李鄧

摘 要：物化能力是通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，而STEAM項(xiàng)目式教學(xué)可以有效地提升學(xué)生的物化能力素養(yǎng)。本篇文章主要從教學(xué)案例實(shí)施入手，對(duì)STEAM項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)在通用技術(shù)課堂應(yīng)用特別是對(duì)學(xué)生的物化能力問(wèn)題進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：STEAM項(xiàng)目;通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng);物化能力;實(shí)踐

這幾年，信息技術(shù)特別是人工智能進(jìn)入了高速發(fā)展階段，同時(shí)STEAM項(xiàng)目教學(xué)也在我國(guó)的中小學(xué)教育中快速推廣，這些都讓學(xué)生的學(xué)習(xí)方式發(fā)生了巨大的變化，也讓我們的教育模式進(jìn)入了全新的探索模式。通用技術(shù)課程的開(kāi)展普遍存在著課時(shí)少、課時(shí)不連續(xù)、上理論課學(xué)生不愛(ài)聽(tīng)等現(xiàn)象，我們是否可以讓綜合了信息技術(shù)的STEAM項(xiàng)目融入通用技術(shù)教學(xué)中，讓通用技術(shù)課得到信息技術(shù)的支持，信息技術(shù)理論又能在通用技術(shù)課上得以實(shí)踐，變成一個(gè)現(xiàn)實(shí)的物體，讓學(xué)生體驗(yàn)技術(shù)的魅力，最終實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生通用技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)？

一、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

在通用技術(shù)課堂測(cè)試中，筆者曾用一道題來(lái)測(cè)試流程與設(shè)計(jì)的知識(shí)，題目是“下列選項(xiàng)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(jiǎn)單，但學(xué)生有個(gè)問(wèn)題很讓筆者感慨，他問(wèn)“為什么接線之前要先剝電線！”這對(duì)于我們來(lái)說(shuō)本是非常簡(jiǎn)單的，因?yàn)槲覀兗彝ダ锍Ｓ玫碾娫淳€外部都會(huì)有絕緣體包裹，接電線之前當(dāng)然都得先剝掉一部分絕緣體才能讓兩根線連接在一起實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電，但很遺憾這么簡(jiǎn)單的問(wèn)題竟然有學(xué)生不懂，隨著教學(xué)的深入，這種簡(jiǎn)單的生活問(wèn)題層出不窮，讓我們哭笑不得。這就說(shuō)明我們學(xué)生對(duì)身邊的事物熟視無(wú)睹，缺少生活實(shí)踐，缺乏動(dòng)手試驗(yàn)。

二、尋求方法

課堂上發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題讓筆者重新去審視自己的通用技術(shù)教學(xué)方法，我們?cè)撊绾稳ソ鉀Q這個(gè)問(wèn)題？

2020年《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017版2020年修訂）全面展開(kāi)，該標(biāo)準(zhǔn)制定了通用技術(shù)學(xué)科的學(xué)科素養(yǎng)：技術(shù)意識(shí)、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、圖樣表達(dá)、物化能力;同時(shí)在該版本的課程標(biāo)準(zhǔn)解讀中明確提出了通用技術(shù)課程要基于“大項(xiàng)目”“大概念”“大綜合”組織與教學(xué)設(shè)計(jì);另外，通用技術(shù)的教學(xué)理念是“學(xué)中做”“做中學(xué)”，操作實(shí)踐是解決問(wèn)題最主要的手段。

在顧建軍教授主編的《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀》中有個(gè)建議是將STEAM教育融入通用技術(shù)教學(xué)中，STEAM教育是基于項(xiàng)目式教學(xué)、整合了科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）、數(shù)學(xué)（Mathematics）大綜合教育方式，它強(qiáng)調(diào)了學(xué)科的大綜合，結(jié)合學(xué)生生活將抽象知識(shí)呈現(xiàn)，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐解決實(shí)際問(wèn)題。STEAM教育理念是可以完美匹配到通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)，我們完全可以用STEAM項(xiàng)目解決通用技術(shù)課程中常見(jiàn)的問(wèn)題。

通用技術(shù)的學(xué)科核心素養(yǎng)是：技術(shù)意識(shí)、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、圖樣表達(dá)、物化能力。在前四個(gè)素養(yǎng)中，我們都可以通過(guò)一般的教學(xué)過(guò)程培養(yǎng)，唯獨(dú)對(duì)物化能力，我們常態(tài)下的教學(xué)方法比較難實(shí)現(xiàn)，在課標(biāo)中，物化能力是指采用一定的工藝方法等將意念、方案轉(zhuǎn)換為有用物品，或?qū)σ延形锲愤M(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化的能力。為了解決我們學(xué)生缺少生活實(shí)踐、缺乏動(dòng)手試驗(yàn)的問(wèn)題，我們把教學(xué)重點(diǎn)放在物化能力培養(yǎng)上，培養(yǎng)學(xué)生的通過(guò)動(dòng)手體驗(yàn)、操作實(shí)踐解決問(wèn)題的能力，而物化能力恰恰是STEAM項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中解決問(wèn)題的最常規(guī)方法。

另外，人工智能的編程模塊已經(jīng)進(jìn)入了高一的信息技術(shù)課程中，對(duì)這個(gè)模塊學(xué)生普遍有著極高的興趣，我們?nèi)绻茉诖嘶A(chǔ)上，使學(xué)生的人工智能的理論知識(shí)在通用技術(shù)項(xiàng)目中得以初步的實(shí)踐，他們的理論將得以升華，同時(shí)也會(huì)激發(fā)他們對(duì)通用技術(shù)課的熱情。

三、教學(xué)實(shí)踐

對(duì)于常態(tài)下的通用技術(shù)課來(lái)說(shuō)，要在極有限的時(shí)間內(nèi)上好一節(jié)通用技術(shù)課難度很大，要么會(huì)變成純理論課，要么僅有簡(jiǎn)單的演示課，最后很有可能成了僅僅為了通過(guò)學(xué)業(yè)水平合格性考試而開(kāi)設(shè)的課程，在這種情況下培養(yǎng)通用技術(shù)的學(xué)科核心素養(yǎng)往往會(huì)成為空談。另外，高中學(xué)生因?yàn)閷W(xué)習(xí)壓力很大，基本都處于臥室、飯桌、課桌三點(diǎn)一線，他們普遍存在著想象豐富卻脫離實(shí)際，設(shè)計(jì)草圖可以畫得不錯(cuò)，但讓他把設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)的物體卻很難。

那常態(tài)下的基于學(xué)科核心素養(yǎng)的通用技術(shù)教學(xué)該如何開(kāi)展呢？在通用技術(shù)教學(xué)中，很注重基于項(xiàng)目的教學(xué)，而在這種教學(xué)方法中，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用，那又該如何去設(shè)計(jì)適合我們學(xué)生的STEAM項(xiàng)目呢？

為此，我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)合人工智能的STEAM課例來(lái)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。

學(xué)習(xí)主題：制作一臺(tái)人工智能臺(tái)燈。

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

信息技術(shù)：編程、人工智能、3D設(shè)計(jì)、激光切割軟件、激光雕刻軟件。

科學(xué)：力學(xué)、電學(xué)等。

化學(xué)：材料特性等。

數(shù)學(xué)：高度、角度、圓、計(jì)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(jié)等。

[學(xué)生年級(jí)]

本主題橫跨了通用技術(shù)必修課程中“技術(shù)與設(shè)計(jì)2”的所有知識(shí)點(diǎn)，蘊(yùn)含了通用技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)的五個(gè)方面，特別是物化能力。學(xué)生需具有一定的信息技術(shù)、物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)、工程的技術(shù)知識(shí)積累，因此該課程適合于高二年級(jí)的學(xué)生。

[課時(shí)安排]

9個(gè)課時(shí)。

[設(shè)計(jì)背景]

每個(gè)學(xué)生都有自己的臺(tái)燈，學(xué)生對(duì)臺(tái)燈都很熟悉，學(xué)生能否可以自己制作一個(gè)適合他們的臺(tái)燈呢？

第一，學(xué)生必須要對(duì)臺(tái)燈的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，既要保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，又要對(duì)臺(tái)燈的高度和投射角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

第二，學(xué)生在制作的過(guò)程中，必須對(duì)制作流程要熟悉，要懂得時(shí)序的先后，還要明確分工，這樣才能保證自己的團(tuán)隊(duì)能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)。

第三，臺(tái)燈肯定是個(gè)系統(tǒng)工程，團(tuán)隊(duì)也是個(gè)系統(tǒng)，學(xué)生在設(shè)計(jì)之初，就得運(yùn)用系統(tǒng)分析的原則來(lái)安排分工和制訂目標(biāo)。

第四，臺(tái)燈本身是個(gè)控制系統(tǒng)，從對(duì)控制系統(tǒng)的升級(jí)和變化，了解開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的不同之處。

這個(gè)STEAM課例的設(shè)計(jì)就是基于通用技術(shù)必修課程中“技術(shù)與設(shè)計(jì)2”的所有知識(shí)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的物化能力，學(xué)以致用，通過(guò)動(dòng)手物化的過(guò)程發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。

[活動(dòng)設(shè)計(jì)]

四、實(shí)踐總結(jié)

在課例實(shí)施過(guò)程中，教師除了布置任務(wù)、簡(jiǎn)單介紹項(xiàng)目、教學(xué)生規(guī)范操作各種工具之外，基本不對(duì)學(xué)生制作過(guò)程進(jìn)行過(guò)多的干涉，更多地采用學(xué)生自己動(dòng)手試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，允許學(xué)生犯錯(cuò)，強(qiáng)調(diào)有錯(cuò)要改，最終形成自己的實(shí)踐探究結(jié)論。

由于學(xué)生對(duì)工具和工藝的不熟悉，我們采用了螺旋式上升的教學(xué)策略，從最簡(jiǎn)單的用鋼鋸、手工鋸等手工工具培訓(xùn)到激光切割機(jī)、3D打印機(jī)等智能化設(shè)施的培訓(xùn)，從最早的普通開(kāi)關(guān)式臺(tái)燈制作過(guò)渡到聲控臺(tái)燈最后到智能臺(tái)燈制作。

在實(shí)施過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)在以往的學(xué)習(xí)活動(dòng)中很少動(dòng)手實(shí)踐制作的學(xué)生來(lái)說(shuō)，實(shí)踐操作真不是容易的事，在操作前感覺(jué)都很簡(jiǎn)單，開(kāi)始上手了，才發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)比他們的想象復(fù)雜多了，比如：用鋸子鋸木頭，稍不注意就會(huì)鋸?fù)崃?，甚至把鋸條弄斷;初學(xué)用3D打印機(jī)打印，他們很喜歡設(shè)計(jì)看上去漂亮卻忽略了強(qiáng)度問(wèn)題的支撐桿，導(dǎo)致打印了半天才知道是個(gè)不能用的廢品。

在教學(xué)過(guò)程中，我們常常看到一個(gè)情景：學(xué)生在最初構(gòu)思的時(shí)候，往往會(huì)有各種各樣、稀奇精致的想法，甚至在畫草圖的時(shí)候也會(huì)畫得很漂亮，但拿到工具和材料的時(shí)候，他們都會(huì)陷入一種短暫無(wú)法下手的茫然，然后會(huì)慢慢地根據(jù)現(xiàn)實(shí)的條件修改方案，經(jīng)過(guò)多次的試驗(yàn)、修改，形成他們最終的作品。雖然作品都會(huì)帶著各種問(wèn)題，但每次學(xué)生完成作品時(shí)那種喜悅是我們無(wú)法在評(píng)價(jià)表中體現(xiàn)出來(lái)的。學(xué)生只有認(rèn)真去構(gòu)思，才有辦法把他們的設(shè)想通過(guò)圖樣表達(dá)出來(lái)，也只有不斷地實(shí)踐、比較、修正、優(yōu)化，才能把實(shí)物呈現(xiàn)出來(lái)。學(xué)生帶著任務(wù)去體驗(yàn)、實(shí)踐完整的制作過(guò)程，通過(guò)評(píng)價(jià)要點(diǎn)總結(jié)歸納出通用技術(shù)課程的知識(shí)體系，通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)必然貫徹在整個(gè)過(guò)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(xué)生興趣大增，他們有機(jī)會(huì)去體驗(yàn)新技術(shù)而不僅僅停留在理論上。這種STEAM項(xiàng)目教學(xué)不僅可以讓學(xué)生感受到“做什么”“用什么做”“怎樣做”的過(guò)程，也讓學(xué)生體驗(yàn)到了“學(xué)中做”“做中學(xué)”的通用技術(shù)課程的基本理念，學(xué)生必須通過(guò)動(dòng)手試驗(yàn)做出產(chǎn)品去解決問(wèn)題，這也驗(yàn)證了STEAM項(xiàng)目對(duì)學(xué)生物化能力培養(yǎng)的作用。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)我們的實(shí)踐證明，綜合了信息技術(shù)的STEAM項(xiàng)目教學(xué)完全可以激發(fā)學(xué)生對(duì)通用技術(shù)的熱愛(ài)，STEAM項(xiàng)目教學(xué)可以很好的培養(yǎng)學(xué)生通用技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)。當(dāng)然，我們對(duì)基于STEAM項(xiàng)目的通用技術(shù)教學(xué)研究還處于初步階段，還需要我們一線的通用技術(shù)教師更多地從實(shí)踐中去探究和設(shè)計(jì)適合我們常態(tài)課的STEAM項(xiàng)目，真正地讓通用技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)特別是物化能力能在STEAM項(xiàng)目教育中得到培養(yǎng)。

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基金項(xiàng)目：福建省電教館教育信息技術(shù)研究2020年度立項(xiàng)課題“基于STEAM項(xiàng)目提升通用技術(shù)學(xué)科物化能力素養(yǎng)研究”（課題編號(hào)：KT2047）。