基于電子控制技術項目教學設計與實施的高中通用技術學科素養培養初探

喬翠玲

（南京師范大學附屬中學，江蘇南京 210003）

通用技術課程是一門注重實踐、專注設計、綜合性極強的課程，傳統的教學模式已無法滿足技術課堂的教學要求。項目教學實施過程和特點與通用技術課程教學理念相符合，內容安排上側重基礎性技術設計，要求重點突出“做中學”，多以問題推動、探究串聯、實踐操作練習為主，成為課程五大核心素養培養與提升的有效途徑。本文以電子控制技術項目設計與實施來探究通用技術學科核心素養的培養與提升。

一、技術意識

技術意識是對技術現象及技術問題的感知與體悟。學生結合個人成長經歷體驗技術活動是獲得感知與體悟的重要途徑。過程中，教師引導學生合理地看待技術、看待技術問題、看待解決技術問題的方法，幫助學生形成敏銳的技術感覺，強化學生技術的安全和責任意識、技術倫理與道德意識，進而培養學生技術態度上的責任感，引導學生深切把握技術的本質，理解技術與人類文明的相互促進、相互滲透、相互聯系的關系。實際教學中，選用典型案例，指導學生篩選各類數據與信息，就某一技術領域對個人、社會、環境的影響作出判斷，形成正確的技術觀；后續在技術實踐活動中，整合應用人文、科學、社會等多方面知識，能在適當的時機參與社會有關技術發展與應用的討論與決策。學生設計方案、物化作品的評價交流中學會從多元文化的角度評價，具有一定的對技術文化的選擇能力。教師要培養學生的技術意識，首先激發學生學習技術課程的興趣，點燃學生內在的生命力，促使他們主動地學習，以便滿足其主觀能動性，在不知不覺中幫助學生構建清晰的技術認知印象，從而在潛移默化的狀態下樹立學生的技術意識[1]。

情景引入時，選擇與時俱進的時代背景，貼合學生實際生活的情境，讓學生運用課程需要掌握的知識點來解決問題。比如學生參觀時了解智能家居窗簾根據光線強弱自動打開、關閉的控制系統，室內煤氣泄漏窗戶開關的控制系統，VR 體驗中感興趣的電子控制模塊等等，實物吸引的同時也可以結合視頻、音頻、圖片等手段激發學生學習電子控制技術的興趣，興趣是最好的老師。

例：綜合學生已學知識，教師親自設計制作演示教具。自制教具更具靈活性，并且拉近電路設計、制作與學生自我認知的情感距離。根據耶克斯-多德森的研究理論，學習中等強度的任務最有利于任務的完成，大多學生從來沒有獨自設計制作過電路，自認為基礎知識和動手能力有限，自我肯定薄弱，這會影響到學生體驗活動的積極性。從教師設計制作教具開始，以此為引入鋪展開來通過視頻、圖片等方式列舉與教具相似原理的案例，學生恍然大悟，“哦，老師能做到的我也能做到”，“似乎也沒有看上去那么玄啊”，親身實踐中形成更具象、更深刻的技術意識。

二、工程思維

工程思維是以系統分析和比較權衡為核心的籌劃性思維。在實踐中，工程思維我們并不陌生，工程思維可能大部分時間處于處于“日用而不知”的“不自覺”狀態。工程思維是一種需要用工程的眼光看待世界和處理世界的思維方式，是一種統籌兼顧的系統思維方式，也是一種籌劃性實體思維，具有現實性，是溝通主觀和客觀，連接彼岸和此岸的必經之路。

學生在實踐過程中，教師重點引導他們從設計到確定解決方案時，綜合運用數學、物理、化學、技術、科學、工程等學科知識，多維度分析問題，明確問題解決時存在的局限性和影響因素，突出自己的思想，提出切實可行的方案。推進的過程中運用科學視角，不斷優化改進方案，最終能進行簡單的風險評估和綜合決策。如此，學生通過完成一個具體項目，潛移默化中建立起工程意識，學習嘗試用工程觀念去看待問題，用工程思維方法去分析、解決實際問題，能夠真切地認識到系統與工程現實中呈現出來的多樣性、復雜性和綜合性[2]。

例：在標準壓力的室溫環境中，甲烷是一種無色、無味（家庭中天然氣的特殊味道是因為添加了甲硫醇或乙硫醇）的可燃氣體，約占天然氣成分中的87%。可燃氣泄漏極易釀成大禍，如果能夠及時報警并且開窗通風將很大程度上減少損失甚至免遭損失。結合之前所學，設計、制作一個檢測甲烷泄漏報警并開窗通風的自動控制系統。

學生運用系統方法、流程思維、結構設計，實現蜂鳴器發聲、發光二極管閃動的報警功能，同時啟動電機開窗通風排除甲烷泄漏隱患。個人思考后小組討論，集思廣益，充分交流，并將思維邏輯梳理，明確各個主題條件之間的層次關系，平衡各個環節，提高控制系統的容錯性，將理想客體一步步地轉化成現實實體，從而幫助學生尋找最后的解決方法，逐步地加深學生的工程思維。

三、創新設計

創新設計是指學生在發現問題、明確問題的基礎上，收集相關信息，充分發揮創造力，利用已有的科技成果、科學理論綜合分析，進行創新構思，提出符合科學性、創造性及實用成果性構思方案的一種實踐活動。最初尋求具有創新設計的課題存在困難，引導學生通過挖掘潛在需求，多視角剖析所需解決的技術問題，形成對需求和技術問題的敏感度，能運用科學系統的分析方法，對所制定的設計方案進行比較權衡，能設計相應的技術試驗，完成操作實踐，并能對記錄的實驗數據進行科學分析，綜合現實限定因素，對設計方案進行優化。通過實踐操作，嘗試解決社會層面、生活層面的技術問題，對技術現象客觀準確地反映和判斷，形成使用技術的科學態度和良好習慣。

高中階段學生的自控能力、意志力逐漸增強，對于感興趣的事情能夠長時間地連續關注。同時，他們的抽象思維慢慢形成并逐漸變強，對事物的認知也由具象為主轉變為抽象為主。高中生處于青春期，批判性思維逐步變得成熟與強韌，同時具有較強的自我反思能力，能夠將實踐經驗升華為理論歸納，能夠客觀理性地分析事物。隨著學生掌握的科學方法、科學手段的多樣化，科學理論的深入與豐富，結合感興趣的任務，學生能夠從中得到滿足，會產生積極的情緒體驗，更加有勁頭，正向積極促進，良性循環。在自由、愉快的情緒中學生無拘無束地發散思維更易培養與提升，利于創造出更有想法的作品[3]。

例：以實現甲烷泄漏報警、開窗通風的電子控制電路設計與制作為例。學生根據任務要求，收集大量的信息了解采集甲烷濃度的信號方式，由此也會主動地思考其他氣體濃度的檢測方式，比如二氧化碳、氧氣等。如果檢測煙霧的濃度，這種方式能實現嗎？溫度、濕度、亮度的信號呢……如此，與傳感器相關的疑問一一解鎖，學生的思路打開，學習方式由“要我學”轉變為“我要學”，這一層面凸顯了學生是學習的主體地位，充分發揮了學生的主觀能動性，潛移默化中掌握了常用傳感器采集信號的原理及其應用。不同傳感器，選擇的控制模塊、輸出模塊與之有所對應，用以完成電路功能性的設計。設計電路時需要權衡多方面問題。比如：技術方面的問題，像參數兼容性、效率的提升、采用不同原理解決同一個問題等，又比如應用方面問題，像安全問題、實用性、可操作性等。設計可燃性氣體泄漏的電子控制系統，安全問題是首要解決的，所以在選擇啟動裝置、執行裝置避免產生電火花，如電機選擇上考慮選用無刷電機。能根據要求，比較權衡選擇科學的方案；能根據要求，進行電路的原理設計、參數確定；能根據設計對象解決技術問題的一個或多個技術方案。實施每個步驟就是在創新設計，正所謂“處處是創造之地，天天是創造之時，人人是創造之人”。

四、圖樣表達

圖樣是一種技術語言，圖樣表達是使用圖形樣式對意念中或客觀存在的技術對象進行可視化的規范和整理，便于與他人交流設計創意和問題解決方案，實現抽象與具象之間的思維轉換。圖樣表達能力包括識圖能力、表達能力。在項目實踐過程中，學生能夠識讀機械加工圖、控制框圖等常見的技術圖樣。在面對比較復雜的問題時，能準確地將設計構想通過繪制簡單的技術圖樣表達出來，圖樣形式可以是簡單三視圖、草圖、機械加工圖等，可以手工繪制也可以使用二維、三維設計軟件繪制[4]。

圖樣是根據投影原理、標準或有關規定，表達意念中技術對象的圖樣形式。在日常生活中，有各種各樣的圖表，學生也會用簡單的示意圖來表達自己的設計，實現有形與無形、抽象與具體之間的思維轉換。教學過程中，指導學生選擇與綜合運用圖樣或其他技術語言表達設計構想，目的是幫助學生形成用技術語言進行思維轉換的能力。

例：在電子控制系統的教學過程中，學生學習識讀技術圖樣，如一般的機械加工圖和簡單的電子電路圖等；掌握運用方框圖分析常見電子控制系統的組成和工作過程，根據方框圖或者電路圖能夠闡述電子控制系統的工作原理、實現的功能和工作特點，并使用設計文件、日志等記錄自己的創意、過程和結果。

在培養學生圖樣表達能力的過程中，避免知識的淺層化，主要體現為偏重表面知識和技能，不能深入挖掘知識所蘊含的技術思想與方法。比如：設計電子控制系統的電路，引導學生畫方框圖，如果僅僅因為應付考試，考的幾率大而學習，這樣使得圖樣表達就停留在知識淺層化層面上。如果將方框圖的學習融入解決一個具體的問題而設計的任務中，學生就會切實體會到，繪制方框圖就能清楚地在信號的采集、信號的處理、控制輸出走向上有個框架式的認識，從而對控制電路中的核心部分有所了解。根據這個“框架”去分析電路的原理圖，能順藤摸瓜開展學習，框出它的各模塊電路，了解各模塊電路在原理圖中的位置、相互關系及其功能，就能很深入地把握該控制系統電路的工作原理，認識到其所蘊含的技術思想與方法，有效地避免了項目知識的淺層化。

五、物化能力

物化能力是一種將意念、方案轉化為有用物品，或對已有物品進行改進與優化的能力，是技術實踐特點的體現，創造性特征的呈現。物化過程中，學生需要采用一定的工藝和方法去實現，這需要了解常見材料的特性，常用工具的種類和使用方法，常見加工工藝方法與適用范圍，在實踐操作過程注意體驗和領悟。根據設計的方案，能夠選擇合適的材料和工具，設計技術試驗與測試，撰寫試驗報告，選擇準確的加工工藝等，能完成模型產品的成型制作和裝配，能對其進行基本的技術測試和指標測量。物化過程真實經歷了運用技術的原理解決實際的問題（從書本走進生活），具有一定的材料規劃意識和工具思維，拓寬了學生的創造思維，體驗了技術交流、合作、互尊互愛、分享個性化創意的喜悅，思考了“以我所學，為民所用”實現自我價值的意義[5]。

例：學生根據制定的電子控制電路的設計方案，選擇所需要的電子元器件、能正確檢測電子元器件的好壞、能用萬用表測量相關數據、能進行簡單地焊接、能安裝和調試電子電路。學生親手制作模型或原型的過程中，見證方案從設計圖上一步步以實物的形式呈現時，實現了自我價值，這使得學生從內心深處歡喜，對未來有所期待。技術試驗、技術測試、實物制作使得學生更加能夠領悟技術對人類文明的重要性，更能理解技術是社會生產力水平的重要標志之一，是人類物質財富和精神財富的積累形式。

技術課程的技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達、物化能力等五個學科核心素養相輔相成，相互滲透，不可分割的。技術課堂在核心素養引領下，更好地體現通用技術學科以創新、實踐為主的特色，使學生真實感受并推進自己個性的豐富性、層次性地綻放，從而認識到技術的理性精神、責任意識、文化內涵，讓自己更具道德、更為科學、更負責任的方式使用技術和參與技術活動，更有利于激發學生的學習興趣，挖掘學生潛能，增強學生信心，培養學生的鉆研精神，提高學生分析、解決問題的能力，最終獲得技術知識和技能、過程和方法、情感態度價值觀有機融合構成的品格和能力，更有利于學生創新思維的成長，更好地培養高中生綜合能力。