核心素養下高中通用技術課程跨學科項目式教學模式構建與實踐
——以“智能時鐘”創意設計為例

董琳雪 廣東省廣州市第八十六中學

●問題的提出

當前，跨學科項目式教學存在學科知識的“拼奏”傾向、教學目標不明確、項目活動中教學評欠缺一致性、跨學科教師之間的協同互助較弱的現象。[1]因此，筆者嘗試在通用技術學科教學中以解決真實生活中的問題為主線，充分調動與解決問題有關的各學科教師參與到課程設計和問題解決的過程中來，共同設計教學評的評價內容，將學習目標和學習評價進行有效結合，促進學習成果有效達成，培養學生的跨學科創新能力和綜合運用能力，培養面向未來解決復雜問題的學習者和創造者。

●核心素養下通用技術課程跨學科項目式教學模式構建

通用技術課程以操作學習和設計學習為主要特征，立足實踐，注重創造，強化學生手腦并用與知行合一意識，提高學生解決技術問題的綜合能力，發展學生的工程思維和創造能力，培養學生的圖樣表達和物化能力，提升學生的技術素養。[2]而跨學科項目式教學模式以創客教育和STEM教育理論為基礎，將跨學科學習和項目式學習有機融合，以解決真實問題的項目式學習為主線，開展項目教學活動，產出項目成果，評估與預期教學目標的達成度，不斷優化項目教學活動。基于此，筆者將通用技術課程與跨學科項目式教學模式結合，構建了如下頁圖1所示的教學模式。

圖1

①在項目活動準備階段，教師應聯系學生的生活選擇真實問題情境，逆向分析解決該問題涉及的學科知識內容，整合相關學科的知識，規劃設計課程框架，分析解決該問題需要培養的學生的能力和思維，進而明確課程目標和課程標準。教師還要提前做好教學軟硬件環境的準備，做好整體課程框架設計和實施計劃，包括課程目標、課程活動、課程任務等。

②在項目活動實施階段，以解決問題為主線、學生為主體、教師為主導，開展“發現問題—明確問題—設計方案—制作產品—測試評價—迭代優化”的教學活動。

③在項目評估階段，將過程性評價和終結性評價相結合，以教師、學生為評估主體，通過自評和他評的方式，全面評價產品與設計目標的契合度，充分了解項目學習共同體的整體項目成果。

●核心素養下通用技術課程跨學科項目式教學模式實施

《普通高中通用技術課程標準（2017年版）》鼓勵教師立足學生的直接經驗和親身參與，充分利用現代信息技術，精心設計和組織學生的學習活動，立足實踐，注重創造，選擇體現時代特點與生活緊密聯系的課程內容，倡導以學生為中心、以實踐為核心的多樣化學習方式，突出實踐能力、創新思維和工匠精神的培養。筆者在粵科版通用技術必修1第三章“制訂我的設計方案”和第四章“實現方案和評價設計”的教學中，創設“新冠疫情封校學習期間學生對天氣和時間掌握需求”的真實生活情境，引導學生使用數字化工具進行創意設計，利用開源硬件掌控板和mPython圖形化編程軟件設計“智能時鐘”的功能，使用123D軟件制作“智能時鐘”的外觀造型，以幫助學生更好地掌握時間和天氣情況，管理在校學習和生活。在項目活動中注重培養通用技術學科的創新設計、物化能力及工程思維和信息技術學科的數字化學習與創新、計算思維[3]，教學活動內容的安排以解決問題為主線，以產品設計為終點，在整個活動中滲透信息技術和通用技術學科的核心素養和綜合運用能力。

1.搭建Moodle平臺，創建項目教學資源

在“智能時鐘”項目活動準備階段，教師要提前搭建好項目實施所需的教學軟硬件設備和教學資源。筆者在校內Moodle平臺上創建了教學資源；根據“智能時鐘”項目問題情境，采用開源硬件掌控板和mPython軟件進行編程設計和程序控制；連接WI-FI，獲取網絡時間播報和天氣預報，并借助開源硬件掌控板和3D打印設計制作產品。筆者結合項目涉及的跨學科內容，對原有學科知識進行重新整合，梳理項目課程教學活動的具體內容和教學目標，將每節課的教學內容分為“知識百科、考考你、練練手、課堂作業、挑戰擂臺”五個模塊，并根據課程內容的需要制作相關的微課。學生將每節課完成的作業提交到Moodle平臺（記錄學生的學習過程，形成過程性評價），并利用Moodle平臺資源進行個性化的自主學習和合作探究，減輕了教師個性化指導學生的負擔，確保項目活動的順利開展。

2.以解決問題為核心，實施項目活動

在“智能時鐘”項目教學活動中，筆者創設了“新冠疫情封校學習期間，學生對天氣變化和時間管理的實際需求”的問題情境，通過明確問題、構思方案、方案物化（功能設計、外觀設計）、產品制作、產品交流評價、產品優化等環節開展項目活動，具體如圖2所示。

圖2

（1）明確現實問題，構思解決方案

本項目活動來源于真實生活，由于受廣東多變天氣的影響，新冠疫情期間學生需要提前做好增減衣物的準備，以防感冒或中暑。基于以上情況，激發學生思考是否可以創造產品，讓學生在校期間既可以掌控天氣變化，又可以掌控學習時間。在明確現實問題后，學生通過頭腦風暴的方式探討產品的解決辦法、設計需求、設計限制，經過多方面的綜合考慮，最終將想法以構思草圖和設計流程圖的方式呈現出來，形成產品設計方案。

（2）方案物化，實現功能設計和外觀設計

根據學生構思的產品設計流程圖，結合學生的認知水平和知識基礎，采用開源硬件掌控板和圖形化編輯軟件mPython進行“智能時鐘”的功能設計（需要實現時間信息、天氣信息和穿衣指南信息的獲取）。首先，連接網絡WI-FI，獲取網絡時間服務器的同步時間和網絡心知天氣平臺上的天氣預報信息，編寫程序調用相關信息。然后，將調取的時間和天氣信息顯示在開源硬件掌控板LED屏上。在“智能時鐘”的功能設計過程中，學生分析了產品的功能需求，明確了設計需求和實現方法，通過編程語言來實現功能設計。

結合設計方案中的概念草圖，學生學習使用123D軟件進行“智能時鐘”外觀的制作。首先，使用123D軟件繪制平面草圖，并對草圖進行拉伸，轉化成實體。其次，使用123D軟件合并功能中的“加、減、合并、相交、相減”功能實現內嵌掌控板實體的空間設計。最后，使用123D軟件中的著色和倒圓角功能進行細節的處理。在“智能時鐘”的外觀設計過程中，學生掌握了使用123D軟件進行產品外觀創意設計的方法和技巧，學會了借助計算機輔助軟件實現將二維平面的概念草圖轉化成三維的立體模型，實現產品的外觀設計。

（3）產品創意制作，培養創新能力

在“智能時鐘”的功能設計和外觀設計的學習基礎上，學生綜合運用所學新知進行附加功能設計和個性化創意設計。例如，在開源硬件掌控板功能設計基礎上，增加小臺燈的功能；在123D外觀設計基礎上，增加筆筒結構，便于放置學習用品等多樣化創意設計。創意設計制作的過程，培養了學生的綜合運用能力和創新物化能力。

3.展示分享作品，迭代完善成果

在“智能時鐘”項目教學活動中，學生完成的每一個階段性成果都要進行展示分享與交流評價。學生根據教師和他人給予的評價改進設計成果。在最終的產品創意設計完成后，學生使用3D打印機打印出外觀造型，并將設計好的“智能時鐘”模塊嵌套在創意外殼上。成品完成后邀請教師和同學體驗并分享使用感受，以迭代優化設計成果。

●效果分析與建議

在“智能時鐘”教學活動中筆者開展了“威廉斯創造力傾向測評量表”的前后測調查，從下表的統計數據中可以發現，學生創造力的總分平均值及冒險性、好奇心、想象力和挑戰性四個維度的平均值在實驗實施后都有所提升，尤其在好奇心和挑戰維度上的變化最為明顯。但通過配對樣本T檢驗發現學生創造力傾向在總分和冒險性、好奇心和想象力維度上的P（T≤t）雙尾值均大于0.05，說明產生的變化并未發生顯著差異，而在挑戰性維度上的在P（T≤t）雙尾值（0.00）小于0.05，說明挑戰性維度上產生了顯著差異。這也說明“智能時鐘”跨學科項目式教學活動有助于學生創新思維能力的提升，培養了學生解決復雜現實問題的信心和能力，但是在培養學生創造力傾向的冒險性、好奇心和想象力維度上還有待加強和改善。

冒險性好奇心想象力挑戰性總分前測后測前測后測前測后測前測后測前測后測平均值X 20.90 21.23 25.28 26.21 24.83 25.59 20.58 22.29 91.58 95.31標準差S 2.72 3.06 5.08 5.15 5.42 4.59 3.62 3.82 14.75 15.27 df 79 79 79 79 79 t Stat-0.74-1.23-1.01-3.02-1.67 P(T≤t) 單尾0.23 0.11 0.16 0.00 0.05 t 單尾臨界1.66 1.66 1.66 1.66 1.66 P(T≤t) 雙尾0.46 0.22 0.32 0.00 0.10 t 雙尾臨界1.99 1.99 1.99 1.99 1.99 T檢驗及差異分析

結合“智能時鐘”跨學科項目式教學活動的實踐探究，筆者對構建跨學科項目式教學活動提出建議：第一，在創設真實世界的問題時，要充分了解學生的認知基礎，避免課程活動任務出現過易或過難的情況。第二，在進行跨學科教學內容設計時，要充分考慮相關學科的知識，盡可能讓相關學科知識的學習在跨學科教學內容之前進行，這樣有利于學生將已有的學科認知再次建構到新問題中，有利于學生對新問題的解構和深入理解。第三，在跨學科項目實施中，跨學科教師要全程參與到課程教學活動中，針對學生在實踐中存在的未能預判的或生成性的新問題展開進一步的深入探究，讓學生在解決富有挑戰性的問題過程中，提升自身的高階思維能力和創新能力。第四，在對跨學科項目的成果進行評估時，要充分結合跨學科項目式教學目標設置評價量表，以教師和學生為主體開展評價與交流互動，確保項目成果不偏離教學目標，讓學生在評價交流中培養自身的溝通協作能力、語言表達能力和批判性思維。

●結語

本文構建了核心素養下高中通用技術課程跨學科項目式教學模式，結合“智能時鐘”跨學科項目式教學探究，在一定程度上實現了通用技術和信息技術學科核心素養的培養，提升了學生綜合運用知識解決真實生活問題的能力和創新能力，幫助學生建構認知，提升技能和素養。但是該模式也存在不足之處，在項目教學活動實施過程中面向高一全年級進行問卷調查，前后測回收的有效問卷較少，實際統計樣本量與實施樣本總體數量偏差較大。后續筆者會加強有效數據的回收，確保數據分析的有效性和完整性。