基于STEAM的高中通用技術項目教學設計與實踐

葉宛沂 楊文正

摘要：高中通用技術課程的開展著重培養學生技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達和物化能力這五大核心素養。現階段通用技術課程的傳統教學模式對于學生學科核心素養培養體現不足。本文以智能書架為案例，從教學前期分析、教學設計與實踐、教學反思等過程對STEAM教育與通用技術課程的結合進行深度分析與研究。論文分析了現階段通用技術課程開展的現狀以及存在的問題，并針對問題進行教學案例的設計與實踐。在課程教學實踐過程中，學習者的主體地位充分體現，學生的思考能力、動手能力和創新能力得到發展。

關鍵詞：STEAM;高中一年級;通用技術;項目教學法;教學設計

中圖分類號：G434? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）26-0112-04

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

自新課程改革以來，通用技術課程深受老師和同學的喜愛，是素質教育的重要體現。然而，目前通用技術課程的開展存在課時少、教師為趕進度而滿堂灌、學生死記硬背的現象。項目教學法是由教師引導學生發現問題，針對該問題由學生自主完成一個獨立的項目，其中包括信息的收集、方案的設計與實施等環節。用項目教學的形式開展通用技術課程，能夠充分地調動學習者的學習興趣，讓學習者將知識轉化為實踐，在有效時間內提高學習效率。本文結合2017年修訂的《普通高中通用技術課程標準》，引導學生在原有的四人間的宿舍書架上進行改進，設計具有自動化升降功能的智能書架，開展項目教學實踐。

1 高中通用技術課程教學的現狀與問題

目前高中通用技術教學中存在的問題主要有：第一，無論是教師還是學生，對于通用技術學科的重視程度不高，通用技術課程課時較少，教師為趕進度而進行灌輸式教學，忽略了學科的本質特點。第二，多數通用技術教師采用傳統的教學模式，沒有以學習者為中心設計教學項目，無法體現通用技術的核心素養。第三，學生對于知識的學習多采用“死記硬背”的方式，沒有進行相應的實踐，缺乏對所學知識的直接認知。

通用技術有著“設計學習”和“操作學習”的課程特征和立足實踐、追求創新的課程定位，目前通用技術課程大多數以理論結合實踐的形式開展[1]。項目教學在引導學生從興趣出發，結合生活實際情境，跨學科知識整合的過程中能夠很好地發揮其項目指導功能。教師把通用技術課程的教學與項目教學有機地融合，能夠在培養學生技術素養的基礎上，形成學生的系統性工程思維，更接近通用技術核心素養的形成。因此，采用項目式教學的方式進行教學，對于培養學生的通用技術素養以及創新精神，具有積極的意義。

2 基本理念及理論基礎

STEAM教育是一種整合的教育方式，它在內容上把科學、技術、工程、數學、人文整合在一起，涵蓋了從幼兒園到大學的教育。它能夠培養人們解決真實世界中的問題的知識、技能與能力，幫助人們更好地適應現代社會，更好地促進人類的發展。[2]STEAM教育的基本內涵包括三個方面：基于真實問題解決的教育。學科整合的教育。培養必需技能的教育。

項目教學法[3]，是指學生在老師的指導下獨立完成一個項目，項目的開展包括信息的收集、方案的設計、項目的實施等環節。在完成整個項目的過程中，學生了解并掌握所需的知識點和各個學科的基本要求。項目教學法最核心的特點就是“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”，注重將理論運用到實踐當中，目標指向性較強，教學效率較高。并且在項目的開展過程中，師生能夠互幫互助，共同取得成果。

基于STEAM教育理念進行項目教學的設計，能夠為學生提供真實的教學情境，引導學生綜合多學科的知識來解決真實世界的問題，幫助學生發展思維，提升學生運用知識的能力，從而獲得通用技術學科的核心素養。STEAM 教育理念指導下的通用技術課程開展，應做到時時刻刻以學生為中心，設計基于真實生活中遇到的問題的教學情境，讓學生發現問題、提出問題，組織學生進行探究與協作式學習。而教師的主要職責是引導學生進行知識建構。

3 教學前期分析

3.1學習者特征分析

學生在初中階段已經上過簡單、基礎的勞動技術課，有一定的動手制作的技能，但是只能夠跟著老師進行簡單的模仿與制作，沒有系統地學習設計的思路與技術使用的方法。學生在日常生活中，能夠發現一些問題，但是缺少發現問題并試圖解決它的意識。

由于高二年級的學生有了一定的生活經歷和文化基礎，對認識問題有自己的觀點，初步具備了發現問題的能力，所以他們具備掌握設計過程以及各項技術的能力。此外雖然目前的物質生活非常豐富，但學生對于產品、制作等內容知之甚少，而且對于設計的過程更是沒有清楚的印象。因此，本次設計讓學生先實踐、后理論的方式，在實踐中獲得對理論知識的感性認識，從實踐中總結經驗。

3.2教學內容分析

通用技術是在人們的日常生活中，最為基礎的、被廣泛使用的技術。高中通用技術課程的開設，是以培養學生的學科核心素養為主要目標，幫助學生掌握適應社會以及職業發展所必需的技術。“技術與設計1”是高中通用技術課程的第一個必修模塊，通過該課程的學習，希望能夠幫助學生構建一個關于技術領域的新的知識體系，學習技術的思維方式，充分激發學生的創造力，培養學生用技術解決生活中所遇到的問題的能力，并倡導學生關注和使用新技術，課程的具體內容包括發現與明確問題，特定設計方案，制作模型或原型，測試、評估及優化，產品的使用與維護。

3.3教學目標分析

通過本模塊的學習，學生能夠對技術有一個初步的、基本的認識，并在經歷技術設計的一般過程的體驗中，逐漸形成本學科的核心素養——包括技術意識、工程思維、創新設計、圖樣表達、物化能力[4]五個方面。參考中華人民共和國教育部制定的《普通高中通用技術課程標準（2017年版）》[5]，秉承系統性、適應性和發展性原則從三維目標來分析，如下表所示。

4 教學活動設計

4.1教學活動總體設計

結合 STEAM 教育的特性及通用技術課程的教學模式，本次教學項目設計基于《普通高中課程標準實驗教科書通用技術必修1》進行設計，將教學過程分為以下五個步驟：教師根據宿舍書架使用時存在的問題，創設教學情境;教師根據所創設的教學情境，引導學生發現問題與明確問題，明確設計開展的方向;學生分成每6人為一個小組，運用所學知識進行探究、協作式學習，完成書架的設計與模型制作;教師在學生探究與協作學習的過程中給予學生幫助，引導學生進行知識的建構;學生依據解決問題的方案，動手實踐以解決問題。在課程的最后，學生需要完成智能書架的設計以及模型制作，學習與鞏固教科書中的相關知識點。

4.2教學活動設計

本課程項目共10個學時，每一個課程內容都有相應的理論課與實踐課，整個課程的學習活動由教師理論知識講解和學生分組實踐探究兩部分組成。首先，教師進行第一課“設計的一般過程”的理論知識講解，在整個講解過程當中幫助學生發現與明確問題——設計智能書架，這一節課后學生進行資料的搜集與整理，梳理自己的想法。第二節課組織學生進行頭腦風暴，交流各自的想法。緊接著，由教師進行“三視圖”部分內容的講解。學習完知識之后，學生有2個課時的時間各自完成自己的設計方案并進行小組匯報與交流。每一位學生完成自己的設計方案之后，教師進行“設計的一般原則”的授課，在授課過程當中指導學生根據設計的一般原則進行方案的篩選，確定每一個小組最終的方案。確定方案之后，教師先進行1課時的“工藝”部分知識點講解，簡要介紹木工、金工等針對不同材料的加工工具和加工方法，并重點介紹這些加工工具的使用方法，為學生后面3個課時的模型制作的實踐課打下基礎。學生通過3個課時的實踐，每個小組根據之前確定的設計方案完成模型的制作。最后一個階段，由教師組織學生進行作品的展示。

4.3教學評價設計

本課程的評價結合不同的學習目標來確定評價指標，采用教師評價與學生組內匿名互評相結合的方式進行。

（1）整個教學過程的教師評分表由教師根據每一個位學生在工程過程中的每一個環節的表現以及上交的作品進行打分，最終計算出總平均分為教師對該名學生這門課程評定的總成績，具體評分標準如下：

①分數a1：明確問題。沒有明確問題得0分;問題沒有被清晰理解或準確識別得60分;問題的一部分被明確得70分;問題的兩三個部分被明確得80分;問題的所有部分都被包含或明確，并被清晰理解得100分。

②分數a2：制訂設計方案。沒有制訂設計方案得0分;提出的設計方案沒有針對所需要解決的問題，設計方案包括了以下必要細節中的1個：比例、尺寸、材料、標注得60分;提出的設計方案較好地解決了問題，設計方案包括了以下必要細節中的2個：比例、尺寸、材料、標注得70分;提出的設計方案較好地解決了問題，設計方案包括了以下必要細節中的3個：比例、尺寸、材料、標注得80分;提出的設計方案應對了問題，并呈現了問題的參數，設計容易理解，并涵蓋了以下所有細節：比例、尺寸、材料、標注得100分。

③分數a3：制作模型。沒有模型得0分;提交的模型沒有應對問題或處理任何參數，模型沒有依照提交的設計方案來建立得60分;提交的模型應對了問題，但只處理了1個參數，模型沒有依照設計方案來建立得70分;提交的模型應對了問題，但只處理了一半參數，模型依照了設計方案來建立得80分;提交的模型較好地解決了問題，并處理了問題中的所有參數，且模型是按照設計方案來建立的得100分。

④分數a4：分析數據和再設計。沒有分析數據或再設計得0分;進行了再設計，但是對模型或設計方案做出的修改不恰當或不必要得60分;搜集到的數據被用于做出恰當的修改，但模型與設計方案沒有同時修改得70分;對模型和設計方案做出了恰當的修改和再設計，但存在不必要的修改或仍有部分問題待解決的得80分;搜集到的數據被用于對模型與設計方案做出恰當的修改，且所有修改都是經仔細思考和呈現的得100分。

最終的教師評分為[M1=a1+a2+a3+a44]

（2）組內匿名互評表由每一個6人小組的組員之間匿名進行打分，最后每一位學生的互評成績為組內所有其他組員對該生評價得分的平均分，評分指標如下：

①熟知本小組的問題情境，及時發現與明確問題（10分）。

②積極進行相關資料的收集（20分）。

③積極參與小組活動（20分）。

④高質量完成組內任務（20分）。

⑤在小組的項目實踐中做出優秀貢獻（15分）。

⑥具有團隊合作精神（15分）。

最終的組內互評分為

（3）最終成績評定=教師評分*70%+組內匿名評分*30%

5 教學實施過程

（1）創設問題情境

在學生宿舍內，傳統書架（如圖1所示）一般是固定，放置物品的空間本來就小，并且書架放置較高，對于大部分的同學來說，取書十分不便，常常會因為其他書的掉落砸亂其他東西，無法滿足學生在不同狀態下的使用要求。傳統書架雖然具有一定的實用性，但是使用起來不是特別便利，對學生來說，需要一種能夠讓學生在宿舍找書、取書方便的智能書架。

（2）頭腦風暴

對于給出的問題情境，分小組進行頭腦風暴，主要有以下設想：

A：限制式拼圖樣式的書架，要求書架有六個格子，其中只有五個格子可以放書，空出一個格子，書格可以向相互替換。

B：受升降電梯和現有的多層升降側擺移式機械停車庫啟發，提出一種升降書架，設有書架底座、多層置書板，以及支撐擺臂。

C：受摩天輪結構啟發，提出一種可循環升降書架，書架的兩側采用鏈條、齒輪式結構，鏈條能夠在電動機的帶動滾動，形成傳送帶，從而帶動書架上的面板一起運動。

D：抽屜式可伸縮書架，類似抽屜結構，通過軸承實現升降。

（3）講解新知

教師對活動開展的過程進行詳細說明，并分多個課時講解核心知識點，具體如下：

①技術設計的一般過程：發現與明確問題、制定設計方案、制作模型或原型、測試評估及優化、產品的使用與維護。

②設計的七大原則：創新原則、實用原則、經濟原則、美觀原則、道德原則、技術規范原則、可持續發展原則。

③正投影法及其基本性質、三視圖的定義及畫法、注意事項等。教師呈現例題并進行講解，請同學上黑板完成三視圖的繪制，其余同學在自己的紙上進行繪圖練習。

④常用的工藝種類以及其對應的工具和使用方法。教師邊講解邊讓學生傳看相關工具。請學生上講臺進行手鋸鋸條安裝的演示，教師加以輔助指導和重點提示，并總結學生的表現，突出重點的操作注意事項。

（4）方案設計

每個小組根據之前選定的方案，完成本組的設計方案草圖和三視圖，圖2所示為某一小組的設計草圖。該方案通過在書架底板加支撐物并控制支撐物的伸縮來控制書架底板的升降，從而實現書架的升降。

（5）模型的制作

第一步：根據設計方案選材，畫線。

第二步：根據畫線進行材料的鋸割，如圖3（a）所示，由于所用木板較厚，鋸割較為費力，學生嘗試使用手鋸、電鋸等多種方式進行。

第三步：鋸割出的材料會出現表面不平整、不光滑的現象，需要打磨。打磨的方式有多種，如刨、銼削等，學生分別進行嘗試。

第四步：將打磨好的材料進行裝訂和組裝，如圖3（b）所示。

第五步：作品展示與暢想，學生對于書架的智能性提出了兩點設想。第一，可以在上下層結構中間安裝磁力裝置，用小程序控制磁力裝置是否通電，當它通電時，書架的上下層之間可以產生磁力，上下層相互吸附，書架不會下降。當磁力裝置斷電時，磁力消失，書架下層便脫離上層緩慢下降，實現其智能升降。第二，書架的升降主要是通過書架上下層共4個滑輪驅動，因此只要控制四個滑輪就可以控制書架的升降。可以通過電動機連通4個滑輪，并用程序控制電動機是否運行，向哪邊運行，就可以控制書架的智能升降。

6 結束語

通過4節理論課和5節實踐課的學習與制作，同學們能夠較好地掌握《設計的一般過程》《設計的一般原則》《設計與交流中的技術語言》以及《工藝》這四個部分的內容，并通過書架的制作來鞏固理論知識的學習，將理論與實踐高度結合起來。在課程的開展中，學生的學習興趣較強，能夠主動地進行資料的收集與整理，積極主動地完成各項任務。在項目實踐的過程中，學生形成了一定的技術意識，理解了技術與人類之間的密切關系，并開始嘗試用技術解決生活中遇到的問題。學生的創新意識得到了激發，能夠對生活中存在的問題提出質疑，并進行具有一定創造性的方案構思，能綜合各方面因素對方案做出評價和優化。學生的動手能力得到了提高，能夠識讀簡單的技術圖樣，能夠用手工和三維軟件來進行簡單的圖樣繪制，能夠將抽象的思維用具體形象的方式表現出來。

參考文獻：

[1]章盛智，叢敏.創客教育與基于STEAM的通用技術項目教學融合探究[J].福建教育學院學報，2018，19（11）：79-81.

[2]黃樺.STEM教育深度融入科學課程教學的實踐路徑[J].現代教育技術，2018，28（05）：121-126.

[3]肖芳，王景梅.基于翻轉課堂的項目式教學研究與實踐——以《建筑構造》課程為例[J].教育教學論壇，2019（01）：234-235.

[4]付登艷.關于STEM教育與通用技術課程相結合的可行性分析[J].課程教育研究，2018（01）：235.

[5]中華人民共和國教育部制訂.普通高中通用技術課程標準[S].北京：人民教育出版社，2017.

【通聯編輯：王力】