基于STEAM 理念的高中技術學科核心素養培育探究

侯根林 （浙江省湖州市第一中學）

近年來，我們在信息技術、通用技術課堂的教學實踐過程中，采用基于STEAM 理念的項目式教學都能起到事半功倍的效果，讓學生在自主實踐與實驗活動中悟出真知。結合實踐與課程要求都進行了實踐與探究，并取得了預期的效果。

一、先做后學，從實踐操作中感知技術意識與創新思維能力

STEAM 是從STEM 教育計劃演變而來的，STEM是由美國政府主導的一項教育計劃，旨在打破學科疆域，通過對學科素養的綜合應用解決實際問題，同時培養綜合性的人才。STEAM 與STEM 相比，只是比STEM 計劃多加了一項藝術，相對來說，STEAM 比STEM 注重的元素更加多元化，要求的學科能力更豐富多樣。先做后學的做法也源于此，主要目的是讓學生通過觀察，體會成果與作品實現的趣味性、實用性等，來激發其探索和制作的興趣。學生通過在制作中遇到問題的一步一步解決與突破，不斷激發其內在的學習動力與實踐需求，在其實踐與制作過程中感知技術的思維技巧，提高學生的設計與工程思維能力。

例如，通用技術學科中的臺燈制作，在未引入STEAM 之前按照教材實踐要求，我們一般會直接告制作的步驟，第一步：準備哪些材料；第二步：制作臺燈的各個部位；第三步：把這些部位進行組裝；第四步：通電測試……學生只要按老師教的方法一步一步做，就可以做出一個統一的臺燈，而且大多會采用統一訂購臺燈套件進行制作裝配。

自從引入了STEAM 教學方式以后，用這種方式來指導學生完成臺燈制作，多年來用STEAM 理念來舉辦學校的臺燈制作比賽收到了預期的效果。制作臺燈的步驟也發生了較大的變化，首先：讓學生思考這個臺燈有什么用？第二步：制作的臺燈基于用途，臺燈需要什么材料？第三步：臺燈制作需要哪些步驟，怎么做？第四步：制作好的臺燈需要做哪些檢測；第五步：及時反饋評價，通過作品的調試與評價。讓學生真正清楚了制作臺燈的意圖等這些問題才能較好地完成臺燈的制作。通用技術課程中的臺燈制作實踐，真正體現了STEAM 教育核心：發現與提出問題→設計解決方案→利用科學、技術、工程、藝術和數學等知識解決問題→運用科學、理性的方法驗證解決效果?；赟TEAM 理念的先做后學，它不追求讓學生掌握做具體東西或解答具體題目的知識點，而是強調掌握一種思考方法，讓學生從實踐操作中感知技術意識與工程思維。

二、以學定教，循序漸進提升學生的計算思維與項目化融合能力

以學定教，就是依據學情確定教學的起點、方法和策略。其中包括學生的知識、能力基礎，學生課前的預習程度，學生對新知的情緒狀態等學習主體的基本情況。而“定教”，就是根據學生主體的相對水平確定教學的起點不過低或過高，在恰當的起點上選擇最優的教學方法與技巧，選擇合適的項目化案例，讓每一位學生達到最優化的發展。比如在高中信息技術學科教學中，原有的ASCII 碼原碼識讀與字符內碼的教學只是通過幾個示例，最多也只是通過UltraEdit等軟件讓學生記憶。但是自從引入了STEAM 理念以來，學科組把相關的知識融合在一起，通過讓學生來完成項目任務，在項目任務的分析、分解、目標達成過程中，循序漸進地把所學過的及需要進一步學習的知識引入，讓學生在學習中既感覺到輕松，又能感受到學科學習的魅力和動力。

例如，某數據加密方法描述如下：（1）將字符的ASCII 碼值加20（十進制）；（2）以字節為單位進行加密處理；（3）將1 個字節的8 位二進制數左移一位，最低位用左移出的最高位填充；（4）將處理后的8 位二進制數分割成前4 位與后4 位兩個二進制數；（5）分別將上述兩個4 位二進制數轉換為十六進制數；（6）所得兩個十六進制數按先后順序連接即為該字節的密文。用UltraEdit 軟件觀察“電腦computer”這幾個字符的內碼，如圖所示（見圖1）。

圖1

則字符“M”加密后的密文是（ B ）

A.B0 B.C2 C.43 D.AE

上題主要考查的是學生對字符內碼的識讀與分析能力，同時也考查學生對題目的分析與理解能力，既要有一定的信息意識，又需要有一定的數字化學習與創新能力。學生在做題中幾乎每個答案都有人選，可以說此題所需的知識融合能力較強，是內碼、進制轉換的精準檢測題，若此題搞懂弄通做細，可以說相關知識點必能迎刃而解。設計的四個選項都是源自學生容易錯的，也是做題過程的現場生成性的呈現。對學習略有困難的同學可能只能找到“m”的內碼，從而推出“M”的內碼；對成績中等以上的同學可以進一步將其在十六制與二進制、十進制之間熟練轉換，進而通過移位得到正確答案“B”；若一不小心把漢字與英文字符同等要求對待，把“m”的內碼看成是“63”，在做題中就很可能會將密文變成“43”或“AE”，誤選C 或D，甚至有些同學審題不清，缺乏耐心時就會將密文化成“B0”。

所以，以學定教，引入STEAM 理念開展項目化的課堂教學，不僅可以將知識高效融合，還能讓學生進一步學會分析問題，領會知識點不是孤立的，相互間是融會貫通的，進一步掌握知識的分解過程與方法，提高教學效率，真正做到事半功倍。

三、情境導學，從項目工程設計中培養學生差異發展的物化能力

技術學科的教學對技能實踐情境要求很高。要求教師利用與課堂教學內容相關的物體、圖片及信息化技術等設計出一系列具體的有利于技術學習的情形或場景，為更好調動學生學習興趣，為理論的實際運用等提供充足的真實或仿真實的場景與實例，使抽象枯燥的理性知識變得更加生動與具體。因此，在技術學科的教學過程中，運用STEAM 理念，結合項目化的場景設計可以盡最大可能地根據學情、整合教材、運用目標任務促使學生積極、主動地去探索、思考、交流、合作，從而實現在實踐項目設計中培養不同層次的學生有差異性發展。

例如，在進行《技術與設計2》的第四單元“控制與設計”的第二節“控制系統的工作過程與方式”的第一課時教學前，雖然控制處處都有，學生也有著廣泛的接觸，但是學生的認識都是常識性的，認知內容是零散不系統的。此時，我們首先創設了電動感應門的情景，讓學生從觀看老師進出賓館大門的視頻中找出幾個關鍵的環節，接著采用了自制的教具《自動感應門》，通過仿真場景讓學生來領會與思考其動作過程，為了更好地增加感性認識，同時采用多媒體仿真動畫手段和STEAM 活動中制作的模型進行解剖分解，用這種具體的裝置來幫助學生探究分析相關的重點內容，這種從過程感知到實際感悟的相對系統的項目化教學設計，既可以引起學生的極大興趣，又可以化抽象為具體，教學吸引力和效果都能做到比較好。有了這些情景的直觀了解之后，學生對控制系統的過程與方式就不再陌生了，就能夠較好地理解控制過程。

四、團隊合作，從知識導向轉向生活應用有效實現任務驅動

前面幾個實踐主張先練后講、以學后教和情景導學，同樣的，團隊合作式學習能夠更有利于學生的自主學習，主動參與。從嘗試入手，從練習開始，調動學生學習的積極性、主動性、創造性等，學生唱“主角”，而老師轉為“配角”，實現在教學過程中師生角色的換位，有利于加強對學生自學能力、創新能力的培養。比如，完成一個紙袋的流程如下所示：

制作提手—制作袋身—粘貼組合—制作裝飾。

按照以上流程劃分，同時結合項目教學的要求，把上述四個環節按小組分解成小任務，讓學生在不同的任務中逐步完成，同時結合制作過程來總結與完成知識的提煉。小組活動：紙質手提袋的制作?；顒幽康囊蕴岣咝蕿槟康?，優化紙質手提袋的制作流程。制作工具包括剪刀1 把，A4 紙3 張，彩紙1 張（裝飾和提手）。

目標任務：（1）四人一組，自行設計流程，記錄本組完成3 個紙袋所用時間；（2）組長編寫本組紙袋制作流程圖；其他組員做細分工、做實合作（3）最快的小組分享如何進行流程優化。

課堂上，通過上述學生的分組實踐與活動，每個小組都有自己的不同制作流程及體驗，同時也能夠得出最快的制作流程，最優化的制作過程。在總結分享過程中，我們得出了一些提高效率的方法與措施。比如，將串行工序變為并行工序，縮短了工期，提高了工作效率，優化了流程，但是需要增加人力成本，這種優化方式我們稱為工期優化。此時引出了工期優化的特征。緊接著，我們的問題：這個流程的工期是否可以縮短？可以怎樣改進？改進后可能帶來什么問題？引導學生注意：在優化工期的同時注意成本問題。

此時，引進成本優化，讓學生了解成本優化可以考慮更換材料來降低成本，但是會影響質量，那么讓學生來思考如果既要保證質量又要實現成本優化還可以考慮哪些方法？有了上述兩種優化的實踐與體驗，引入最優化的配送路線時，學生可以快速理解上述工程優化與成本優化的方法。首先引入一個數字化相對強一點的配送問題，讓學生找到最優化的配送路線。

這樣的例子在生活中有很多，如快遞員投遞線路的優化、配送員的配送線路優化等等，我們希望在完成這些工作的時候路徑是最優化的，這意味著成本是最低的。同時也可以讓學生來想一想，如果某件物品首站必須要最先到達某個指定站點又要最短路程，我們的線路可能會變得“唯一”了，可見讓學生了解每一條線路的優缺點顯得十分必要。在這個案例中，為了降低成本，采用的方法是優化流程中的時序和環節，這就成為優化流程的內在機理。

從以上的學習中我們可以知道：流程優化的目的包括提高工作效率、降低成本、提高質量、節約能耗等等，流程的優化是根據優化的目的從成本、工期、工藝等指標綜合考慮的。同時也可以看出流程的優化是建立在一定的條件之上的，它建立在設備和工藝水平提高基礎上，建立在對流程內在機理進一步研究的基礎上。通過分組的實踐與活動，讓學生進一步了解到流程的優化不僅是對原有環節的、時序的修改變化，更重要的是引入新設備、新工藝、新材料，以及提高人員的技術水平等方面，這些可以使整個流程發生革命性的變化。

總之，基于STEAM 理念下的技術學科教學具有其獨特的魅力與特色，結合項目化的知識架構，不僅可以提高教學效率，而且還能高效地培養學生的學科核心素養，進一步讓教師吃透STEAM 理念及項目化教學的內涵，從而有針對性地開展創新教學，真正促進學生全面多元的發展。