基于電子控制技術(shù)項目教學設計與實施的高中通用技術(shù)學科素養(yǎng)培養(yǎng)初探

喬翠玲

（南京師范大學附屬中學，江蘇南京 210003）

通用技術(shù)課程是一門注重實踐、專注設計、綜合性極強的課程，傳統(tǒng)的教學模式已無法滿足技術(shù)課堂的教學要求。項目教學實施過程和特點與通用技術(shù)課程教學理念相符合，內(nèi)容安排上側(cè)重基礎性技術(shù)設計，要求重點突出“做中學”，多以問題推動、探究串聯(lián)、實踐操作練習為主，成為課程五大核心素養(yǎng)培養(yǎng)與提升的有效途徑。本文以電子控制技術(shù)項目設計與實施來探究通用技術(shù)學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與提升。

一、技術(shù)意識

技術(shù)意識是對技術(shù)現(xiàn)象及技術(shù)問題的感知與體悟。學生結(jié)合個人成長經(jīng)歷體驗技術(shù)活動是獲得感知與體悟的重要途徑。過程中，教師引導學生合理地看待技術(shù)、看待技術(shù)問題、看待解決技術(shù)問題的方法，幫助學生形成敏銳的技術(shù)感覺，強化學生技術(shù)的安全和責任意識、技術(shù)倫理與道德意識，進而培養(yǎng)學生技術(shù)態(tài)度上的責任感，引導學生深切把握技術(shù)的本質(zhì)，理解技術(shù)與人類文明的相互促進、相互滲透、相互聯(lián)系的關系。實際教學中，選用典型案例，指導學生篩選各類數(shù)據(jù)與信息，就某一技術(shù)領域?qū)€人、社會、環(huán)境的影響作出判斷，形成正確的技術(shù)觀；后續(xù)在技術(shù)實踐活動中，整合應用人文、科學、社會等多方面知識，能在適當?shù)臅r機參與社會有關技術(shù)發(fā)展與應用的討論與決策。學生設計方案、物化作品的評價交流中學會從多元文化的角度評價，具有一定的對技術(shù)文化的選擇能力。教師要培養(yǎng)學生的技術(shù)意識，首先激發(fā)學生學習技術(shù)課程的興趣，點燃學生內(nèi)在的生命力，促使他們主動地學習，以便滿足其主觀能動性，在不知不覺中幫助學生構(gòu)建清晰的技術(shù)認知印象，從而在潛移默化的狀態(tài)下樹立學生的技術(shù)意識[1]。

情景引入時，選擇與時俱進的時代背景，貼合學生實際生活的情境，讓學生運用課程需要掌握的知識點來解決問題。比如學生參觀時了解智能家居窗簾根據(jù)光線強弱自動打開、關閉的控制系統(tǒng)，室內(nèi)煤氣泄漏窗戶開關的控制系統(tǒng)，VR 體驗中感興趣的電子控制模塊等等，實物吸引的同時也可以結(jié)合視頻、音頻、圖片等手段激發(fā)學生學習電子控制技術(shù)的興趣，興趣是最好的老師。

例：綜合學生已學知識，教師親自設計制作演示教具。自制教具更具靈活性，并且拉近電路設計、制作與學生自我認知的情感距離。根據(jù)耶克斯-多德森的研究理論，學習中等強度的任務最有利于任務的完成，大多學生從來沒有獨自設計制作過電路，自認為基礎知識和動手能力有限，自我肯定薄弱，這會影響到學生體驗活動的積極性。從教師設計制作教具開始，以此為引入鋪展開來通過視頻、圖片等方式列舉與教具相似原理的案例，學生恍然大悟，“哦，老師能做到的我也能做到”，“似乎也沒有看上去那么玄啊”，親身實踐中形成更具象、更深刻的技術(shù)意識。

二、工程思維

工程思維是以系統(tǒng)分析和比較權(quán)衡為核心的籌劃性思維。在實踐中，工程思維我們并不陌生，工程思維可能大部分時間處于處于“日用而不知”的“不自覺”狀態(tài)。工程思維是一種需要用工程的眼光看待世界和處理世界的思維方式，是一種統(tǒng)籌兼顧的系統(tǒng)思維方式，也是一種籌劃性實體思維，具有現(xiàn)實性，是溝通主觀和客觀，連接彼岸和此岸的必經(jīng)之路。

學生在實踐過程中，教師重點引導他們從設計到確定解決方案時，綜合運用數(shù)學、物理、化學、技術(shù)、科學、工程等學科知識，多維度分析問題，明確問題解決時存在的局限性和影響因素，突出自己的思想，提出切實可行的方案。推進的過程中運用科學視角，不斷優(yōu)化改進方案，最終能進行簡單的風險評估和綜合決策。如此，學生通過完成一個具體項目，潛移默化中建立起工程意識，學習嘗試用工程觀念去看待問題，用工程思維方法去分析、解決實際問題，能夠真切地認識到系統(tǒng)與工程現(xiàn)實中呈現(xiàn)出來的多樣性、復雜性和綜合性[2]。

例：在標準壓力的室溫環(huán)境中，甲烷是一種無色、無味（家庭中天然氣的特殊味道是因為添加了甲硫醇或乙硫醇）的可燃氣體，約占天然氣成分中的87%。可燃氣泄漏極易釀成大禍，如果能夠及時報警并且開窗通風將很大程度上減少損失甚至免遭損失。結(jié)合之前所學，設計、制作一個檢測甲烷泄漏報警并開窗通風的自動控制系統(tǒng)。

學生運用系統(tǒng)方法、流程思維、結(jié)構(gòu)設計，實現(xiàn)蜂鳴器發(fā)聲、發(fā)光二極管閃動的報警功能，同時啟動電機開窗通風排除甲烷泄漏隱患。個人思考后小組討論，集思廣益，充分交流，并將思維邏輯梳理，明確各個主題條件之間的層次關系，平衡各個環(huán)節(jié)，提高控制系統(tǒng)的容錯性，將理想客體一步步地轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實實體，從而幫助學生尋找最后的解決方法，逐步地加深學生的工程思維。

三、創(chuàng)新設計

創(chuàng)新設計是指學生在發(fā)現(xiàn)問題、明確問題的基礎上，收集相關信息，充分發(fā)揮創(chuàng)造力，利用已有的科技成果、科學理論綜合分析，進行創(chuàng)新構(gòu)思，提出符合科學性、創(chuàng)造性及實用成果性構(gòu)思方案的一種實踐活動。最初尋求具有創(chuàng)新設計的課題存在困難，引導學生通過挖掘潛在需求，多視角剖析所需解決的技術(shù)問題，形成對需求和技術(shù)問題的敏感度，能運用科學系統(tǒng)的分析方法，對所制定的設計方案進行比較權(quán)衡，能設計相應的技術(shù)試驗，完成操作實踐，并能對記錄的實驗數(shù)據(jù)進行科學分析，綜合現(xiàn)實限定因素，對設計方案進行優(yōu)化。通過實踐操作，嘗試解決社會層面、生活層面的技術(shù)問題，對技術(shù)現(xiàn)象客觀準確地反映和判斷，形成使用技術(shù)的科學態(tài)度和良好習慣。

高中階段學生的自控能力、意志力逐漸增強，對于感興趣的事情能夠長時間地連續(xù)關注。同時，他們的抽象思維慢慢形成并逐漸變強，對事物的認知也由具象為主轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄鬄橹鳌８咧猩幱谇啻浩冢行运季S逐步變得成熟與強韌，同時具有較強的自我反思能力，能夠?qū)嵺`經(jīng)驗升華為理論歸納，能夠客觀理性地分析事物。隨著學生掌握的科學方法、科學手段的多樣化，科學理論的深入與豐富，結(jié)合感興趣的任務，學生能夠從中得到滿足，會產(chǎn)生積極的情緒體驗，更加有勁頭，正向積極促進，良性循環(huán)。在自由、愉快的情緒中學生無拘無束地發(fā)散思維更易培養(yǎng)與提升，利于創(chuàng)造出更有想法的作品[3]。

例：以實現(xiàn)甲烷泄漏報警、開窗通風的電子控制電路設計與制作為例。學生根據(jù)任務要求，收集大量的信息了解采集甲烷濃度的信號方式，由此也會主動地思考其他氣體濃度的檢測方式，比如二氧化碳、氧氣等。如果檢測煙霧的濃度，這種方式能實現(xiàn)嗎？溫度、濕度、亮度的信號呢……如此，與傳感器相關的疑問一一解鎖，學生的思路打開，學習方式由“要我學”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W”，這一層面凸顯了學生是學習的主體地位，充分發(fā)揮了學生的主觀能動性，潛移默化中掌握了常用傳感器采集信號的原理及其應用。不同傳感器，選擇的控制模塊、輸出模塊與之有所對應，用以完成電路功能性的設計。設計電路時需要權(quán)衡多方面問題。比如：技術(shù)方面的問題，像參數(shù)兼容性、效率的提升、采用不同原理解決同一個問題等，又比如應用方面問題，像安全問題、實用性、可操作性等。設計可燃性氣體泄漏的電子控制系統(tǒng)，安全問題是首要解決的，所以在選擇啟動裝置、執(zhí)行裝置避免產(chǎn)生電火花，如電機選擇上考慮選用無刷電機。能根據(jù)要求，比較權(quán)衡選擇科學的方案；能根據(jù)要求，進行電路的原理設計、參數(shù)確定；能根據(jù)設計對象解決技術(shù)問題的一個或多個技術(shù)方案。實施每個步驟就是在創(chuàng)新設計，正所謂“處處是創(chuàng)造之地，天天是創(chuàng)造之時，人人是創(chuàng)造之人”。

四、圖樣表達

圖樣是一種技術(shù)語言，圖樣表達是使用圖形樣式對意念中或客觀存在的技術(shù)對象進行可視化的規(guī)范和整理，便于與他人交流設計創(chuàng)意和問題解決方案，實現(xiàn)抽象與具象之間的思維轉(zhuǎn)換。圖樣表達能力包括識圖能力、表達能力。在項目實踐過程中，學生能夠識讀機械加工圖、控制框圖等常見的技術(shù)圖樣。在面對比較復雜的問題時，能準確地將設計構(gòu)想通過繪制簡單的技術(shù)圖樣表達出來，圖樣形式可以是簡單三視圖、草圖、機械加工圖等，可以手工繪制也可以使用二維、三維設計軟件繪制[4]。

圖樣是根據(jù)投影原理、標準或有關規(guī)定，表達意念中技術(shù)對象的圖樣形式。在日常生活中，有各種各樣的圖表，學生也會用簡單的示意圖來表達自己的設計，實現(xiàn)有形與無形、抽象與具體之間的思維轉(zhuǎn)換。教學過程中，指導學生選擇與綜合運用圖樣或其他技術(shù)語言表達設計構(gòu)想，目的是幫助學生形成用技術(shù)語言進行思維轉(zhuǎn)換的能力。

例：在電子控制系統(tǒng)的教學過程中，學生學習識讀技術(shù)圖樣，如一般的機械加工圖和簡單的電子電路圖等；掌握運用方框圖分析常見電子控制系統(tǒng)的組成和工作過程，根據(jù)方框圖或者電路圖能夠闡述電子控制系統(tǒng)的工作原理、實現(xiàn)的功能和工作特點，并使用設計文件、日志等記錄自己的創(chuàng)意、過程和結(jié)果。

在培養(yǎng)學生圖樣表達能力的過程中，避免知識的淺層化，主要體現(xiàn)為偏重表面知識和技能，不能深入挖掘知識所蘊含的技術(shù)思想與方法。比如：設計電子控制系統(tǒng)的電路，引導學生畫方框圖，如果僅僅因為應付考試，考的幾率大而學習，這樣使得圖樣表達就停留在知識淺層化層面上。如果將方框圖的學習融入解決一個具體的問題而設計的任務中，學生就會切實體會到，繪制方框圖就能清楚地在信號的采集、信號的處理、控制輸出走向上有個框架式的認識，從而對控制電路中的核心部分有所了解。根據(jù)這個“框架”去分析電路的原理圖，能順藤摸瓜開展學習，框出它的各模塊電路，了解各模塊電路在原理圖中的位置、相互關系及其功能，就能很深入地把握該控制系統(tǒng)電路的工作原理，認識到其所蘊含的技術(shù)思想與方法，有效地避免了項目知識的淺層化。

五、物化能力

物化能力是一種將意念、方案轉(zhuǎn)化為有用物品，或?qū)σ延形锲愤M行改進與優(yōu)化的能力，是技術(shù)實踐特點的體現(xiàn)，創(chuàng)造性特征的呈現(xiàn)。物化過程中，學生需要采用一定的工藝和方法去實現(xiàn)，這需要了解常見材料的特性，常用工具的種類和使用方法，常見加工工藝方法與適用范圍，在實踐操作過程注意體驗和領悟。根據(jù)設計的方案，能夠選擇合適的材料和工具，設計技術(shù)試驗與測試，撰寫試驗報告，選擇準確的加工工藝等，能完成模型產(chǎn)品的成型制作和裝配，能對其進行基本的技術(shù)測試和指標測量。物化過程真實經(jīng)歷了運用技術(shù)的原理解決實際的問題（從書本走進生活），具有一定的材料規(guī)劃意識和工具思維，拓寬了學生的創(chuàng)造思維，體驗了技術(shù)交流、合作、互尊互愛、分享個性化創(chuàng)意的喜悅，思考了“以我所學，為民所用”實現(xiàn)自我價值的意義[5]。

例：學生根據(jù)制定的電子控制電路的設計方案，選擇所需要的電子元器件、能正確檢測電子元器件的好壞、能用萬用表測量相關數(shù)據(jù)、能進行簡單地焊接、能安裝和調(diào)試電子電路。學生親手制作模型或原型的過程中，見證方案從設計圖上一步步以實物的形式呈現(xiàn)時，實現(xiàn)了自我價值，這使得學生從內(nèi)心深處歡喜，對未來有所期待。技術(shù)試驗、技術(shù)測試、實物制作使得學生更加能夠領悟技術(shù)對人類文明的重要性，更能理解技術(shù)是社會生產(chǎn)力水平的重要標志之一，是人類物質(zhì)財富和精神財富的積累形式。

技術(shù)課程的技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設計、圖樣表達、物化能力等五個學科核心素養(yǎng)相輔相成，相互滲透，不可分割的。技術(shù)課堂在核心素養(yǎng)引領下，更好地體現(xiàn)通用技術(shù)學科以創(chuàng)新、實踐為主的特色，使學生真實感受并推進自己個性的豐富性、層次性地綻放，從而認識到技術(shù)的理性精神、責任意識、文化內(nèi)涵，讓自己更具道德、更為科學、更負責任的方式使用技術(shù)和參與技術(shù)活動，更有利于激發(fā)學生的學習興趣，挖掘?qū)W生潛能，增強學生信心，培養(yǎng)學生的鉆研精神，提高學生分析、解決問題的能力，最終獲得技術(shù)知識和技能、過程和方法、情感態(tài)度價值觀有機融合構(gòu)成的品格和能力，更有利于學生創(chuàng)新思維的成長，更好地培養(yǎng)高中生綜合能力。