指向核心素養(yǎng)的通用技術跨學科融合教學策略

指向核心素養(yǎng)的通用技術跨學科融合教學策略——以“自制學具——立體幾何模型”項目教學為例

摘要：隨著國家創(chuàng)新人才驅動戰(zhàn)略的啟動，STEM教育愈發(fā)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展之勢。STEM教育的核心特征是跨學科融合，宗旨是培養(yǎng)具有全面科學素養(yǎng)和創(chuàng)新探究能力的人才。普通高中通用技術課程，以提高學生的學科核心素養(yǎng)為主旨，以設計學習、操作學習為主要特征，倡導基于大過程、大概念、大綜合進行直面真實情境和任務的項目學習?？梢?，二者在教學方式和教學理念上均有諸多相似之處。該文在進行跨學科整合的教學實踐中，提出了指向學科核心素養(yǎng)的通用技術跨學科融合教學設計模型，并以“自制學具——立體幾何模型”為案例開展教學實踐，旨在充分運用跨學科融合的教學方式，更好地促進學生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成，為通用技術的創(chuàng)新教學變革提供新思路。

關鍵詞：跨學科學習，核心素養(yǎng)，通用技術，STEM教育

一、引言普通高中通用技術課程，是一門立足實踐、注重創(chuàng)造、體現(xiàn)科技與人文相統(tǒng)一的課程，對落實立德樹人根本任務、實施國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略有重要作用[1]。通用技術新課程標準中凝練的五大核心素養(yǎng)，成為了引領技術課程改革和育人模式變革的指南針，為通用技術的教學指明了方向，然而在實際的教學過程中，教師往往習慣于傳統(tǒng)的教學方式，而忽略或者不習慣于核心素養(yǎng)的達成，如何讓核心素養(yǎng)在課堂中真正落地，是技術教師們面臨的共同難題，亟需教師們在教學策略、學習方式、教學評價等方面進行改革與創(chuàng)新[2]。2016年教育部《教育信息化“十三五”規(guī)劃》文件指出，有條件的地區(qū)和學校要積極探索信息技術在眾創(chuàng)空間、跨學科學習（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應用[3]。STEM教育因而越來越受到人們的關注。STEM教育的核心特征是跨學科融合[4]，跨學科融合旨在模糊學科界限，提高學科間的聯(lián)系度，并以問題解決或項目學習的形式,將其運用到真實的問題情境中,旨培養(yǎng)學生問題解決能力、創(chuàng)新應用能力，促進高階思維能力發(fā)展，這為高中生發(fā)展核心素養(yǎng)提供了前提與保障[5]?；诖耍疚膶⒖鐚W科教育理念運用于通用技術核心素養(yǎng)的培養(yǎng)中，構建了指向學科核心素養(yǎng)的通用技術跨學科融合教學設計模型，并以“自制學具——立體幾何模型”為案例開展教學實踐，旨在充分運用跨學科融合的教學方式，更好地促進學生核心素養(yǎng)的形成，為通用技術的創(chuàng)新教學變革提供新思路。

二、指向核心素養(yǎng)的通用技術跨學科融合教學設計模型本文結合跨學科學習的五個要點[6]，經(jīng)過反復實踐運用、不斷總結提煉，構建了“一核，二基，五環(huán)“

從“目標—方式—流程”三個維度構建了的通用技術跨學科融合教學模型。如圖1所示?！耙缓恕笔悄繕恕Ｒ耘囵B(yǎng)核心素養(yǎng)為教學目標。通用技術的課堂教學要始終圍繞核心素養(yǎng)這一目標進行設計。“二基”是方式。即采用以教師為主導，學生為主體的教學方式，將學生作為活動過程的主體，在學習方式、時間管理、進度把控的選擇等方面給學生更多自由發(fā)揮的空間。將教師作為活動過程的引導者，但并不是給出項目主題后便完全放任不管，而是適當參與引導。第一，教師需要向學生提出具體的、明確的問題及任務，以便學生沿著清晰的思路和流程解決問題；第二，教師要在探究、實踐的過程中給予一定指導，當學生遇到困難時要提示學生進行新舊知識聯(lián)接、學科知識聯(lián)接，以便免學生陷入困難后產(chǎn)生畏難情緒導致無法完成活動任務；第三，教師要在課堂中對學生的課堂氛圍、合作學習方式等方面進行有意識的引導，以免學生偏離了學習軌跡；第四，在學生完成活動全過程后，應引導學生進行作品的展示交流和評價反思，從而強化知識建構、優(yōu)化問題解決思路。“五環(huán)”是流程。具體包含“問題情境—制訂方案—技術制作—測試優(yōu)化—評價創(chuàng)新”五個閉合的環(huán)節(jié)?！皢栴}情境”主要是基于學生的生活經(jīng)驗和技術學科的基本特點，設計真實情境帶領學生明確要解決的問題，培養(yǎng)學生對技術問題的敏感性?！爸朴喎桨浮边@一環(huán)節(jié)是引導學生將要解決的問題、任務分解成“問題串”，綜合運用多學科知識進行設計分析和方案構思，并將大腦中的構思用草圖表達出來，提高學生圖樣表達能力和創(chuàng)新設計能力?！凹夹g制作”是引導學生運用恰當?shù)墓に噷⒃O計方案轉化為原型或模型，積累一定的操作經(jīng)驗，提要學生物化能力?！皽y試優(yōu)化”這一環(huán)節(jié)是讓學生組裝、測試作品的效果，如果沒有達到設計要求，則從功能、結構、材料等方面嘗試不斷優(yōu)化設計方案，從而讓學生感受方案物化過程中的復雜性，形成物化過程中嚴謹細致、精益求精的工作態(tài)度[7]?！霸u價創(chuàng)新”是引導學生展示、交流優(yōu)化后的作品，對學習過程和學習成果進行多維度的評價，在評價、反思中鞏固知識的建構、培養(yǎng)批判性思維，提高學生反思總結能力。

四、通用技術跨學科融合教學案例

（一）項目選定高一學生在學習立體幾何這部分知識時，由于缺乏空間立體感，做題時往往感到很吃力，于是一些同學便選用了簡單的材料，如一次性筷子、膠水等制作了簡易的幾何體，以便更好地理解學習內容，但學生們制作的幾何模型結構較單一，且不能改變形狀，無法較好地滿足學習需求，因此實用性較差?！白灾茖W具——數(shù)學幾何模型”這一項目，是學生學習數(shù)學時遇到的問題，符合高中學生的學習需要和認知能力，能充分激發(fā)學生的學習興趣，它整合了通用技術“設計的一般過程”、“材料性能與規(guī)劃”及“結構及其設計”等章節(jié)內容，融入了歷史、化學、物理、工程等學科知識。學生通過親歷問題解決、活動體驗、技術測試等過程，突破學科界限，建立起新舊知識的聯(lián)接，并嘗試將理論知識用于解決實際問題的實踐活動中，感受知識的應用價值，發(fā)展學生對知識的整合、應用、物化和解決技術問題的能力，提高學生創(chuàng)新實踐能力[6]。

（二）跨學科知識運用

將項目問題按照教學環(huán)節(jié)的流程設計了具體的學習活動（如表1所示），引導學生運用跨學科知識和方法來解決實際問題，在此過程中建構知識，形成素養(yǎng)。表1

“自制學具——數(shù)學幾何模型”的跨學科知識運用教學環(huán)節(jié)學習活動跨學科知識落實的核心素養(yǎng)問題情境查閱資料了解數(shù)學幾何模型的結構、材料、連接方式等信息。

數(shù)學形成對技術問題的敏感性，樹立技術意識。

設計調查問卷了解同學們對數(shù)學幾何模型的需求。小組討論，明確高一數(shù)學中學到的幾何體種類，以及常考的幾何體種類。制訂方案了解材料的種類，測試材料性能，選擇出合適的制作材料。

歷史物理化學工程

在設計方案的多因素分析中，逐步培養(yǎng)工程思維；在大膽構思中初步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計能力；在反復實踐中提高圖樣表達能力。了解常見的連接方式，對比其用途，選擇出合適的連接方式。用草圖表達方案構思，并比較權衡確定最佳方案。技術制作制作能拆卸重組成不同種類的幾何體原型。三維設計3D打印在實踐制作中初步培養(yǎng)物化能力。測試優(yōu)化對照設計要求，測試作品效果，不斷優(yōu)化設計方案。

工程在不斷改進中感受問題解決的復雜性，提高物化能力。評價創(chuàng)新學生制作PPT分享作品，開展自評、互評，交流反思。信息技術培養(yǎng)具有批判性的工程思維。

（三）教學輔助資源設計

教師需提前準備教學資源，包括各種常見材料、連接件等探究試驗的器材，電腦、3D打印機、木工工具設備等實踐操作器材，提前設計好詳細的活動過程記錄表格，包括材料性能記錄表、材料規(guī)劃表、作品設計記錄表、作品制作記錄表、評價量表等。這些詳細的資源和過程性資料一方面可保障項目活動有序、高效地開展，另一方面有利于學生據(jù)此對整個學習過程進行復盤，從而不斷總結、反思，使思維得到提升，素養(yǎng)逐漸形成。

（四）教學活動過程設計

1.問題情境此環(huán)節(jié)是將真實的問題情境呈現(xiàn)給學生，引導他們發(fā)現(xiàn)并明確問題，確定設計項目。在該案例中筆者以學生學習數(shù)學立體幾何知識時遇到的困難入手，首先設置了真實的問題情境：最近同學們進入了數(shù)學必修2第一章“空間集合體”的學習。在學習的過程中，小林發(fā)現(xiàn)有的同學由于缺乏空間立體感，解題時往往無從下手。由此，他產(chǎn)生了一個想法，為同學們設計一款可靈活多變的、可添加輔助線的立體幾何模型。在此真實情境中，提出問題——設計制作可拆卸重組的數(shù)學幾何模型。其次，組織學生開展網(wǎng)上查閱資料的學習活動，初步了解數(shù)學幾何模型的結構、材料、連接方式等信息，啟發(fā)設計靈感。再次，組織學生通過問卷調查收集信息，了解學生們對數(shù)學幾何模型的需求。

2.制訂方案

（1）闡明任務，明確要求在明確設計項目的基礎上，教師提出具體的設計要求，引導學生帶著清晰的任務進入學習活動。

（2）問題分解，方案構思該環(huán)節(jié)將學生要解決的問題分解為3個遞進的問題串：高一數(shù)學?？嫉膸缀误w有哪些？如何選用合適材料？如何選用合適的連接方式？針對以上問題串設計3個小組活動，引導學生思考問題，并嘗試運用跨學科知識逐個擊破問題。活動一：小組討論，明確高一數(shù)學中學到的幾何體種類，以及?？嫉膸缀误w種類，結合問卷調查統(tǒng)計出的學生對幾何體的需求，進行初步的方案構思?；顒佣罕净顒拥娜蝿帐沁x擇出合適的制作材料。教師將該問題分解為3個問題串：常見材料有哪些？不同材料的性能如何？制作數(shù)學模型應選用哪種材料？具體活動流程是：第一，通過聯(lián)接已學的歷史知識、查閱資料等方式了解材料的發(fā)展史，從而達到認識常見的材料的目的。第二，教師提供各種試驗材料及設備，包括各種木板、木條、鋼絲、鐵絲、銅絲、亞克力板、不銹鋼板、鋁合金板等常見材料，及承重平臺、砝碼、鋼絲鉗、硬度計等工具設備，引導學生觀察、觸摸，進行技術試驗，直觀感受常見材料的抗彎強度、抗拉強度、硬度、剛度等性能，將測得數(shù)據(jù)和結論填寫指學案對應表格中。第三，以前兩個活動的結論為基礎，綜合材料的性能、成本、環(huán)保等因素，通過小組討論，比較權衡，確定制作幾何體的材料，將所用材料及原因填入學案上對應的表格中。活動三：本活動的任務是選擇出合適的連接方式。教師將該問題分解為3個問題串：常見的連接方式有哪些？要實現(xiàn)可拆卸、可組裝的效果應選用哪種連接方式？具體活動流程是：第一，教師展示各種連接方式的實物、圖片、視頻，包括螺栓、螺母、榫卯結連接、插接、鉚接等，引導學生將各種連接方式按照是否可拆卸和是否能轉動進行分類，并探究它們各自的用途，完成學案上對應內容的填寫。第二，根據(jù)已經(jīng)選定的制作材料，及可拆卸、可重組的設計要求，綜合比較比較權衡，確定插接為制作數(shù)學幾何模型的最佳連接方式。

（3）設計方案，比較篩選本環(huán)節(jié)是根據(jù)上述設計分析和方案構思，引導學生展開思維碰撞，提出解決問題的多個方案，通過草圖繪制將大腦中的構思轉換為可視的設計方案，在組內互相分享交流，通過小組討論、分析選定最佳方案。

3.技術制作各組根據(jù)制訂的方案，結合選定的材料和連接方式，選用恰當工具分工合作完成作品。教師引導根據(jù)各組具體情況給予指導和建議，如選擇木材制作的小組，要引導他們注意合理規(guī)劃材料、精確測量尺寸，及安全操作木工工具。選擇3D打印的小組，要讓學生用已學的123DDesign軟件進行各部件的三維建模，然后用3D打印機打印出連接桿、連接角、連接環(huán)等部件，最后組裝成完整的作品。4.測試優(yōu)化本環(huán)節(jié)旨在檢驗作品是否達到了設計要求。教師組織學生根據(jù)設計要求進行技術測試，針對測試中存在的問題，從結構、材料、外觀等方面入手提出優(yōu)化方案，反復改進完善作品。

5.評價創(chuàng)新本環(huán)節(jié)旨在引導學生進行作品展示交流和評價。首先，組織學生展示完成的作品，分享設計及制作過程中的困難與收獲，這些真實的交流，讓學生們真切地感受到設計的魅力、創(chuàng)新的魅力，讓學生潛移默化地養(yǎng)成不怕困難、勇于探索、善于動腦的優(yōu)良品質。其次，組織學生開展自評、互評，利用評價量表對設計過程和設計成果進行評價，具體評價指標包括學生的團隊合作能力、實踐創(chuàng)新能力、知識運用能力、圖樣表達能力等。在交流與總結、評價與反思的過程中，逐漸強化學生的問題解決意識、創(chuàng)新實踐意識，引導學生由簡單的“動手做”走向