STEAM理念下通用技術(shù)單元化項目教學(xué)研究*

摘? 要? 以深度學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，將STEAM理念和學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行融合，從而對高中通用技術(shù)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，實現(xiàn)從碎片化課時到結(jié)構(gòu)化單元的轉(zhuǎn)變。在此基礎(chǔ)上開發(fā)單元化項目教學(xué)課程，并且以“防疫密閉空間消毒裝置的制作”為例進(jìn)行實踐，培養(yǎng)真實情境下學(xué)生利用技術(shù)解決實際問題的能力，以期為通用技術(shù)教學(xué)提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞? STEAM；高中通用技術(shù)；核心素養(yǎng)；項目教學(xué)

中圖分類號：G633.93? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）17-0079-03

0? 引言

高中通用技術(shù)是一門基于實踐、注重創(chuàng)造的課程，但是實踐并不是單一的動手操作，因此，新課程改革凝練出通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，倡導(dǎo)結(jié)合真實情境開展有挑戰(zhàn)性的技術(shù)體驗活動。這種教學(xué)方式體現(xiàn)的是以學(xué)生為中心的思想，注重對學(xué)生綜合素質(zhì)的提升，注重對利用技術(shù)解決實際問題能力的培養(yǎng)。這與應(yīng)用跨學(xué)科知識動手解決現(xiàn)實問題，從而培養(yǎng)學(xué)生工程思維能力及科學(xué)研究精神的STEAM教育理念不謀而合。因此，如何實現(xiàn)STEAM理念與通用技術(shù)核心素養(yǎng)有機結(jié)合，成為目前通用技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域值得探索的課題[1]。

1? 研究背景

1.1? 時代背景

新冠肺炎（COVID-19）疫情在2020年初突然暴發(fā)，隨后以迅雷不及掩耳之勢肆虐全球。本次新冠疫情具有傳播速度快、傳染范圍廣、防疫難度大的特點，因此給我國乃至全世界帶來巨大的損失。雖然當(dāng)前我國疫情防控轉(zhuǎn)向常態(tài)化，學(xué)校復(fù)學(xué)復(fù)課步入正軌，企業(yè)復(fù)工復(fù)產(chǎn)有序進(jìn)行，然而新冠病毒并沒有徹底消失，尤其是在人員聚集區(qū)域，一旦防疫措施沒有落實到位，疫情仍會暴發(fā)。因此，如何快速有效地進(jìn)行疫情防控成為當(dāng)下亟待解決的問題，這也給通用技術(shù)項目教學(xué)選題提供了思路。

1.2? 課程背景

本輪新課改提出通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)包括技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達(dá)、物化能力五大素養(yǎng)，倡導(dǎo)學(xué)生結(jié)合真實情境進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)[2]。同時，為了便于學(xué)生立足核心素養(yǎng)建立新舊知識之間的關(guān)聯(lián)，新課程提倡將碎片化的課時重構(gòu)為結(jié)構(gòu)化的單元。重構(gòu)后的單元并不是知識點的簡單整合或章節(jié)的合并，而是聚焦學(xué)科大概念以項目作為主線基于問題解決的學(xué)習(xí)單元[3]。這與STEAM基于真實情境綜合運用跨學(xué)科知識動手解決實際問題的教育理念有諸多相通之處，從而為STEAM理念下的通用技術(shù)單元化項目教學(xué)研究創(chuàng)造了條件。

1.3? 技術(shù)背景

隨著開源硬件、3D打印、激光切割、圖形化編程這些技術(shù)的出現(xiàn)，大大降低了原來復(fù)雜專業(yè)技術(shù)的入門門檻。尤其是以Arduino為代表的開源硬件誕生后，給廣大中小學(xué)生提供了開源可擴展的硬件開發(fā)平臺，學(xué)生無須具備專業(yè)的軟硬件知識也可以輕松地利用技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)作[4]。教師也可以結(jié)合項目將創(chuàng)意設(shè)計貫穿在教學(xué)過程中，讓學(xué)生明白新興科學(xué)技術(shù)為創(chuàng)意實現(xiàn)提供了支撐，鼓勵學(xué)生利用開源硬件、3D打印、激光切割、圖形化編程這些技術(shù)將自己的創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實，從而為STEAM理念下的通用技術(shù)單元化項目教學(xué)開展創(chuàng)造條件[5]。

2? 項目設(shè)計

高中通用技術(shù)必修部分由“技術(shù)與設(shè)計1”和“技術(shù)與設(shè)計2”兩個模塊構(gòu)成，兩個必修模塊的編排內(nèi)容呈現(xiàn)出遞進(jìn)關(guān)系，“技術(shù)與設(shè)計1”為“技術(shù)與設(shè)計2”的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)?！凹夹g(shù)與設(shè)計1”比較注重基礎(chǔ)性的技術(shù)設(shè)計，旨在讓學(xué)生體驗一般技術(shù)設(shè)計過程，從而掌握技術(shù)設(shè)計的基礎(chǔ)知識及基本技能?！凹夹g(shù)與設(shè)計2”則側(cè)重專題性的技術(shù)設(shè)計，通過結(jié)構(gòu)、流程、系統(tǒng)、控制這四個主題學(xué)習(xí)單元，旨在讓學(xué)生從專業(yè)角度利用技術(shù)原理來分析解決問題[3]。尤其是控制主題學(xué)習(xí)單元又綜合運用“技術(shù)與設(shè)計2”前三個單元的知識，如果選取“設(shè)計一個控制系統(tǒng)”開展單元化項目教學(xué)，學(xué)生可以利用控制主題單元的技術(shù)理論作為指導(dǎo)，而且可以應(yīng)用“技術(shù)與設(shè)計1”所學(xué)的基本技能進(jìn)行實踐，從而通過單元化項目有效地將通用技術(shù)知識串聯(lián)起來。綜合考慮新課改深度學(xué)習(xí)基于真實情境的理念，以及新冠肺炎疫情防控轉(zhuǎn)向常態(tài)化的時代背景，設(shè)計一個防疫消毒控制系統(tǒng)是不錯的項目主題。

3? 項目實施

3.1? 發(fā)現(xiàn)與明確問題

利用生活中的實際案例結(jié)合圖片、視頻等多媒體資源創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生觀察新冠疫情防控常態(tài)化下醫(yī)護(hù)人員對公共區(qū)域消毒的過程，并且提問：現(xiàn)有人工定時消毒的方式是否也適用于快遞取件箱及超市儲物柜等密閉空間？在學(xué)生思考分析問題的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出挑戰(zhàn)性的任務(wù)：如何有效對快遞自助取件箱等密閉空間進(jìn)行消毒？進(jìn)而確定本次項目式教學(xué)的主題：設(shè)計并實現(xiàn)一個密閉空間自動控制消毒裝置。

3.2? 制訂設(shè)計方案

制訂設(shè)計方案的關(guān)鍵在于構(gòu)思，而構(gòu)思的關(guān)鍵又在于能否科學(xué)設(shè)計分析并恰當(dāng)運用構(gòu)思方法。一個完整的構(gòu)思過程不僅是分析、構(gòu)思、權(quán)衡、比較、優(yōu)化等思維活動交互輝映的過程，也是學(xué)生批判性想象、創(chuàng)造性思維等能力不斷發(fā)展提升的過程[6]。在這個過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生分組進(jìn)行協(xié)作探究，保持中立的態(tài)度與各組互動交流，鼓勵學(xué)生基于創(chuàng)客教室提供的Arduino單片機（圖1）、光敏電阻、按壓式噴霧消毒液、電池、舵機以及3D打印機等器材進(jìn)行大膽構(gòu)思，并用設(shè)計草圖將本小組的設(shè)計方案繪制出來。

3.3? 制作模型或原型

在消毒裝置的設(shè)計方案基本形成以后，可通過制作模型或者原型來檢驗裝置的結(jié)構(gòu)、造型及零部件之間的裝配關(guān)系。同時，依托模型可以真實觀察和推敲消毒裝置的立體形態(tài)，以便對其進(jìn)行更進(jìn)一步的完善和修改[6]。在這個過程中，各小組內(nèi)部成員之間分工協(xié)作，利用創(chuàng)客教室電腦提供的3D One、SolidWorks、AutoCAD等建模軟件進(jìn)行模型的構(gòu)建。建模過程需要注意模型材料的選取以及工藝標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定，同時模型內(nèi)部空間要規(guī)劃合理，以便放置單片機、電池等元器件。模型設(shè)計完成之后即可通過3D打印機將其打印出來，如圖2所示。

3.4? 測試評估及優(yōu)化

在消毒裝置的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，小組成員可以將各個模塊集成起來進(jìn)行測試，然后通過成員交流與評估來分析消毒裝置還存在的問題。對裝置的評估主要有兩個基本依據(jù)：

一是參考“技術(shù)與設(shè)計1”課本上七個設(shè)計的一般原則進(jìn)行評估，如裝置是否美觀、經(jīng)濟、實用，是否符合道德、技術(shù)規(guī)范及可持續(xù)發(fā)展原則；

二是根據(jù)事先預(yù)期的模塊功能設(shè)計要求進(jìn)行評估（圖3），如光敏電阻閾值設(shè)置是否合理，舵機力度是否能扣動噴霧消毒液按鈕。

通過對消毒裝置的測試和評估，可以分析作品當(dāng)前存在的缺點和不足，進(jìn)而有針對性地從外觀、材料、結(jié)構(gòu)、功能等方面對作品進(jìn)行優(yōu)化[6]。

3.5? 編寫產(chǎn)品說明書

產(chǎn)品說明書不僅是用戶選擇、使用產(chǎn)品的參考依據(jù)，而且可以幫助用戶了解產(chǎn)品的特性，從而幫助用戶安全、正確地使用產(chǎn)品。因此，當(dāng)消毒裝置成品設(shè)計完成后，小組成員還要協(xié)作完成說明書的撰寫。編寫消毒裝置說明書時，各組成員要充分考慮用戶需求，體現(xiàn)本組設(shè)計方案的特點，詳細(xì)說明消毒裝置的組裝方法、使用方法及日常保養(yǎng)維護(hù)需要注意的事項。尤其需要注明消毒裝置使用過程中可能出現(xiàn)的故障問題，并且附上可能的故障情形以及解決方法[6]。

3.6? 小組展示分享作品

交流分享是STEAM理念的重要組成部分，也是學(xué)生展示呈現(xiàn)自我勞動成果的途徑，如圖4所示。交流分享不僅可以鼓勵學(xué)生在技術(shù)探索的道路上勇往直前，而且可以幫助學(xué)生將制作過程中所用知識串聯(lián)起來，并且在此基礎(chǔ)上構(gòu)建形成自己的知識網(wǎng)絡(luò)。各小組代表對本組消毒裝置作品進(jìn)行展示介紹，讓學(xué)生在鍛煉溝通表達(dá)能力的同時，也通過互相學(xué)習(xí)進(jìn)一步擴展了技術(shù)思路，從而促進(jìn)通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

4? 結(jié)束語

本文立足于新課程改革的時代背景，基于STEAM理念和學(xué)科核心素養(yǎng)對通用技術(shù)單元化項目教學(xué)進(jìn)行研究，并結(jié)合“防疫密閉空間消毒裝置的制作”案例進(jìn)行實踐。依托項目教學(xué)有效對學(xué)科教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，實現(xiàn)從碎片化課時知識到結(jié)構(gòu)化單元知識的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而幫助學(xué)生有效建立起前后知識之間的聯(lián)系。學(xué)生結(jié)合疫情防控中的實際問題，通過自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)與明確問題、制訂設(shè)計方案、制作模型或原型、測試評估及優(yōu)化、編寫產(chǎn)品說明書與小組展示分享作品的全過程，從而鍛煉培養(yǎng)未來發(fā)展所需的必備品格和關(guān)鍵能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙洋.面向通用技術(shù)核心素養(yǎng)的STEAM學(xué)習(xí)探析：以“花盆架的設(shè)計與制作”為例[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2021（22）：40-42.

[2] 教育部.普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2017.

[3] 顧建軍，吳鐵軍.普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018.

[4] 王麗珠.實踐者視角下的校園創(chuàng)客教育生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建研究[D].長沙：湖南師范大學(xué)，2020.

[5] 楊淇善，韓德強，賈懋珅.基于開放式項目的開源硬件與編程課程教學(xué)改革與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2021（23）：156-159.

[6] 顧建軍.技術(shù)與設(shè)計1[M].南京：江蘇鳳凰教育出版社，2019.

*項目來源：福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度課題“勞育背景下的通用技術(shù)單元化項目教學(xué)研究”（編號：FJJKZX21-406）；廈門市集美區(qū)教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度課題“基于‘勞育的通用技術(shù)單元化項目教學(xué)研究”（編號：21111）。

作者：王君黛，福建省廈門第一中學(xué)，研究方向為技術(shù)教育、移動學(xué)習(xí)與教育云服務(wù)（361003）。