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)案例實施入手，對STEAM項目教學(xué)活動在通用技術(shù)課堂應(yīng)用特別是對學(xué)生的物化能力問題進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：STEAM項目;通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng);物化能力;實踐

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STEAM項目教學(xué)也在我國的中小學(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)課程的開展普遍存在著課時少、課時不連續(xù)、上理論課學(xué)生不愛聽等現(xiàn)象，我們是否可以讓綜合了信息技術(shù)的STEAM項目融入通用技術(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)課上得以實踐，變成一個現(xiàn)實的物體，讓學(xué)生體驗技術(shù)的魅力，最終實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生通用技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)？

一、發(fā)現(xiàn)問題

在通用技術(shù)課堂測試中，筆者曾用一道題來測試流程與設(shè)計的知識，題目是“下列選項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”這道題本身很簡單，但學(xué)生有個問題很讓筆者感慨，他問“為什么接線之前要先剝電線！”這對于我們來說本是非常簡單的，因為我們家庭里常用的電源線外部都會有絕緣體包裹，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現(xiàn)導(dǎo)電，但很遺憾這么簡單的問題竟然有學(xué)生不懂，隨著教學(xué)的深入，這種簡單的生活問題層出不窮，讓我們哭笑不得。這就說明我們學(xué)生對身邊的事物熟視無睹，缺少生活實踐，缺乏動手試驗。

二、尋求方法

課堂上發(fā)現(xiàn)的問題讓筆者重新去審視自己的通用技術(shù)教學(xué)方法，我們該如何去解決這個問題？

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，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、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達(dá)、物化能力;同時在該版本的課程標(biāo)準(zhǔn)解讀中明確提出了通用技術(shù)課程要基于“大項目”“大概念”“大綜合”組織與教學(xué)設(shè)計;另外，通用技術(shù)的教學(xué)理念是“學(xué)中做”“做中學(xué)”，操作實踐是解決問題最主要的手段。

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)生生活將抽象知識呈現(xiàn)，通過項目實踐解決實際問題。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項目解決通用技術(shù)課程中常見的問題。

通用技術(shù)的學(xué)科核心素養(yǎng)是：技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達(dá)、物化能力。在前四個素養(yǎng)中，我們都可以通過一般的教學(xué)過程培養(yǎng)，唯獨對物化能力，我們常態(tài)下的教學(xué)方法比較難實現(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)生缺少生活實踐、缺乏動手試驗的問題，我們把教學(xué)重點放在物化能力培養(yǎng)上，培養(yǎng)學(xué)生的通過動手體驗、操作實踐解決問題的能力，而物化能力恰恰是STEAM項目實施過程中解決問題的最常規(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，對這個模塊學(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在通用技術(shù)項目中得以初步的實踐，他們的理論將得以升華，同時也會激發(fā)他們對通用技術(shù)課的熱情。

三、教學(xué)實踐

對于常態(tài)下的通用技術(shù)課來說，要在極有限的時間內(nèi)上好一節(jié)通用技術(shù)課難度很大，要么會變成純理論課，要么僅有簡單的演示課，最后很有可能成了僅僅為了通過學(xué)業(yè)水平合格性考試而開設(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)往往會成為空談。另外，高中學(xué)生因為學(xué)習(xí)壓力很大，基本都處于臥室、飯桌、課桌三點一線，他們普遍存在著想象豐富卻脫離實際，設(shè)計草圖可以畫得不錯，但讓他把設(shè)計圖轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實的物體卻很難。

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)該如何開展呢？在通用技術(shù)教學(xué)中，很注重基于項目的教學(xué)，而在這種教學(xué)方法中，項目的設(shè)計起著至關(guān)重要的作用，那又該如何去設(shè)計適合我們學(xué)生的STEAM項目呢？

為此，我們設(shè)計一個結(jié)合人工智能的STEAM課例來進(jìn)行教學(xué)實踐。

學(xué)習(xí)主題：制作一臺人工智能臺燈。

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、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]

本主題橫跨了通用技術(shù)必修課程中“技術(shù)與設(shè)計2”的所有知識點，蘊(yùn)含了通用技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)的五個方面，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)知識積累，因此該課程適合于高二年級的學(xué)生。

[課時安排]

9個課時。

[設(shè)計背景]

每個學(xué)生都有自己的臺燈，學(xué)生對臺燈都很熟悉，學(xué)生能否可以自己制作一個適合他們的臺燈呢？

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

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

第三，臺燈肯定是個系統(tǒng)工程，團(tuán)隊也是個系統(tǒng)，學(xué)生在設(shè)計之初，就得運用系統(tǒng)分析的原則來安排分工和制訂目標(biāo)。

第四，臺燈本身是個控制系統(tǒng)，從對控制系統(tǒng)的升級和變化，了解開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的不同之處。

這個STEAM課例的設(shè)計就是基于通用技術(shù)必修課程中“技術(shù)與設(shè)計2”的所有知識點，培養(yǎng)學(xué)生的物化能力，學(xué)以致用，通過動手物化的過程發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

[活動設(shè)計]

四、實踐總結(jié)

在課例實施過程中，教師除了布置任務(wù)、簡單介紹項目、教學(xué)生規(guī)范操作各種工具之外，基本不對學(xué)生制作過程進(jìn)行過多的干涉，更多地采用學(xué)生自己動手試驗發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，允許學(xué)生犯錯，強(qiáng)調(diào)有錯要改，最終形成自己的實踐探究結(jié)論。

由于學(xué)生對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)，從最早的普通開關(guān)式臺燈制作過渡到聲控臺燈最后到智能臺燈制作。

在實施過程中，我們發(fā)現(xiàn)對在以往的學(xué)習(xí)活動中很少動手實踐制作的學(xué)生來說，實踐操作真不是容易的事，在操作前感覺都很簡單，開始上手了，才發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實比他們的想象復(fù)雜多了，比如：用鋸子鋸木頭，稍不注意就會鋸?fù)崃耍踔涟唁彈l弄斷;初學(xué)用3D打印機(jī)打印，他們很喜歡設(shè)計看上去漂亮卻忽略了強(qiáng)度問題的支撐桿，導(dǎo)致打印了半天才知道是個不能用的廢品。

在教學(xué)過程中，我們常?？吹揭粋€情景：學(xué)生在最初構(gòu)思的時候，往往會有各種各樣、稀奇精致的想法，甚至在畫草圖的時候也會畫得很漂亮，但拿到工具和材料的時候，他們都會陷入一種短暫無法下手的茫然，然后會慢慢地根據(jù)現(xiàn)實的條件修改方案，經(jīng)過多次的試驗、修改，形成他們最終的作品。雖然作品都會帶著各種問題，但每次學(xué)生完成作品時那種喜悅是我們無法在評價表中體現(xiàn)出來的。學(xué)生只有認(rèn)真去構(gòu)思，才有辦法把他們的設(shè)想通過圖樣表達(dá)出來，也只有不斷地實踐、比較、修正、優(yōu)化，才能把實物呈現(xiàn)出來。學(xué)生帶著任務(wù)去體驗、實踐完整的制作過程，通過評價要點總結(jié)歸納出通用技術(shù)課程的知識體系，通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)必然貫徹在整個過程。

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)會去體驗新技術(shù)而不僅僅停留在理論上。這種STEAM項目教學(xué)不僅可以讓學(xué)生感受到“做什么”“用什么做”“怎樣做”的過程，也讓學(xué)生體驗到了“學(xué)中做”“做中學(xué)”的通用技術(shù)課程的基本理念，學(xué)生必須通過動手試驗做出產(chǎn)品去解決問題，這也驗證了STEAM項目對學(xué)生物化能力培養(yǎng)的作用。

結(jié)束語

通過我們的實踐證明，綜合了信息技術(shù)的STEAM項目教學(xué)完全可以激發(fā)學(xué)生對通用技術(shù)的熱愛，STEAM項目教學(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，我們對基于STEAM項目的通用技術(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)教師更多地從實踐中去探究和設(shè)計適合我們常態(tài)課的STEAM項目，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項目教育中得到培養(yǎng)。

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