基于STEM理念的通用技术教学设计与实施

    张桂凤

    

    

    

    [摘? 要]高中通用技术教学中存在教学项目低水平重复、学生兴趣不浓、解决问题的意识和设计思维不足、缺乏创新等问题。为改变这种情况，可基于STEM教育理念，立足本区、本校的资源与学科教学现状，对原有通用技术课程的教学设计与实施进行融合与改进，培养学生发现问题、解决问题的能力以及应用创新能力。

    [关键词]高中;STEM;通用技术;教学设计

    《普通高中通用技术课程标准（2017年版）》的教学建议中明确指出，要积极引领学生进行学习方式的转变，使学生的技术学习过程成为主动建构知识、不断拓展能力、发展核心素养的过程。对海淀区69名通用技术教师的调研发现，有三分之一的教师对目前的教学项目不满意，提出的问题主要包括：项目技术含量偏低、与高新技术的联系不够紧密、对设计思维的体现不足、不能解决真实问题、不能激发学生兴趣、对教材知识的融合不够深入等，涉及到项目的技术性、设计性、情境性、趣味性、知識性等诸多方面，而STEM教育的核心特征也恰好体现在这些方面。为此，基于教师的问题与需求，可以从STEM教育理念出发，对通用技术教学进行优化与改进。

    一、STEM教育的核心特征

    STEM教育理念提倡将科学作为基础知识体系，将技术作为有形存在于日常生活中触手可及的工具，将数学作为无形内化于经验知识中的思维方法，在以科学为基础、技术和数学为辅助的情况下，井然有序地开展工程实践活动。在活动中，学习者习得跨越学科界限的知识内容，培养探究能力、问题解决能力与协作能力等。

    STEM教育具有如下核心特征。一是跨学科，强调利用科学、技术、工程或数学等不同学科相互关联的知识解决问题;二是趣味性，问题和活动的设计要能激发学习者内在的学习动机;三是体验性，学生要动手、动脑，充分参与学习过程;四是情境性，把知识还原于丰富的生活，通过解决生活中有挑战性的问题完成教学;五是协作性，在团队协同中相互帮助与启发，进行群体性知识建构;六是设计性，通过设计促进知识的融合与迁移运用，通过作品外化学习结果、外显习得的知识和能力;七是人文性（包括艺术性），在自然科学教学中增加学习者对人文科学和社会科学的关注与重视;八是实证性，基于证据验证假设、发现并得出解决问题的方案;九是技术增强性，培养学生善于运用技术解决问题的能力，增强个人驾驭复杂信息、进行复杂建模与计算的能力，从而支持深度学习的发生[1]。

    基于STEM的通用技术项目教学是指立足通用技术学科，保持自己的特性和课程重点，运用跨学科意识和观念解决真实问题和需求的学习。STEM理念是优化通用技术课程教学的一个良好视角和方式。本文所指的通用技术STEM项目并非要完全涵盖科学、技术、工程和数学等，项目的侧重点不同，所跨学科必然不同，在项目设计和实施中，涉及两个学科及以上即可视为跨学科的教学尝试。

    二、基于STEM 理念设计通用技术教学

    基于STEM理念设计通用技术教学的思路，是在现有通用技术项目教学的基础上，选取适合跨学科整合的内容，借鉴STEM理念，在教学设计中突出工程设计的特点。

    1.如何选取STEM 课程内容

    以高中通用技术学科必修课程为例。《技术与设计1》强调“大项目”，从明确项目要求、收集和处理信息、构思设计方案、绘制草图及下料图、制作原型或模型、测试优化改进设计方案等方面呈现了完整的项目设计制作流程，多以项目教学的形式开展;《技术与设计2》强调“大概念”，包含结构、流程、系统、控制等内容，每一个大概念均能围绕技术核心素养分化出若干知识链接点，可促进学生知识的结构化、观念的联系，从而改变思考问题的角度：既能针对一个大概念，也能围绕一个综合实践项目对几个大概念进行知识体系的分解。在这些内容中可选择最具创造性的部分进行STEM拓展（见表1）。

    2.如何融合STEM教育理念

    在STEM视野下，立足通用技术教学现状融合学科教学的途径有两种，一是基于现有项目式教学的转化，二是基于STEM理念研发新的项目。融合的目的是进一步优化课堂教学。

    高中通用技术的常规项目教学和STEM项目教学不同（见表2）。如果立足原有项目教学进行融合优化，就要在原有项目的基础上围绕跨学科、情境性、实证性、全人发展等方面进行重点研究与融合设计。以“定位小车的设计与制作”为例，该项目本身在实证方面设计得较好，因此在跨学科、情境性、全人发展等方面进行了重点优化（见表3）。

    基于STEM理念研发新项目可遵循以下思路：将真实问题或需求凝练成STEM主题，在通用技术学科大项目、大概念的引领下，选择重点，将其分解成STEM教学目标，进而设计教学活动，完成结果评价[2]。研发强调提出核心问题——核心活动，学生参与的课程将以问题或项目为主线展开（见图1）。

    3. 如何设计STEM课程实施

    设计实施STEM课程，可参考以下建议。一是从学习者出发，强调以学生为主体的原则。二是根据教学目标和教学内容明确项目的目标，强调工程设计和实践创新的特点;三是根据 STEM 理念和学情分析（所知所能、应知应会、能知能会），以小组分工、合作探究、工程管理的形式组织项目教学活动，强调项目管理中的时间、质量和成本要素;四是强调动态、开放的活动过程和多元的活动结果。STEM理念在教学中应表现为明确的目标、动态的过程、开放的结果（见图2）。

    项目从真实生活中提炼主题，从真实情境出发，用技术解决真实问题，形成真实的有使用价值的物品，体现了以学生为主体和中心，在做中学、学中做，注重教师在教与学过程中的引导和学生在团队合作中的协同共创，在建构主义与创新理念的综合驱动下形成符合学生认知水平、认知过程的学习进程和评价过程。评价是学习过程中的一种高级思维过程（包括收集信息、整合信息、运用规则、做出判断）;评价也是学生主动建构知识的过程（包括对原有认知的动态调整、顺应、同化）;评价更是一种表现、发展的学习过程。在整个项目中，评价将贯穿始终，实现“教—学—评”三维一体，共同提高课堂教学效果。同时融合了STEM理念，做到项目主题确定阶段的目标方向明确，项目设计制作阶段的创作过程动态完善，项目评价优化阶段形成开放多元的结果。

    三、如何实施STEM项目教学

    STEM理念提倡多学科整合，强调跨学科之间的联系，重视学习者探究实践的过程，注重培养学习者的创新实践能力。如果说STEM课程是“以工程为主线”的项目教学，那么基于STEM理念的教学应该在课堂上看到基于项目的学习和问题的解决，应该能看到教师引导学生主动发现问题和创造性解决问题的过程。如表4列举的三个STEM项目的例子。

    1.问题设计

    STEM课程的问题设计需要理清核心问题、驱动问题、子问题。其中核心问题是指整个STEM项目要解决的关键问题，驱动问题是指课堂教学中的驱动任务，子问题是指为完成驱动问题而下行分解的小问题。如“仿生机械鱼”项目（见表5），随着子问题的解决，驱动问题也相应解决。教学活动要围绕问题而设计，要考虑问题间的逻辑关系、为教学目标服务的针对性、启发学生思维的趣味性、开放性等，问题设计直接影响到课堂思维碰撞的热点和辐射面。

    2.落实评价

    评价是一种基本判断，评价目的是改进学习，促进教学目标的实现。评价本身包含着学会评价的过程，也是一个学会改进的过程。引导学生学会自评和互评可促进学生自我监控和自我调节能力的发展，也是培养團队合作的良好方式。评价必须嵌入学习活动，指向行为改进，并一定跟任务相连，任务怎么做，评价就怎么评，不仅要评，还要说明为什么这样评，以促进学生反思。如“新能源小车”项目对评价做了整体规划，将具体评价落在特定的内容和观察点上（见图3），这种做法在STEM项目设计与实践中很值得借鉴。

    四、小结

    通用技术学科的教学应借鉴STEM教育跨学科培养、实践创新、全人发展的理念，以工程为主线，完善和开发STEM教学项目，实现学习者主动构建，打造关注创新、注重工程规范与实践、注重合作与分享的通用技术新型课堂，丰富技术课程的教学方式，提高课堂教学效果。这不仅对现有课程结构、教学模式有一定的创新，更是对通用技术学科领域的拓展与丰富，也是STEM理念在学科教育中的有益尝试。

    参考文献

    [1]余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015（8）：13-22.

    [2]赵月.STEM理念下小学科学项目式活动的设计与实践研究[D].保定：河北大学，2018.

    （责任编辑? 郭向和）