基于STEAM項目提升學生的物化能力素養

李鄧

摘 要：物化能力是通用技術學科核心素養之一，而STEAM項目式教學可以有效地提升學生的物化能力素養。本篇文章主要從教學案例實施入手，對STEAM項目教學活動在通用技術課堂應用特別是對學生的物化能力問題進行探究。

關鍵詞：STEAM項目;通用技術學科核心素養;物化能力;實踐

這幾年，信息技術特別是人工智能進入了高速發展階段，同時STEAM項目教學也在我國的中小學教育中快速推廣，這些都讓學生的學習方式發生了巨大的變化，也讓我們的教育模式進入了全新的探索模式。通用技術課程的開展普遍存在著課時少、課時不連續、上理論課學生不愛聽等現象，我們是否可以讓綜合了信息技術的STEAM項目融入通用技術教學中，讓通用技術課得到信息技術的支持，信息技術理論又能在通用技術課上得以實踐，變成一個現實的物體，讓學生體驗技術的魅力，最終實現培養學生通用技術學科素養？

一、發現問題

在通用技術課堂測試中，筆者曾用一道題來測試流程與設計的知識，題目是“下列選項是電線接入插座的操作流程，其中合理的是：A.拆插座→剝電線→接電線→裝插座 B. 拆插座→接電線→剝電線→裝插座 C.剝電線→接電線→拆插座→裝插座 D.裝插座→剝電線→拆插座→接電線”這道題本身很簡單，但學生有個問題很讓筆者感慨，他問“為什么接線之前要先剝電線！”這對于我們來說本是非常簡單的，因為我們家庭里常用的電源線外部都會有絕緣體包裹，接電線之前當然都得先剝掉一部分絕緣體才能讓兩根線連接在一起實現導電，但很遺憾這么簡單的問題竟然有學生不懂，隨著教學的深入，這種簡單的生活問題層出不窮，讓我們哭笑不得。這就說明我們學生對身邊的事物熟視無睹，缺少生活實踐，缺乏動手試驗。

二、尋求方法

課堂上發現的問題讓筆者重新去審視自己的通用技術教學方法，我們該如何去解決這個問題？

2020年《普通高中通用技術課程標準》（2017版2020年修訂）全面展開，該標準制定了通用技術學科的學科素養：技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達、物化能力;同時在該版本的課程標準解讀中明確提出了通用技術課程要基于“大項目”“大概念”“大綜合”組織與教學設計;另外，通用技術的教學理念是“學中做”“做中學”，操作實踐是解決問題最主要的手段。

在顧建軍教授主編的《普通高中通用技術課程標準（2017年版）解讀》中有個建議是將STEAM教育融入通用技術教學中，STEAM教育是基于項目式教學、整合了科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）、數學（Mathematics）大綜合教育方式，它強調了學科的大綜合，結合學生生活將抽象知識呈現，通過項目實踐解決實際問題。STEAM教育理念是可以完美匹配到通用技術課程標準，我們完全可以用STEAM項目解決通用技術課程中常見的問題。

通用技術的學科核心素養是：技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達、物化能力。在前四個素養中，我們都可以通過一般的教學過程培養，唯獨對物化能力，我們常態下的教學方法比較難實現，在課標中，物化能力是指采用一定的工藝方法等將意念、方案轉換為有用物品，或對已有物品進行改進與優化的能力。為了解決我們學生缺少生活實踐、缺乏動手試驗的問題，我們把教學重點放在物化能力培養上，培養學生的通過動手體驗、操作實踐解決問題的能力，而物化能力恰恰是STEAM項目實施過程中解決問題的最常規方法。

另外，人工智能的編程模塊已經進入了高一的信息技術課程中，對這個模塊學生普遍有著極高的興趣，我們如果能在此基礎上，使學生的人工智能的理論知識在通用技術項目中得以初步的實踐，他們的理論將得以升華，同時也會激發他們對通用技術課的熱情。

三、教學實踐

對于常態下的通用技術課來說，要在極有限的時間內上好一節通用技術課難度很大，要么會變成純理論課，要么僅有簡單的演示課，最后很有可能成了僅僅為了通過學業水平合格性考試而開設的課程，在這種情況下培養通用技術的學科核心素養往往會成為空談。另外，高中學生因為學習壓力很大，基本都處于臥室、飯桌、課桌三點一線，他們普遍存在著想象豐富卻脫離實際，設計草圖可以畫得不錯，但讓他把設計圖轉換為現實的物體卻很難。

那常態下的基于學科核心素養的通用技術教學該如何開展呢？在通用技術教學中，很注重基于項目的教學，而在這種教學方法中，項目的設計起著至關重要的作用，那又該如何去設計適合我們學生的STEAM項目呢？

為此，我們設計一個結合人工智能的STEAM課例來進行教學實踐。

學習主題：制作一臺人工智能臺燈。

通用技術：木工工具、金工工具、電工工具、3D打印機、激光雕刻機、激光切割機。

信息技術：編程、人工智能、3D設計、激光切割軟件、激光雕刻軟件。

科學：力學、電學等。

化學：材料特性等。

數學：高度、角度、圓、計算光源的投射面積。

工程：包含草圖、3D建模、3D打印、焊接、激光切割、黏結等。

[學生年級]

本主題橫跨了通用技術必修課程中“技術與設計2”的所有知識點，蘊含了通用技術學科素養的五個方面，特別是物化能力。學生需具有一定的信息技術、物理、數學、化學、工程的技術知識積累，因此該課程適合于高二年級的學生。

[課時安排]

9個課時。

[設計背景]

每個學生都有自己的臺燈，學生對臺燈都很熟悉，學生能否可以自己制作一個適合他們的臺燈呢？

第一，學生必須要對臺燈的結構進行合理的設計，既要保證結構的穩固性，又要對臺燈的高度和投射角度進行調節。

第二，學生在制作的過程中，必須對制作流程要熟悉，要懂得時序的先后，還要明確分工，這樣才能保證自己的團隊能在規定的時間內完成任務。

第三，臺燈肯定是個系統工程，團隊也是個系統，學生在設計之初，就得運用系統分析的原則來安排分工和制訂目標。

第四，臺燈本身是個控制系統，從對控制系統的升級和變化，了解開環控制系統和閉環控制系統的不同之處。

這個STEAM課例的設計就是基于通用技術必修課程中“技術與設計2”的所有知識點，培養學生的物化能力，學以致用，通過動手物化的過程發現問題、解決問題。

[活動設計]

四、實踐總結

在課例實施過程中，教師除了布置任務、簡單介紹項目、教學生規范操作各種工具之外，基本不對學生制作過程進行過多的干涉，更多地采用學生自己動手試驗發現問題、解決問題，允許學生犯錯，強調有錯要改，最終形成自己的實踐探究結論。

由于學生對工具和工藝的不熟悉，我們采用了螺旋式上升的教學策略，從最簡單的用鋼鋸、手工鋸等手工工具培訓到激光切割機、3D打印機等智能化設施的培訓，從最早的普通開關式臺燈制作過渡到聲控臺燈最后到智能臺燈制作。

在實施過程中，我們發現對在以往的學習活動中很少動手實踐制作的學生來說，實踐操作真不是容易的事，在操作前感覺都很簡單，開始上手了，才發現現實比他們的想象復雜多了，比如：用鋸子鋸木頭，稍不注意就會鋸歪了，甚至把鋸條弄斷;初學用3D打印機打印，他們很喜歡設計看上去漂亮卻忽略了強度問題的支撐桿，導致打印了半天才知道是個不能用的廢品。

在教學過程中，我們常常看到一個情景：學生在最初構思的時候，往往會有各種各樣、稀奇精致的想法，甚至在畫草圖的時候也會畫得很漂亮，但拿到工具和材料的時候，他們都會陷入一種短暫無法下手的茫然，然后會慢慢地根據現實的條件修改方案，經過多次的試驗、修改，形成他們最終的作品。雖然作品都會帶著各種問題，但每次學生完成作品時那種喜悅是我們無法在評價表中體現出來的。學生只有認真去構思，才有辦法把他們的設想通過圖樣表達出來，也只有不斷地實踐、比較、修正、優化，才能把實物呈現出來。學生帶著任務去體驗、實踐完整的制作過程，通過評價要點總結歸納出通用技術課程的知識體系，通用技術學科核心素養的培養必然貫徹在整個過程。

由于引入了3D打印和激光雕刻，特別是引入了人工智能，學生興趣大增，他們有機會去體驗新技術而不僅僅停留在理論上。這種STEAM項目教學不僅可以讓學生感受到“做什么”“用什么做”“怎樣做”的過程，也讓學生體驗到了“學中做”“做中學”的通用技術課程的基本理念，學生必須通過動手試驗做出產品去解決問題，這也驗證了STEAM項目對學生物化能力培養的作用。

結束語

通過我們的實踐證明，綜合了信息技術的STEAM項目教學完全可以激發學生對通用技術的熱愛，STEAM項目教學可以很好的培養學生通用技術學科素養。當然，我們對基于STEAM項目的通用技術教學研究還處于初步階段，還需要我們一線的通用技術教師更多地從實踐中去探究和設計適合我們常態課的STEAM項目，真正地讓通用技術學科素養特別是物化能力能在STEAM項目教育中得到培養。

參考文獻

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基金項目：福建省電教館教育信息技術研究2020年度立項課題“基于STEAM項目提升通用技術學科物化能力素養研究”（課題編號：KT2047）。