的辦法

教師要引領學生運用因果圖和他們的研究，了解交通堵塞如何發生及如何避免，并草擬解決方案。例如一組學生通過查閱因果圖（圖6），決定將影響交通堵塞較為關鍵的因素——“車道數量”作為研究對象進行研究。

圖6 交通堵塞因果圖

這張因果圖顯示出了降低車道數量的主要因素有兩個，即“交通事故”和“拋錨車輛”。根據這一組的資料，學生提出以下解決方案：成立一個由警察和拖吊車組成的事故處理小組，盡快排除故障車輛，處理交通事故；公路雙向各增加一個車道，并在公路旁建造一條故障車專用道；研究去除公路積雪的化學藥劑。之后，教師帶領學生預測解決方案對交通流量改善的程度，并估算每個新計劃所需的費用。

（五）交流展示階段

運用Seeing Reason工具生成因果圖的功能可以展示最新的因果圖，學生可以將在教師指導下制作的影響交通流量因素及解決方案的圖表，上傳到網絡并與其他組進行討論，也可以將其復制到期中報告當中。

教師對學生做總結性和形成性評價。總結性評價以搜集證據的質量、建議的合理性、簡報的效果評價學生的學習成果，因果圖不列入評分，只作為了解交通堵塞原因和解決方法的參考。形成性評價，教師可以運用Seeing Reason工具中的輔助教師監控功能，帶領全班學生在釘釘APP群中討論某個因素或討論對某個關系的不同見解，教師對學生的描述質量及對問題的理解程度給出即時評價。

通用技術線上數字化學習環境能夠促進學生對知識的深度學習，使學生養成“用技術”分析和解決問題的思維方式，使他們獲得信息時代要求的高品質學習結果，能夠促進學生分析、綜合、評價和創造等高階思維能力的發展。