指向思維培育的技術課程項目化實踐

張月香

普通高中的技術課程主要包括信息技術課和通用技術課，技術教育是素質教育的基本組成部分，是學生技術素養形成的重要途徑，對落實立德樹人根本任務、實施國家創新驅動戰略具有重要的作用。計算思維是高中信息技術學科核心素養之一，工程思維是高中通用技術學科核心素養之一，設計思維作為發展新工科創新教育的一種非常有效的思維模式，是根據一套方法論和方法體系，以人為本地對復雜問題進行創新解決的活動，是對復雜問題的多元化求解和方案優化。通過問卷調查，筆者發現目前高中生這三方面的思維發展普遍比較薄弱，算法思維、創新設計及物化能力等極為欠缺，因此，筆者通過對信息技術與通用技術課程的深度融合，以項目化學習方式為主，引導學生發展其計算思維、設計思維、工程思維等高階思維方式，全面培養技術素養。

● 指向思維培育的項目化學習模式

計算思維是指個體運用計算機領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。筆者結合新課標中計算思維的描述與英國南安普敦大學兩位博士的五要素分析，將計算思維分為問題分析與分解能力、抽象與轉化能力、算法思維能力以及評估與概括能力這四個方面的能力。工程思維是以系統分析和比較權衡為核心的一種籌劃性思維。這兩種思維方式與設計思維都是學生適應智能時代發展的關鍵高階思維能力。而設計思維是以流程形式來培養高階思維的，主流的設計思維模式基本包括調查和確定用戶需求、探討設計方案、原型及原型實現、評估和測試。因此，本研究以“大項目”方式整合學習內容，基于設計思維模式開展項目實施，構建了指向思維培育的項目化學習模式（如下圖）。

● 指向思維培育的項目化教學實踐

筆者在高一年級開展了項目化教學實踐，下面以項目“家居再設計——多功能桌椅的設計”為例進行說明。

1.項目設計

在項目設計模塊，筆者根據核心素養和新課標要求，分析教材和學生情況，整合相關教學內容，創設真實情境，提出與學生生活聯系緊密的項目主題——家居再設計之多功能桌椅的設計。學生需要理解與分析項目主題，制訂項目計劃，此過程可以有效培養學生計算思維中的問題分析與分解能力;同時，學習人機關系、技術圖樣、材料性能、圖形化編程等相關基礎知識，掌握技術圖樣繪制、簡單木工加工工藝、實現控制電路等基本技能，為項目實施奠定基礎。

2.項目實施

在項目實施模塊，遵循設計思維，將其分解成共情需求、明確問題、設計方案、建立模型、測試評估等五個環節。

共情需求——教師在項目實施初期提供豐富的學習資源，包括用戶的采訪視頻、市面上流行的多功能家居資料等，配套的小桌子模型教具，以及共情體驗工具——同理心地圖，以輔助學生進行共情體驗。學生通過同理心地圖任務，發現用戶的需求。

明確問題——教師引導學生理解與分析上述用戶需求，明確設計要點，形成相對個性化的設計要求。通過上述兩個環節培養學生計算思維的抽象與轉化能力。

設計方案——學生根據設計要求，進行設計分析，利用形態分析法、聯想法等常用的構思方法，比較、權衡，形成最終的設計方案。本項目的重點在于多功能的實現，學生的設計想法各不相同，有增加儲物功能的，也有考慮智能家居的，如考慮盲人的需求，采用雷達傳感器和控制板，利用簡單的圖形化編程實現智能提醒，當有人靠近時，提醒有障礙物。

建立模型——根據設計方案，進行物化實現，全面考慮設計要求和材料特點、限制等因素，利用美工刀、熱熔膠、透明膠帶、小鋸子、木工角尺、砂紙、切割墊等工具，對兩塊木板和硬板紙進行整體規劃、加工處理，制作出模型。上述兩個環節可以培養學生計算思維的算法思維能力。

測試評估——學生對照設計要求，測試評價自己的作品是否滿足，并展示分享，總結成功與失敗的經驗，為后續項目實踐奠定基礎。此環節培養學生計算思維的概括與評估能力。

以上五個環節是一個非線性的、循環往復的過程，任何一個活動階段有問題都需要返回到可能導致問題的環節重新開始。在整個項目實施過程中，教師活動作為學生活動的基礎，需要提供豐富的教學資源、創意支架，指導學生設計與創作，支撐學生的創意生成、創新能力提升和高階思維發展;學生活動則以設計師的思考模式展開，學生作為設計師進行創新設計、圖樣表達和物化產品。

3.項目反思

在項目反思模塊中，教師對項目進行反思、改進與拓展，以促進項目的迭代生成。針對本項目，后期可以考慮將主題進一步放開，如只要求做有實用價值的木結構，學生可以根據自己的喜好，確定具體的項目任務，更可以完全放開，由學生自己提出項目主題，根據自身情況制訂學習計劃，按需發展，實現個性化學習。在此基礎上，進一步實現課程統整，整合選修課程、社團課程等支撐學生的項目拓展探索，如對智能家居感興趣的學生可以通過三維設計與智造、Arduino創意機器人等選修課程、社團課程等進一步探究。

● 教學反思與建議

經過一學期的項目化實踐探索，筆者認為指向思維培育的項目化學習模式是有效的，學生作品的創意設計水平有了明顯提升，圖樣表達和物化能力得到鍛煉，其計算思維、設計思維和工程思維等高階思維能力發展迅速。

1.重構師生活動，培養高階思維

基于高階思維培養，組織項目學習流程，重構教師活動和學生活動。學生活動以設計師的思維方式開展項目，發展設計思維，教師活動則為學生活動提供保障和基礎，給予資源與創意支撐，引導學生活動順利進行。學生以設計師的身份進行創意生成、產品開發，在此過程中，“構思”與“實現”是他們必須面對的兩個問題，“構思”對應設計思維，而“實現”則更多地與計算思維相關聯，學生在理解和分析項目主題時發展計算思維之問題分析與分解能力，在調查體驗、共情需求、明確問題過程中發展計算思維之抽象轉化能力，在圖樣表達、圖形化編程、物化作品過程中發展計算思維之算法思維能力，在測試評估、展示交流中發展計算思維之概括與評估能力。

整個項目實踐過程，都要求學生具有全局觀，能利用系統分析的方法將復雜情境任務具體化，理解與分析項目主題，通過經歷項目設計的一般過程，進行設計方案的多因素分析，了解比較、權衡和優化等系統分析方式，能統籌規劃、決策分析，形成可能的解決方案，并對技術方案做出性能和風險評估，發展工程思維。例如，在項目作品展示交流時，有一個小組總結的失敗經驗教訓就是小組同時存在兩個方案，彼此都不能說服對方，導致最終沒有在課堂中完成模型的制作，而此過程就是方案的比較和權衡過程，教師引導學生體會，促進了工程思維的發展。

2.善用創意工具，支撐設計生成

設計思維在工業、藝術等領域都已具備完善的創新設計支持工具，但在教育領域并沒有得到很好的應用。教師需要借鑒設計思維在其他領域的成功經驗，為學生提供相應的創意工具，以支撐其設計的生成，包括采用頭腦風暴法、九宮格法、世界咖啡法、同理心地圖、情境故事法等共情需求、明確問題，采用Scamper法、頭腦風暴法、用戶畫像等集思廣益、設計方案，采用可用性測試試驗、場景模擬、反饋圖等方法進行測試評估，采用項目學習手冊、情境故事法等方法進行項目拓展。實踐結果表明，項目主題不一樣，創意工具的選擇也應有所不同，本項目使用了同理心地圖工具幫助學生以人為本地考慮用戶的需求，若項目主題換成“創意小燈的設計與制作”，則使用頭腦風暴法和Scamper法進行效果要好得多，頭腦風暴法可以幫助學生擴散思維，通過交流、反思對比后，給自己帶來新的靈感。由美國心理學家羅伯特·艾伯爾提出的Scamper法，作為一種綜合性思維策略，代表了組合、替代、改進調整、挪作他用等一系列有章可循的尋找設計機會的方法，可以為創意小燈的設計方案提供更多的可能性。

3.加深課程統整，促進個性發展

目前的課程統整僅是在通用技術與信息技術的必修模塊展開，將教學內容重新整合，以某個課程為主開展項目學習，如本項目就是以通用技術必修1為主，融合信息技術必修1的相關內容，在通用技術課堂中實施項目的。為促進學生的個性化發展，筆者認為可以嘗試在現有項目學習的基礎上，打通必修課程與校本選修課程、社團課程等，融合線上與線下學習，進一步加深課程整合。不同的校本選修課為學生的個性化項目學習提供了可能，學生根據自己的興趣選擇不同的課程以確定不同的項目主題，自定項目計劃;在必修課上教師提供必要的基礎知識和基本技能支持，學生利用豐富的學習資料和實踐場地開展項目;社團課程將促進學生創意設計的深度交流和持續生成。因此，深度融合課程體系能為學生的項目化實踐保駕護航，促進學生創新設計、實現產品，在此過程中發展設計思維、工程思維和計算思維，提升技術素養。

本文是2019年江蘇省基礎教育前瞻性教學改革實驗項目“設計與智造：統整理念下高中生學習方式的變革”階段性成果;江蘇省教育科學“十三五”規劃2020年度立項課題“基于計算思維的高中生設計與智造的項目化實踐研究”階段性成果，課題批準文號：D/2020/02/283;江蘇省教育科學“十三五”規劃2018年度青年專項重點資助課題“江蘇省高中STEM教育基地實驗項目的設計與實踐研究”階段性成果，課題批準文號：C-a/2018/02/19。