论文部分内容阅读
摘 要：物化能力是通用技术学科核心素养之一，而STEAM项目式教学可以有效地提升学生的物化能力素养。本篇文章主要从教学案例实施入手，对STEAM项目教学活动在通用技术课堂应用特别是对学生的物化能力问题进行探究。
关键词：STEAM项目;通用技术学科核心素养;物化能力;实践
这几年，信息技术特别是人工智能进入了高速发展阶段，同时STEAM项目教学也在我国的中小学教育中快速推广，这些都让学生的学习方式发生了巨大的变化，也让我们的教育模式进入了全新的探索模式。通用技术课程的开展普遍存在着课时少、课时不连续、上理论课学生不爱听等现象，我们是否可以让综合了信息技术的STEAM项目融入通用技术教学中，让通用技术课得到信息技术的支持，信息技术理论又能在通用技术课上得以实践，变成一个现实的物体，让学生体验技术的魅力，最终实现培养学生通用技术学科素养？
一、发现问题
在通用技术课堂测试中，笔者曾用一道题来测试流程与设计的知识，题目是“下列选项是电线接入插座的操作流程，其中合理的是：A.拆插座→剥电线→接电线→装插座 B. 拆插座→接电线→剥电线→装插座 C.剥电线→接电线→拆插座→装插座 D.装插座→剥电线→拆插座→接电线”这道题本身很简单，但学生有个问题很让笔者感慨，他问“为什么接线之前要先剥电线！”这对于我们来说本是非常简单的，因为我们家庭里常用的电源线外部都会有绝缘体包裹，接电线之前当然都得先剥掉一部分绝缘体才能让两根线连接在一起实现导电，但很遗憾这么简单的问题竟然有学生不懂，随着教学的深入，这种简单的生活问题层出不穷，让我们哭笑不得。这就说明我们学生对身边的事物熟视无睹，缺少生活实践，缺乏动手试验。
二、寻求方法
课堂上发现的问题让笔者重新去审视自己的通用技术教学方法，我们该如何去解决这个问题？
2020年《普通高中通用技术课程标准》（2017版2020年修订）全面展开，该标准制定了通用技术学科的学科素养：技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力;同时在该版本的课程标准解读中明确提出了通用技术课程要基于“大项目”“大概念”“大综合”组织与教学设计;另外，通用技术的教学理念是“学中做”“做中学”，操作实践是解决问题最主要的手段。
在顾建军教授主编的《普通高中通用技术课程标准（2017年版）解读》中有个建议是将STEAM教育融入通用技术教学中，STEAM教育是基于项目式教学、整合了科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、藝术（Art）、数学（Mathematics）大综合教育方式，它强调了学科的大综合，结合学生生活将抽象知识呈现，通过项目实践解决实际问题。STEAM教育理念是可以完美匹配到通用技术课程标准，我们完全可以用STEAM项目解决通用技术课程中常见的问题。
通用技术的学科核心素养是：技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力。在前四个素养中，我们都可以通过一般的教学过程培养，唯独对物化能力，我们常态下的教学方法比较难实现，在课标中，物化能力是指采用一定的工艺方法等将意念、方案转换为有用物品，或对已有物品进行改进与优化的能力。为了解决我们学生缺少生活实践、缺乏动手试验的问题，我们把教学重点放在物化能力培养上，培养学生的通过动手体验、操作实践解决问题的能力，而物化能力恰恰是STEAM项目实施过程中解决问题的最常规方法。
另外，人工智能的编程模块已经进入了高一的信息技术课程中，对这个模块学生普遍有着极高的兴趣，我们如果能在此基础上，使学生的人工智能的理论知识在通用技术项目中得以初步的实践，他们的理论将得以升华，同时也会激发他们对通用技术课的热情。
三、教学实践
对于常态下的通用技术课来说，要在极有限的时间内上好一节通用技术课难度很大，要么会变成纯理论课，要么仅有简单的演示课，最后很有可能成了仅仅为了通过学业水平合格性考试而开设的课程，在这种情况下培养通用技术的学科核心素养往往会成为空谈。另外，高中学生因为学习压力很大，基本都处于卧室、饭桌、课桌三点一线，他们普遍存在着想象丰富却脱离实际，设计草图可以画得不错，但让他把设计图转换为现实的物体却很难。
那常态下的基于学科核心素养的通用技术教学该如何开展呢？在通用技术教学中，很注重基于项目的教学，而在这种教学方法中，项目的设计起着至关重要的作用，那又该如何去设计适合我们学生的STEAM项目呢？
为此，我们设计一个结合人工智能的STEAM课例来进行教学实践。
学习主题：制作一台人工智能台灯。
通用技术：木工工具、金工工具、电工工具、3D打印机、激光雕刻机、激光切割机。
信息技术：编程、人工智能、3D设计、激光切割软件、激光雕刻软件。
科学：力学、电学等。
化学：材料特性等。
数学：高度、角度、圆、计算光源的投射面积。
工程：包含草图、3D建模、3D打印、焊接、激光切割、黏结等。
[学生年级]
本主题横跨了通用技术必修课程中“技术与设计2”的所有知识点，蕴含了通用技术学科素养的五个方面，特别是物化能力。学生需具有一定的信息技术、物理、数学、化学、工程的技术知识积累，因此该课程适合于高二年级的学生。
[课时安排]
9个课时。
[设计背景]
每个学生都有自己的台灯，学生对台灯都很熟悉，学生能否可以自己制作一个适合他们的台灯呢？
第一，学生必须要对台灯的结构进行合理的设计，既要保证结构的稳固性，又要对台灯的高度和投射角度进行调节。
第二，学生在制作的过程中，必须对制作流程要熟悉，要懂得时序的先后，还要明确分工，这样才能保证自己的团队能在规定的时间内完成任务。 第三，台灯肯定是个系统工程，团队也是个系统，学生在设计之初，就得运用系统分析的原则来安排分工和制订目标。
第四，台灯本身是个控制系统，从对控制系统的升级和变化，了解开环控制系统和闭环控制系统的不同之处。
这个STEAM课例的设计就是基于通用技术必修课程中“技术与设计2”的所有知识点，培养学生的物化能力，学以致用，通过动手物化的过程发现问题、解决问题。
[活动设计]
四、实践总结
在课例实施过程中，教师除了布置任务、简单介绍项目、教学生规范操作各种工具之外，基本不对学生制作过程进行过多的干涉，更多地采用学生自己动手试验发现问题、解决问题，允许学生犯错，强调有错要改，最终形成自己的实践探究结论。
由于学生对工具和工艺的不熟悉，我们采用了螺旋式上升的教学策略，从最简单的用钢锯、手工锯等手工工具培训到激光切割机、3D打印机等智能化设施的培训，从最早的普通开关式台灯制作过渡到声控台灯最后到智能台灯制作。
在实施过程中，我们发现对在以往的学习活动中很少动手实践制作的学生来说，实践操作真不是容易的事，在操作前感觉都很简单，开始上手了，才发现现实比他们的想象复杂多了，比如：用锯子锯木头，稍不注意就会锯歪了，甚至把锯条弄断;初学用3D打印机打印，他们很喜欢设计看上去漂亮却忽略了强度问题的支撑杆，导致打印了半天才知道是个不能用的废品。
在教学过程中，我们常常看到一个情景：学生在最初构思的时候，往往会有各种各样、稀奇精致的想法，甚至在画草图的时候也会画得很漂亮，但拿到工具和材料的时候，他们都会陷入一种短暂无法下手的茫然，然后会慢慢地根据现实的条件修改方案，经过多次的试验、修改，形成他们最终的作品。虽然作品都会带着各种问题，但每次学生完成作品时那种喜悦是我们无法在评价表中体现出来的。学生只有认真去构思，才有办法把他们的设想通过图样表达出来，也只有不断地实践、比较、修正、优化，才能把实物呈现出来。学生带着任务去体验、实践完整的制作过程，通过评价要点总结归纳出通用技术课程的知识体系，通用技术学科核心素养的培养必然贯彻在整个过程。
由于引入了3D打印和激光雕刻，特别是引入了人工智能，学生兴趣大增，他们有机会去体验新技术而不仅仅停留在理论上。这种STEAM项目教学不仅可以让学生感受到“做什么”“用什么做”“怎样做”的过程，也让学生体验到了“学中做”“做中学”的通用技术课程的基本理念，学生必须通过动手试验做出产品去解决问题，这也验证了STEAM项目对学生物化能力培养的作用。
结束语
通过我们的实践证明，综合了信息技术的STEAM项目教学完全可以激发学生对通用技术的热爱，STEAM项目教学可以很好的培养学生通用技术学科素养。当然，我们对基于STEAM项目的通用技术教学研究还处于初步阶段，还需要我们一线的通用技术教师更多地从实践中去探究和设计适合我们常态课的STEAM项目，真正地让通用技术学科素养特别是物化能力能在STEAM项目教育中得到培养。
参考文獻
[1]顾建军，吴铁军.普通高中通用技术课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018.
[2]陈心，丛敏.学科核心素养理念指导下的通用技术试验教学[J].福建基础教育研究，2019（5）.
[3]郑葳.中国STEAM教育发展报告[M].北京：科学出版社，2017.
[4]吴钧烽.高中通用技术提高学生“物化能力”的探究[J].文理导航，2020（12）.
[5]郑建辉.论高中通用技术教学中学生物化能力培养的实践[J].华夏教师，2019（32）.
基金项目：福建省电教馆教育信息技术研究2020年度立项课题“基于STEAM项目提升通用技术学科物化能力素养研究”（课题编号：KT2047）。
关键词：STEAM项目;通用技术学科核心素养;物化能力;实践
这几年，信息技术特别是人工智能进入了高速发展阶段，同时STEAM项目教学也在我国的中小学教育中快速推广，这些都让学生的学习方式发生了巨大的变化，也让我们的教育模式进入了全新的探索模式。通用技术课程的开展普遍存在着课时少、课时不连续、上理论课学生不爱听等现象，我们是否可以让综合了信息技术的STEAM项目融入通用技术教学中，让通用技术课得到信息技术的支持，信息技术理论又能在通用技术课上得以实践，变成一个现实的物体，让学生体验技术的魅力，最终实现培养学生通用技术学科素养？
一、发现问题
在通用技术课堂测试中，笔者曾用一道题来测试流程与设计的知识，题目是“下列选项是电线接入插座的操作流程，其中合理的是：A.拆插座→剥电线→接电线→装插座 B. 拆插座→接电线→剥电线→装插座 C.剥电线→接电线→拆插座→装插座 D.装插座→剥电线→拆插座→接电线”这道题本身很简单，但学生有个问题很让笔者感慨，他问“为什么接线之前要先剥电线！”这对于我们来说本是非常简单的，因为我们家庭里常用的电源线外部都会有绝缘体包裹，接电线之前当然都得先剥掉一部分绝缘体才能让两根线连接在一起实现导电，但很遗憾这么简单的问题竟然有学生不懂，随着教学的深入，这种简单的生活问题层出不穷，让我们哭笑不得。这就说明我们学生对身边的事物熟视无睹，缺少生活实践，缺乏动手试验。
二、寻求方法
课堂上发现的问题让笔者重新去审视自己的通用技术教学方法，我们该如何去解决这个问题？
2020年《普通高中通用技术课程标准》（2017版2020年修订）全面展开，该标准制定了通用技术学科的学科素养：技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力;同时在该版本的课程标准解读中明确提出了通用技术课程要基于“大项目”“大概念”“大综合”组织与教学设计;另外，通用技术的教学理念是“学中做”“做中学”，操作实践是解决问题最主要的手段。
在顾建军教授主编的《普通高中通用技术课程标准（2017年版）解读》中有个建议是将STEAM教育融入通用技术教学中，STEAM教育是基于项目式教学、整合了科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、藝术（Art）、数学（Mathematics）大综合教育方式，它强调了学科的大综合，结合学生生活将抽象知识呈现，通过项目实践解决实际问题。STEAM教育理念是可以完美匹配到通用技术课程标准，我们完全可以用STEAM项目解决通用技术课程中常见的问题。
通用技术的学科核心素养是：技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力。在前四个素养中，我们都可以通过一般的教学过程培养，唯独对物化能力，我们常态下的教学方法比较难实现，在课标中，物化能力是指采用一定的工艺方法等将意念、方案转换为有用物品，或对已有物品进行改进与优化的能力。为了解决我们学生缺少生活实践、缺乏动手试验的问题，我们把教学重点放在物化能力培养上，培养学生的通过动手体验、操作实践解决问题的能力，而物化能力恰恰是STEAM项目实施过程中解决问题的最常规方法。
另外，人工智能的编程模块已经进入了高一的信息技术课程中，对这个模块学生普遍有着极高的兴趣，我们如果能在此基础上，使学生的人工智能的理论知识在通用技术项目中得以初步的实践，他们的理论将得以升华，同时也会激发他们对通用技术课的热情。
三、教学实践
对于常态下的通用技术课来说，要在极有限的时间内上好一节通用技术课难度很大，要么会变成纯理论课，要么仅有简单的演示课，最后很有可能成了仅仅为了通过学业水平合格性考试而开设的课程，在这种情况下培养通用技术的学科核心素养往往会成为空谈。另外，高中学生因为学习压力很大，基本都处于卧室、饭桌、课桌三点一线，他们普遍存在着想象丰富却脱离实际，设计草图可以画得不错，但让他把设计图转换为现实的物体却很难。
那常态下的基于学科核心素养的通用技术教学该如何开展呢？在通用技术教学中，很注重基于项目的教学，而在这种教学方法中，项目的设计起着至关重要的作用，那又该如何去设计适合我们学生的STEAM项目呢？
为此，我们设计一个结合人工智能的STEAM课例来进行教学实践。
学习主题：制作一台人工智能台灯。
通用技术：木工工具、金工工具、电工工具、3D打印机、激光雕刻机、激光切割机。
信息技术：编程、人工智能、3D设计、激光切割软件、激光雕刻软件。
科学：力学、电学等。
化学：材料特性等。
数学：高度、角度、圆、计算光源的投射面积。
工程：包含草图、3D建模、3D打印、焊接、激光切割、黏结等。
[学生年级]
本主题横跨了通用技术必修课程中“技术与设计2”的所有知识点，蕴含了通用技术学科素养的五个方面，特别是物化能力。学生需具有一定的信息技术、物理、数学、化学、工程的技术知识积累，因此该课程适合于高二年级的学生。
[课时安排]
9个课时。
[设计背景]
每个学生都有自己的台灯，学生对台灯都很熟悉，学生能否可以自己制作一个适合他们的台灯呢？
第一，学生必须要对台灯的结构进行合理的设计，既要保证结构的稳固性，又要对台灯的高度和投射角度进行调节。
第二，学生在制作的过程中，必须对制作流程要熟悉，要懂得时序的先后，还要明确分工，这样才能保证自己的团队能在规定的时间内完成任务。 第三，台灯肯定是个系统工程，团队也是个系统，学生在设计之初，就得运用系统分析的原则来安排分工和制订目标。
第四，台灯本身是个控制系统，从对控制系统的升级和变化，了解开环控制系统和闭环控制系统的不同之处。
这个STEAM课例的设计就是基于通用技术必修课程中“技术与设计2”的所有知识点，培养学生的物化能力，学以致用，通过动手物化的过程发现问题、解决问题。
[活动设计]
四、实践总结
在课例实施过程中，教师除了布置任务、简单介绍项目、教学生规范操作各种工具之外，基本不对学生制作过程进行过多的干涉，更多地采用学生自己动手试验发现问题、解决问题，允许学生犯错，强调有错要改，最终形成自己的实践探究结论。
由于学生对工具和工艺的不熟悉，我们采用了螺旋式上升的教学策略，从最简单的用钢锯、手工锯等手工工具培训到激光切割机、3D打印机等智能化设施的培训，从最早的普通开关式台灯制作过渡到声控台灯最后到智能台灯制作。
在实施过程中，我们发现对在以往的学习活动中很少动手实践制作的学生来说，实践操作真不是容易的事，在操作前感觉都很简单，开始上手了，才发现现实比他们的想象复杂多了，比如：用锯子锯木头，稍不注意就会锯歪了，甚至把锯条弄断;初学用3D打印机打印，他们很喜欢设计看上去漂亮却忽略了强度问题的支撑杆，导致打印了半天才知道是个不能用的废品。
在教学过程中，我们常常看到一个情景：学生在最初构思的时候，往往会有各种各样、稀奇精致的想法，甚至在画草图的时候也会画得很漂亮，但拿到工具和材料的时候，他们都会陷入一种短暂无法下手的茫然，然后会慢慢地根据现实的条件修改方案，经过多次的试验、修改，形成他们最终的作品。虽然作品都会带着各种问题，但每次学生完成作品时那种喜悦是我们无法在评价表中体现出来的。学生只有认真去构思，才有办法把他们的设想通过图样表达出来，也只有不断地实践、比较、修正、优化，才能把实物呈现出来。学生带着任务去体验、实践完整的制作过程，通过评价要点总结归纳出通用技术课程的知识体系，通用技术学科核心素养的培养必然贯彻在整个过程。
由于引入了3D打印和激光雕刻，特别是引入了人工智能，学生兴趣大增，他们有机会去体验新技术而不仅仅停留在理论上。这种STEAM项目教学不仅可以让学生感受到“做什么”“用什么做”“怎样做”的过程，也让学生体验到了“学中做”“做中学”的通用技术课程的基本理念，学生必须通过动手试验做出产品去解决问题，这也验证了STEAM项目对学生物化能力培养的作用。
结束语
通过我们的实践证明，综合了信息技术的STEAM项目教学完全可以激发学生对通用技术的热爱，STEAM项目教学可以很好的培养学生通用技术学科素养。当然，我们对基于STEAM项目的通用技术教学研究还处于初步阶段，还需要我们一线的通用技术教师更多地从实践中去探究和设计适合我们常态课的STEAM项目，真正地让通用技术学科素养特别是物化能力能在STEAM项目教育中得到培养。
参考文獻
[1]顾建军，吴铁军.普通高中通用技术课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018.
[2]陈心，丛敏.学科核心素养理念指导下的通用技术试验教学[J].福建基础教育研究，2019（5）.
[3]郑葳.中国STEAM教育发展报告[M].北京：科学出版社，2017.
[4]吴钧烽.高中通用技术提高学生“物化能力”的探究[J].文理导航，2020（12）.
[5]郑建辉.论高中通用技术教学中学生物化能力培养的实践[J].华夏教师，2019（32）.
基金项目：福建省电教馆教育信息技术研究2020年度立项课题“基于STEAM项目提升通用技术学科物化能力素养研究”（课题编号：KT2047）。