摘" 要" 在通用技術(shù)電子控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入CDIO理念，從理念、體系、平臺(tái)、課程、模式、評(píng)價(jià)等六方面入手進(jìn)行教學(xué)模式創(chuàng)新，不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和團(tuán)隊(duì)合作能力，而且在工程思維素養(yǎng)、動(dòng)手實(shí)踐能力培養(yǎng)上也有積極作用。

關(guān)鍵詞" CDIO工程教育；通用技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；工程思維；電子控制技術(shù)；仿真實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G632" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2024）21-0-04

0" 引言

《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出：“應(yīng)注重學(xué)生學(xué)習(xí)的思維豐富性、開放性和深刻性，關(guān)注學(xué)生學(xué)科思維尤其是技術(shù)與工程思維的形成與發(fā)展。應(yīng)讓學(xué)生在設(shè)計(jì)、制作、評(píng)價(jià)等技術(shù)學(xué)習(xí)的過(guò)程中，經(jīng)歷多次‘實(shí)踐’與‘認(rèn)識(shí)’的循環(huán)。”[1]顯然，新課標(biāo)不僅表明了通用技術(shù)課程在學(xué)生思維培養(yǎng)中的使命，也指明了經(jīng)歷真實(shí)工程情境是工程思維素養(yǎng)在教學(xué)中落地的途徑。

1" 背景與緣起：基于工程思維素養(yǎng)培養(yǎng)的電子控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

通用技術(shù)教材特別注重對(duì)工程本身教學(xué)價(jià)值的發(fā)掘，以工程項(xiàng)目為核心進(jìn)行模塊、章節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容的編排：《技術(shù)與設(shè)計(jì)1》以“走進(jìn)技術(shù)世界”“技術(shù)世界中的設(shè)計(jì)”兩章作為技術(shù)與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，繼而圍繞“野外生存體驗(yàn)”和“臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與制作”兩個(gè)大項(xiàng)目，按設(shè)計(jì)的一般過(guò)程編排四個(gè)章節(jié)；《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》按技術(shù)“大概念”結(jié)構(gòu)、流程、系統(tǒng)、控制——進(jìn)行教材編排，圍繞大量符合學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)又具可操作性的項(xiàng)目，如“站立式辦公桌”“組合筆筒”“校園節(jié)水系統(tǒng)”“雨水收集利用控制系統(tǒng)”等，進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。顯然，項(xiàng)目化教學(xué)已經(jīng)成為培養(yǎng)學(xué)生工程思維素養(yǎng)的重要手段。

電子電路實(shí)驗(yàn)由于來(lái)源于生產(chǎn)、貼近時(shí)代，既是通用技術(shù)課程“電子控制技術(shù)”模塊重要的工程教育內(nèi)容，也是項(xiàng)目教學(xué)的優(yōu)秀載體。但高中學(xué)生電路知識(shí)基礎(chǔ)薄弱，學(xué)科電路課程建設(shè)落后，學(xué)校實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排不足，同時(shí)還受限于人員、硬件、評(píng)價(jià)等多方面因素，在高中階段系統(tǒng)地開展電子控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)困難重重。因此，引入諸如CDIO先進(jìn)工程教育理念探索電子控制技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱電控）實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，無(wú)疑是一種另辟蹊徑的積極嘗試。

2" 探索與實(shí)踐：CDIO工程教育理念下的電控實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式探索

2.1" 理念更新：CDIO工程教育理念的引入

2000—2004年，美國(guó)、瑞典的多所著名高校投入大量人力、物力，合作創(chuàng)立了以工程項(xiàng)目研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體的CDIO（Conceive，構(gòu)思；Design，設(shè)計(jì)；Implement，實(shí)施；Operate，運(yùn)行）工程教育理念，不僅拓展了學(xué)生知識(shí)的深度與廣度，提升了學(xué)生的工程素養(yǎng)，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生人際交流能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、專業(yè)知識(shí)應(yīng)用能力、產(chǎn)品與系統(tǒng)構(gòu)建能力的培養(yǎng)。為了解決我國(guó)學(xué)生工程素養(yǎng)不足的問(wèn)題，盡快培養(yǎng)與國(guó)際接軌的中國(guó)工程師，2005年汕頭大學(xué)工學(xué)院顧佩華教授引入CDIO工程教育理念，經(jīng)過(guò)多年的探索實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)已取得顯著成效。

高中電子控制技術(shù)課程具有“資源少、課時(shí)少；元件多、電路多；系統(tǒng)性不強(qiáng)、連貫性不強(qiáng)”等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的“理論教學(xué)為主、實(shí)踐探索為輔”的教學(xué)方式讓電路學(xué)習(xí)“浮”于表面，脫離實(shí)驗(yàn)的“根”，造成學(xué)生知識(shí)的淺層化、碎片化、機(jī)械化。這與現(xiàn)代電子電路課程要求的“加強(qiáng)基本概念和基本理論理解，著重培養(yǎng)應(yīng)用能力和實(shí)踐技能”目標(biāo)是脫節(jié)的，也違背了高中生的認(rèn)知規(guī)律。在電控教學(xué)中引入CDIO理念，以“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)作”全過(guò)程培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)能有效地解決上述問(wèn)題，具有較強(qiáng)的操作性。

2.2" 體系梳理：“基礎(chǔ)－應(yīng)用－設(shè)計(jì)－創(chuàng)新”四階實(shí)驗(yàn)體系設(shè)計(jì)

在高中通用技術(shù)選擇性必修1《電子控制技術(shù)》教材中，電子電路實(shí)驗(yàn)作為一種體驗(yàn)與活動(dòng)存在，忽視了實(shí)驗(yàn)作為電路學(xué)習(xí)工具和在學(xué)生素養(yǎng)培養(yǎng)中的價(jià)值。同時(shí)，教材中實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)指向不明，缺乏難度梯度，也未形成電控實(shí)驗(yàn)體系。因此，結(jié)合CDIO工程教育“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)作”四個(gè)環(huán)節(jié)，遵循“興趣驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目導(dǎo)向、虛實(shí)結(jié)合、分層遞進(jìn)”基本思路，通過(guò)“優(yōu)化教材實(shí)驗(yàn)、拓展項(xiàng)目實(shí)踐、引入課外實(shí)驗(yàn)、整合競(jìng)賽活動(dòng)”的方式，構(gòu)建四階電控實(shí)驗(yàn)體系，如表1所示。在保證實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目連貫性、拓展性、操作性的基礎(chǔ)上完成項(xiàng)目設(shè)置，也可根據(jù)學(xué)校的軟硬件條件增減實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2.3" 平臺(tái)搭建：多平臺(tái)聯(lián)動(dòng)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)條件

受限于資金、人員、學(xué)科重視程度等原因，電子電路實(shí)驗(yàn)室并未在高中階段普及。因此，開展電子控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要開動(dòng)腦筋、因地制宜。

2.3.1" 虛實(shí)結(jié)合的電控實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

可以利用智慧平板或機(jī)房電腦安裝EveryCircuit等仿真電路模擬軟件，同時(shí)配上簡(jiǎn)易的面包板套件，建成虛實(shí)結(jié)合的電控仿真實(shí)驗(yàn)室，無(wú)須重新建設(shè)專用的電子電路實(shí)驗(yàn)室。這樣不僅可以大大降低開展電控實(shí)驗(yàn)的門檻，而且可以提高實(shí)驗(yàn)效率。

2.3.2" 智慧平臺(tái)+電控實(shí)驗(yàn)新探索

探索“智慧平臺(tái)+電控實(shí)驗(yàn)”的教與學(xué)新方式，延伸通用技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)邊際，進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)在學(xué)生工程思維素養(yǎng)培養(yǎng)上的作用。

1）“云”實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生可以在家通過(guò)直播軟件進(jìn)行“云”學(xué)習(xí)，同時(shí)利用“智能手機(jī)+仿真軟件”的形式開展“云”實(shí)驗(yàn)，突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)在空間與時(shí)間上的限制。

2）創(chuàng)新作業(yè)設(shè)計(jì)。對(duì)于電控教學(xué)而言，脫離實(shí)驗(yàn)的紙面作業(yè)必然導(dǎo)致學(xué)生對(duì)電路缺乏直觀感知，理解深度和廣度上有所欠缺?？赏ㄟ^(guò)引入實(shí)踐作業(yè)進(jìn)行作業(yè)形式創(chuàng)新：學(xué)生利用面包板套件進(jìn)行小組合作探究，并通過(guò)智慧平臺(tái)上傳作品進(jìn)行分享。在實(shí)際應(yīng)用中可以大幅提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)學(xué)生間的交流互動(dòng)。

3）電控真題仿真解析。利用仿真軟件形成真題的動(dòng)態(tài)解析，通過(guò)微課的錄制與推送，向?qū)W生呈現(xiàn)更為直觀的電路運(yùn)行動(dòng)畫、數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生加深知識(shí)理解。同時(shí)，學(xué)生可以在仿真實(shí)驗(yàn)室或家用電腦、手機(jī)、平板上進(jìn)行自主探究。

2.3.3" 電控實(shí)踐與活動(dòng)平臺(tái)創(chuàng)設(shè)

CDIO理念認(rèn)為對(duì)學(xué)生工程素養(yǎng)的培養(yǎng)需要以工程項(xiàng)目研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，通過(guò)跨學(xué)科的知識(shí)運(yùn)用與團(tuán)隊(duì)交流協(xié)作進(jìn)行。因此，紹興市陽(yáng)明中學(xué)在電控實(shí)驗(yàn)教學(xué)中嘗試突破學(xué)科邊界，充分聯(lián)系學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)，以項(xiàng)目形式開發(fā)多樣化的校本課程、課程群，形成有梯度的學(xué)科課程體系（圖1）。同時(shí)，將學(xué)生社團(tuán)與競(jìng)賽活動(dòng)課程化也是學(xué)校在學(xué)科建設(shè)方面的積極嘗試。其中，基于“基本控制電路的設(shè)計(jì)”開設(shè)的校園創(chuàng)新電路設(shè)計(jì)比賽、科技創(chuàng)新社團(tuán)等都深受學(xué)生歡迎。

2.4" 課程配套：相關(guān)電控課程資源開發(fā)

高中通用技術(shù)選擇性必修1《電子控制技術(shù)》教材未配有統(tǒng)一的學(xué)生實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，許多學(xué)校面臨“有實(shí)驗(yàn)室但不曉得干什么”的尷尬處境。因此，要開展電控實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須進(jìn)行相關(guān)校本課程資源的開發(fā)。

結(jié)合學(xué)校的軟硬件條件與學(xué)生能力層次，在梳理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、建立階梯形電控實(shí)驗(yàn)體系的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完成校本課程或?qū)嶒?yàn)手冊(cè)的開發(fā)，不僅能清晰電控實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)、內(nèi)容、方法，也可以促進(jìn)通用技術(shù)學(xué)科的建設(shè)和教師的成長(zhǎng)。

2.5" 模式提煉：建立CDIO電控實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

CDIO是一種“回歸工程實(shí)踐”的工程教育模式。利用虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方式，將CDIO工程教育模式與電控教學(xué)40分鐘課堂相結(jié)合（圖2），主要過(guò)程分成如下四個(gè)階段。

2.5.1" 構(gòu)思階段（C）（5分鐘）

各小組查找資料了解本節(jié)課的任務(wù)，根據(jù)所學(xué)知識(shí)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分析，考慮實(shí)現(xiàn)的材料、策略和方法等，討論確定初步的技術(shù)方案。

2.5.2" 設(shè)計(jì)階段（D）（10分鐘）

各小組根據(jù)前期分析，利用所學(xué)的知識(shí)在EveryCircuit軟件上進(jìn)行相應(yīng)電路的設(shè)計(jì)并優(yōu)化。

2.5.3" 實(shí)現(xiàn)階段（I）（15分鐘）

各小組組內(nèi)合作，根據(jù)設(shè)計(jì)的電路利用“面包板+基本元器件”進(jìn)行實(shí)體電路的搭建，將設(shè)計(jì)成品化并進(jìn)行調(diào)試，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求的指標(biāo)。

2.5.4" 運(yùn)作階段（O）（10分鐘）

各小組對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)，一是撰寫項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告，包括背景知識(shí)、設(shè)計(jì)方案、結(jié)果與分析等內(nèi)容；二是進(jìn)行匯報(bào)答辯，展示設(shè)計(jì)成果，如以短視頻、投屏等形式演示完整的操作及實(shí)物作品運(yùn)行情況[2]。

2.6" 評(píng)價(jià)優(yōu)化：注重過(guò)程評(píng)價(jià)、引入拓展項(xiàng)目、合理量化成果

CDIO工程教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生在“做中學(xué)”，關(guān)注學(xué)生多方面能力培養(yǎng)。因此，評(píng)價(jià)方式需要多樣性，如形成性評(píng)價(jià)與成果性評(píng)價(jià)相結(jié)合、書面考試和實(shí)踐應(yīng)用并重等，如表2所示。

3" 體會(huì)與展望：CDIO工程教育模式的實(shí)踐體悟和后續(xù)研究方向

高中階段開展工程思維素養(yǎng)導(dǎo)向的電控實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅受到學(xué)校軟硬件條件的限制，也受到師生觀念、教師能力、課程資源等方面的重要影響。紹興市陽(yáng)明中學(xué)教研組通過(guò)多年實(shí)踐，從理念、體系、平臺(tái)、課程、模式、評(píng)價(jià)”六方面入手，嘗試探索CDIO工程教育理念下的電控實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，突出成績(jī)?nèi)缦隆?/p>

1）學(xué)生主體性得到更好的發(fā)揮。在CDIO工程教育模式中，更多的學(xué)生能在項(xiàng)目中發(fā)揮自己的智慧與才能，積極性高、參與度高、成就感高，教師往往只需扮演安全提醒、工具傳遞、作品評(píng)價(jià)的角色。

2）學(xué)生工程思維素養(yǎng)得到更好的培養(yǎng)。工程思維是以系統(tǒng)分析和比較權(quán)衡為核心的一種籌劃性思維，學(xué)生以設(shè)計(jì)者的角度進(jìn)行合作探究，經(jīng)歷電路從無(wú)到有的過(guò)程，工程思維等核心素養(yǎng)得到全面提升。

3）教師綜合素質(zhì)得到更好的提升。學(xué)校通用技術(shù)教師在幾年的實(shí)踐探索中，個(gè)人課程開發(fā)能力得到顯著提升，也形成了獨(dú)特的教學(xué)模式，無(wú)論是教科研成果還是課堂教學(xué)比賽都取得較為優(yōu)異的成績(jī)。

但在實(shí)踐過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)對(duì)于學(xué)生素養(yǎng)水平的評(píng)價(jià)較為困難，社會(huì)、學(xué)校、家長(zhǎng)、師生依然將考試成績(jī)作為首要乃至唯一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，參與多樣化評(píng)價(jià)的積極性不高，對(duì)過(guò)程性評(píng)價(jià)并不在意，學(xué)生在互評(píng)和自評(píng)環(huán)節(jié)也表現(xiàn)得較為隨意。因此，筆者希望在后續(xù)的研究中進(jìn)一步優(yōu)化評(píng)價(jià)方式，同時(shí)探索CDIO工程教育模式在其他技術(shù)模塊中的運(yùn)用，并以全面育人目標(biāo)開發(fā)相關(guān)融合課程，編撰成體系的實(shí)踐作業(yè)手冊(cè)。

4" 參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[J].北京：人民教育出版社，2020：70.

[2] 虞效益，胡長(zhǎng)興.基于CDIO的實(shí)踐類課程“一體兩翼”有效教學(xué)模式探索：以太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程為例[J].高教學(xué)刊，2022，8（17）：100-103.

*項(xiàng)目來(lái)源：2023年紹興市教育科學(xué)規(guī)劃“依托EveryCircuit軟件開展電控虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)”（編號(hào)：SJG2023318）。

作者簡(jiǎn)介：向勇，高級(jí)教師，紹興市陽(yáng)明中學(xué)教科室主任。