淺析技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之工程思維

摘? 要 從三個(gè)方面對(duì)工程思維進(jìn)行解讀，通過轉(zhuǎn)變教師教學(xué)方式、學(xué)生學(xué)習(xí)方式、評(píng)價(jià)方式，在高中通用技術(shù)課程教學(xué)中有效培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

關(guān)鍵詞 普通高中;通用技術(shù);課程標(biāo)準(zhǔn);核心素養(yǎng);工程思維

中圖分類號(hào)：G633.67? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）23-0108-03

1 引言

布魯納認(rèn)為，在每一門學(xué)科中都存在某些廣泛和強(qiáng)有力的適應(yīng)性觀念，這些觀念形成學(xué)科的深層結(jié)構(gòu)，也就是所謂的學(xué)科核心素養(yǎng)。以數(shù)學(xué)學(xué)科為例，學(xué)生在進(jìn)入社會(huì)后，幾乎沒有什么機(jī)會(huì)去應(yīng)用初高中所學(xué)過的數(shù)學(xué)知識(shí)，所學(xué)的理論知識(shí)很快就會(huì)忘掉。然而，不管之后從事什么類型的工作，被自身內(nèi)化的邏輯思維、抽象思維、類比思維等數(shù)學(xué)思想無時(shí)無刻不在發(fā)生作用，使人受益終身。核心素養(yǎng)是一門學(xué)科的精髓和靈魂，既能指導(dǎo)實(shí)際教學(xué)，也會(huì)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生很大的幫助。

2013年，教育部全面啟動(dòng)普通高中各學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作，經(jīng)過全體專家兩年多辛勤而富有創(chuàng)造性的工作，各學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)修訂基本完成。根據(jù)各方面的意見、建議和測試數(shù)據(jù)，專家對(duì)文本又進(jìn)行數(shù)次修改，形成目前的2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)。《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》重新詮釋了通用技術(shù)課程性質(zhì)和課程理念，并且在課程目標(biāo)中將通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)分為技術(shù)意識(shí)、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、圖樣表達(dá)、物化能力這五個(gè)方面，希望學(xué)生學(xué)習(xí)通用技術(shù)課程后，思維品質(zhì)能夠得到改善，思維方式能夠得到重構(gòu)，問題解決能力能夠提高。其中工程思維作為一個(gè)新的概念在課程標(biāo)準(zhǔn)中頻繁出現(xiàn)，如何讓學(xué)生在高中通用技術(shù)課程中形成并學(xué)會(huì)運(yùn)用工程思維解決實(shí)際問題，成為一線教師亟待解決的問題。

2 解讀高中通用技術(shù)課程中的工程思維

對(duì)大家來說，工程思維并不陌生，工程活動(dòng)是社會(huì)中基礎(chǔ)性的實(shí)踐活動(dòng)，每一種實(shí)踐中的工程活動(dòng)都伴隨著一定形式的工程思維。工程思維具有很多特性，如科學(xué)性、邏輯性、集成性、可靠性和容錯(cuò)性等。高中通用技術(shù)課程立足于學(xué)生的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和親身經(jīng)歷，提倡學(xué)生在做中學(xué)和學(xué)中做，包括真實(shí)問題的解決過程，具備工程思維屬性，這其中的工程思維更關(guān)注技術(shù)和工具，強(qiáng)調(diào)學(xué)生用技術(shù)和工具有效地解決實(shí)際問題。在高中通用技術(shù)課堂上培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，首先要弄清何為通用技術(shù)課程中的工程思維，需要立足以下三點(diǎn)。

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? 無論是實(shí)際生活中的工程活動(dòng)，還是通用技術(shù)課堂上的工程活動(dòng)，都是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性活動(dòng)。任何一個(gè)工程活動(dòng)都是依據(jù)工程思維方法，都必須經(jīng)歷設(shè)計(jì)規(guī)劃、制作實(shí)施和測試優(yōu)化這三個(gè)階段。從設(shè)計(jì)規(guī)劃自己的工程開始，學(xué)生就需要對(duì)自己的工程進(jìn)行系統(tǒng)的分析和各個(gè)層次的比較權(quán)衡，這是一個(gè)復(fù)雜的籌劃性過程，整個(gè)過程都滲透著工程思維。

工程是一個(gè)系統(tǒng)，其中每一個(gè)部分都是相互關(guān)聯(lián)的，工程思維的系統(tǒng)性表現(xiàn)在無論是工程設(shè)計(jì)還是工程實(shí)施，都要用系統(tǒng)的觀點(diǎn)來思考。解決實(shí)際問題時(shí)，系統(tǒng)分析的思維方式尤其重要，系統(tǒng)分析的目的是能夠發(fā)揮系統(tǒng)的整體功能，從而得到解決問題的最佳決策。系統(tǒng)分析的一般操作步驟可以描述為：明確問題、設(shè)立目標(biāo)→收集資料、制訂方案→分析計(jì)算、評(píng)價(jià)比較→核驗(yàn)核實(shí)、作出決策。通用技術(shù)課堂上進(jìn)行項(xiàng)目教學(xué)時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)清項(xiàng)目中各個(gè)部分的緊密結(jié)合性和復(fù)雜相關(guān)性，能夠逐漸學(xué)會(huì)對(duì)遇到的問題進(jìn)行系統(tǒng)分析和比較權(quán)衡，然后作出最終的決策。

工程思維是以解決實(shí)際問題為目標(biāo)的一種指向性思維? 在通用技術(shù)課堂上，要讓學(xué)生明白工程的最終目的是明確的，即達(dá)到預(yù)先的設(shè)計(jì)結(jié)果或制造出符合應(yīng)用要求的成品，無論是實(shí)物的制造還是原型的完成。工程思維是以解決具體問題為導(dǎo)向的，這個(gè)解決方法哪怕是權(quán)宜之計(jì)也沒關(guān)系。理論研究帶有試錯(cuò)性質(zhì)，好比在海洋中探索，不知道會(huì)捉到一條大魚還是一只蝦米。而工程思維卻截然不同，就像是海洋的深處有一條大魚，需要考慮并應(yīng)用各種辦法把那條魚捉回來，捉不回來那條大魚，再多的努力也是徒勞。

比如在電子控制與設(shè)計(jì)課堂上，要求學(xué)生解決一個(gè)問題：廁所燈的設(shè)計(jì)與制作。以學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，立刻就會(huì)提出三種方案：紅外線控制、聲音控制和觸摸控制。這時(shí)候就要啟發(fā)提示學(xué)生：設(shè)計(jì)廁所燈最終想達(dá)到的目的是什么？明白后再去考慮什么樣的實(shí)現(xiàn)方法最可能達(dá)到這個(gè)目的。學(xué)生經(jīng)過討論會(huì)總結(jié)出廁所燈的最佳狀態(tài)，即白天不會(huì)亮，夜晚沒人進(jìn)入的時(shí)候也不會(huì)亮;當(dāng)有人進(jìn)入后，廁所燈會(huì)發(fā)光，而當(dāng)人離開后，燈會(huì)熄滅。這是最理想的狀態(tài)，既方便智能又節(jié)能省電。確定了想達(dá)到的目的，再把提出的三個(gè)方案拿出來，比較權(quán)衡看哪種方案最能達(dá)到預(yù)定的目的。

工程思維是以價(jià)值目標(biāo)為導(dǎo)向和以價(jià)值目的為靈魂的一種實(shí)踐性思維? 工程是一種價(jià)值化的實(shí)體或人為化的實(shí)體。這就決定了工程思維方式不可能是虛體思維，而只能是實(shí)體思維;但又不是一般的實(shí)體思維，而是價(jià)值化的實(shí)體思維[1]。在通用技術(shù)課堂中用工程思維解決的對(duì)象都是實(shí)實(shí)在在存在的實(shí)體。項(xiàng)目教學(xué)的初期階段，學(xué)生不用考慮自己工程的優(yōu)缺點(diǎn)和可行性，天馬行空也沒關(guān)系;真正到籌劃階段就需要遵循一定的價(jià)值目標(biāo)，使自己的想法不致成為空想和幻想。教師最終也會(huì)依據(jù)一定的價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)對(duì)項(xiàng)目完成的結(jié)果作出好壞、優(yōu)劣的價(jià)值評(píng)價(jià)與判斷。

工程思維的技巧是要比生活超越一個(gè)層級(jí)去看待解決問題，從數(shù)學(xué)和物理上的權(quán)限來看待解決問題，而不是憑借直覺、想象甚至毫無邏輯的推理;直覺和常識(shí)非常有用，但由生活環(huán)境產(chǎn)生且缺乏認(rèn)知的直覺會(huì)誤導(dǎo)人們的認(rèn)知，相反，工程思維會(huì)突破認(rèn)識(shí)的局限并看清事情的本質(zhì)。比如開發(fā)一個(gè)APP，工程思維關(guān)注的是需求實(shí)施的過程，包括目標(biāo)、計(jì)劃、方案、執(zhí)行等，而一般人只會(huì)覺得就是自己下載到桌面的那一部分;實(shí)際上在工程思維的范圍內(nèi)，那只是很小的一部分，除了客戶端還包括注冊(cè)域名、購買服務(wù)器、帶寬、注冊(cè)開發(fā)者賬號(hào)、技術(shù)選型、框架選擇、服務(wù)端開發(fā)等一系列問題。所以，在通用技術(shù)課堂上要引導(dǎo)學(xué)生拋開傳統(tǒng)習(xí)慣思維方式的束縛，多使用工程思維來考慮解決問題。

3 如何在高中通用技術(shù)課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的工程思維

教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變：知識(shí)本位轉(zhuǎn)向素養(yǎng)本位? 掌握某一學(xué)術(shù)領(lǐng)域的基本觀念，不但包括掌握一般原理，還包括培養(yǎng)對(duì)待學(xué)習(xí)和調(diào)查研究、對(duì)待推測和預(yù)感、對(duì)待獨(dú)立解決難題的可能性態(tài)度。通用技術(shù)課程旨在提高學(xué)生的技術(shù)核心素養(yǎng)，希望學(xué)生學(xué)習(xí)通用技術(shù)課程后，思維品質(zhì)能夠得到改善，技術(shù)素養(yǎng)能夠得到提高。在一線教師意識(shí)中，通用技術(shù)是一門實(shí)踐類課程，主要目的是提高學(xué)生的動(dòng)手能力，所以在教學(xué)中注重的仍然是知識(shí)的應(yīng)用和技巧的訓(xùn)練，卻一直忽視學(xué)生內(nèi)在品格的塑造。

為了提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)，教師的教學(xué)方式必須要發(fā)生改變。從知識(shí)本位到素養(yǎng)本位的改變，首先要厘清知識(shí)和素養(yǎng)的關(guān)系，二者的關(guān)系是相輔相成的，知識(shí)是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中習(xí)得的，素養(yǎng)則是通過引出自身內(nèi)化了的知識(shí)而發(fā)揮作用。知識(shí)內(nèi)容很重要，而學(xué)習(xí)這些知識(shí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)方式和思維方式更為重要。教師在通用技術(shù)課堂中，不僅要讓學(xué)生了解動(dòng)手做的技術(shù)是什么，怎么做的技術(shù)，更重要的是要知道為何做的技術(shù)。

在教授通用技術(shù)電子控制這一部分時(shí)，有很多的知識(shí)性內(nèi)容，如色環(huán)電阻的阻值識(shí)別、電容器的容量識(shí)讀、二極管三極管的引腳排列等。在以往的教學(xué)中，教師都會(huì)單獨(dú)作為教學(xué)目標(biāo)拿出來講授，要求學(xué)生熟悉記牢。而教學(xué)方式從知識(shí)本位轉(zhuǎn)向素養(yǎng)本位更注重的是學(xué)生在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)考慮問題的方式也就是思維方式。在網(wǎng)絡(luò)或書本上可以查到的知識(shí)性內(nèi)容沒有必要讓學(xué)生死記硬背，而是蘊(yùn)含在設(shè)計(jì)制作控制系統(tǒng)的真實(shí)情境中。目的并不是讓學(xué)生知道某一知識(shí)的特性和內(nèi)容，而是培養(yǎng)學(xué)生在今后的人生中可以無意識(shí)提取使用的思維品質(zhì)。

學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變：淺層學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向深層學(xué)習(xí)? 通用技術(shù)課堂中的學(xué)習(xí)和語文、數(shù)學(xué)、英語等考試學(xué)科不同，它不是教師單向傳遞知識(shí)的活動(dòng)，也不是單純記憶知識(shí)的活動(dòng)，而是通過師生之間的交互作用，在實(shí)際的體驗(yàn)過程中展開知識(shí)探究，讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)方法的活動(dòng)。而培養(yǎng)學(xué)生的工程思維不是淺層的知識(shí)學(xué)習(xí)可以實(shí)現(xiàn)的，鐘啟泉教授提出深度學(xué)習(xí)，需要通過“問題產(chǎn)生”“問題分享”“問題深化”展開學(xué)習(xí)，才能進(jìn)一步深化問題、產(chǎn)生新的可能，形成可持續(xù)學(xué)習(xí)。

那么在通用技術(shù)探究式教學(xué)過程中，問題如何產(chǎn)生，進(jìn)而怎樣深化問題，都是學(xué)生要一步步慢慢掌握的。這就需要教師不斷引導(dǎo)和強(qiáng)化，可以采用兩種方式。

一是教師設(shè)計(jì)好項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)劃書，在項(xiàng)目產(chǎn)生前發(fā)給學(xué)生。項(xiàng)目設(shè)計(jì)計(jì)劃書中包括項(xiàng)目產(chǎn)生的背景、創(chuàng)意創(chuàng)新點(diǎn)、采用的技術(shù)方案、與同類事物相比的不同點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)等，并鼓勵(lì)附上草圖，要求標(biāo)明各個(gè)組成部分的名稱和作用。

二是在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)制作過程中，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)自我六問。①如何解決問題？②如何更好更快更新地解決問題？③有沒有別的沒嘗試過的解決問題的辦法？④如何避免走彎路？⑤參數(shù)的變化是否影響結(jié)論？如果不影響，不去較真。⑥關(guān)注最本質(zhì)的、最重要的東西，相對(duì)較少關(guān)注表面的東西，比如排版設(shè)計(jì)、行間距等，整齊即可。

以上文提及的廁所燈的設(shè)計(jì)制作為例，學(xué)生進(jìn)行自我六問。①怎樣能實(shí)現(xiàn)廁所燈智能又節(jié)能？②除了光控、聲控等方法外，還有更好的解決方法嗎？③嘗試下紅外線傳感器的靈敏度是否比聲控更加方便？④在黑暗中進(jìn)入廁所可能會(huì)找不到觸摸開關(guān)，直接把觸摸控制排除，不再嘗試。⑤光敏電阻中參數(shù)的變化是否影響廁所燈對(duì)光線的感應(yīng)度呢？⑥最本質(zhì)、最重要的是要實(shí)現(xiàn)智能和節(jié)能，是否方便安裝、是否美觀暫時(shí)不需要去關(guān)注。

評(píng)價(jià)方式的轉(zhuǎn)變：課內(nèi)評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向課賽結(jié)合? 以往通用技術(shù)教學(xué)中的評(píng)價(jià)方式一般分為過程性評(píng)價(jià)、結(jié)果性評(píng)價(jià)或者兩者結(jié)合。過程性評(píng)價(jià)主要以學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中的表現(xiàn)作為評(píng)價(jià)對(duì)象，而不去過多關(guān)注最終的結(jié)果。而結(jié)果性評(píng)價(jià)主要以最終項(xiàng)目的完成情況作為對(duì)象。兩者結(jié)合的方式用得比較多，最終的課程成績中兩者各占一定的比例。隨著創(chuàng)客和STEM教育的興起，筆者所在學(xué)校開始探究用“課賽結(jié)合”的方式作為課程的評(píng)價(jià)方式。學(xué)生在江蘇省科技創(chuàng)新大賽中獲得很好的成績，而學(xué)生的作品大部分是在通用技術(shù)課堂上醞釀出雛形而后完善成型的。

從課程方面來看，“課賽結(jié)合”更好地將必修和選修結(jié)合起來，根據(jù)比賽的要求，在課堂上能更有針對(duì)性地學(xué)習(xí)，逐漸將通用技術(shù)知識(shí)內(nèi)化成為自身的技術(shù)素養(yǎng)。從學(xué)生方面來看，以賽促學(xué)，以學(xué)促賽，課賽結(jié)合，通過比賽讓學(xué)生能夠接觸更多平時(shí)在學(xué)校里接觸不到的創(chuàng)意和技術(shù)，結(jié)合比賽學(xué)習(xí)通用技術(shù)更有目標(biāo)性和動(dòng)力，并且學(xué)以致用，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，系統(tǒng)分析和比較權(quán)衡的工程思維方式也潛移默化地得到提升改善。

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作者：王子，江蘇省錫山高級(jí)中學(xué)（214174）。