基于STEAM的高中通用技术项目教学设计与实践

叶宛沂 杨文正

摘要：高中通用技术课程的开展着重培养学生技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力这五大核心素養。现阶段通用技术课程的传统教学模式对于学生学科核心素养培养体现不足。本文以智能书架为案例，从教学前期分析、教学设计与实践、教学反思等过程对STEAM教育与通用技术课程的结合进行深度分析与研究。论文分析了现阶段通用技术课程开展的现状以及存在的问题，并针对问题进行教学案例的设计与实践。在课程教学实践过程中，学习者的主体地位充分体现，学生的思考能力、动手能力和创新能力得到发展。

关键词：STEAM;高中一年级;通用技术;项目教学法;教学设计

中图分类号：G434        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）26-0112-04

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自新课程改革以来，通用技术课程深受老师和同学的喜爱，是素质教育的重要体现。然而，目前通用技术课程的开展存在课时少、教师为赶进度而满堂灌、学生死记硬背的现象。项目教学法是由教师引导学生发现问题，针对该问题由学生自主完成一个独立的项目，其中包括信息的收集、方案的设计与实施等环节。用项目教学的形式开展通用技术课程，能够充分地调动学习者的学习兴趣，让学习者将知识转化为实践，在有效时间内提高学习效率。本文结合2017年修订的《普通高中通用技术课程标准》，引导学生在原有的四人间的宿舍书架上进行改进，设计具有自动化升降功能的智能书架，开展项目教学实践。

1 高中通用技术课程教学的现状与问题

目前高中通用技术教学中存在的问题主要有：第一，无论是教师还是学生，对于通用技术学科的重视程度不高，通用技术课程课时较少，教师为赶进度而进行灌输式教学，忽略了学科的本质特点。第二，多数通用技术教师采用传统的教学模式，没有以学习者为中心设计教学项目，无法体现通用技术的核心素养。第三，学生对于知识的学习多采用“死记硬背”的方式，没有进行相应的实践，缺乏对所学知识的直接认知。

通用技术有着“设计学习”和“操作学习”的课程特征和立足实践、追求创新的课程定位，目前通用技术课程大多数以理论结合实践的形式开展[1]。项目教学在引导学生从兴趣出发，结合生活实际情境，跨学科知识整合的过程中能够很好地发挥其项目指导功能。教师把通用技术课程的教学与项目教学有机地融合，能够在培养学生技术素养的基础上，形成学生的系统性工程思维，更接近通用技术核心素养的形成。因此，采用项目式教学的方式进行教学，对于培养学生的通用技术素养以及创新精神，具有积极的意义。

2 基本理念及理论基础

STEAM教育是一种整合的教育方式，它在内容上把科学、技术、工程、数学、人文整合在一起，涵盖了从幼儿园到大学的教育。它能够培养人们解决真实世界中的问题的知识、技能与能力，帮助人们更好地适应现代社会，更好地促进人类的发展。[2]STEAM教育的基本内涵包括三个方面：基于真实问题解决的教育。学科整合的教育。培养必需技能的教育。

项目教学法[3]，是指学生在老师的指导下独立完成一个项目，项目的开展包括信息的收集、方案的设计、项目的实施等环节。在完成整个项目的过程中，学生了解并掌握所需的知识点和各个学科的基本要求。项目教学法最核心的特点就是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”，注重将理论运用到实践当中，目标指向性较强，教学效率较高。并且在项目的开展过程中，师生能够互帮互助，共同取得成果。

基于STEAM教育理念进行项目教学的设计，能够为学生提供真实的教学情境，引导学生综合多学科的知识来解决真实世界的问题，帮助学生发展思维，提升学生运用知识的能力，从而获得通用技术学科的核心素养。STEAM 教育理念指导下的通用技术课程开展，应做到时时刻刻以学生为中心，设计基于真实生活中遇到的问题的教学情境，让学生发现问题、提出问题，组织学生进行探究与协作式学习。而教师的主要职责是引导学生进行知识建构。

3 教学前期分析

3.1学习者特征分析

学生在初中阶段已经上过简单、基础的劳动技术课，有一定的动手制作的技能，但是只能够跟着老师进行简单的模仿与制作，没有系统地学习设计的思路与技术使用的方法。学生在日常生活中，能够发现一些问题，但是缺少发现问题并试图解决它的意识。

由于高二年级的学生有了一定的生活经历和文化基础，对认识问题有自己的观点，初步具备了发现问题的能力，所以他们具备掌握设计过程以及各项技术的能力。此外虽然目前的物质生活非常丰富，但学生对于产品、制作等内容知之甚少，而且对于设计的过程更是没有清楚的印象。因此，本次设计让学生先实践、后理论的方式，在实践中获得对理论知识的感性认识，从实践中总结经验。

3.2教学内容分析

通用技术是在人们的日常生活中，最为基础的、被广泛使用的技术。高中通用技术课程的开设，是以培养学生的学科核心素养为主要目标，帮助学生掌握适应社会以及职业发展所必需的技术。“技术与设计1”是高中通用技术课程的第一个必修模块，通过该课程的学习，希望能够帮助学生构建一个关于技术领域的新的知识体系，学习技术的思维方式，充分激发学生的创造力，培养学生用技术解决生活中所遇到的问题的能力，并倡导学生关注和使用新技术，课程的具体内容包括发现与明确问题，特定设计方案，制作模型或原型，测试、评估及优化，产品的使用与维护。

3.3教学目标分析

通过本模块的学习，学生能够对技术有一个初步的、基本的认识，并在经历技术设计的一般过程的体验中，逐渐形成本学科的核心素养——包括技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力[4]五个方面。参考中华人民共和国教育部制定的《普通高中通用技术课程标准（2017年版）》[5]，秉承系统性、适应性和发展性原则从三维目标来分析，如下表所示。

4 教学活动设计

4.1教学活动总体设计

结合 STEAM 教育的特性及通用技術课程的教学模式，本次教学项目设计基于《普通高中课程标准实验教科书通用技术必修1》进行设计，将教学过程分为以下五个步骤：教师根据宿舍书架使用时存在的问题，创设教学情境;教师根据所创设的教学情境，引导学生发现问题与明确问题，明确设计开展的方向;学生分成每6人为一个小组，运用所学知识进行探究、协作式学习，完成书架的设计与模型制作;教师在学生探究与协作学习的过程中给予学生帮助，引导学生进行知识的建构;学生依据解决问题的方案，动手实践以解决问题。在课程的最后，学生需要完成智能书架的设计以及模型制作，学习与巩固教科书中的相关知识点。

4.2教学活动设计

本课程项目共10个学时，每一个课程内容都有相应的理论课与实践课，整个课程的学习活动由教师理论知识讲解和学生分组实践探究两部分组成。首先，教师进行第一课“设计的一般过程”的理论知识讲解，在整个讲解过程当中帮助学生发现与明确问题——设计智能书架，这一节课后学生进行资料的搜集与整理，梳理自己的想法。第二节课组织学生进行头脑风暴，交流各自的想法。紧接着，由教师进行“三视图”部分内容的讲解。学习完知识之后，学生有2个课时的时间各自完成自己的设计方案并进行小组汇报与交流。每一位学生完成自己的设计方案之后，教师进行“设计的一般原则”的授课，在授课过程当中指导学生根据设计的一般原则进行方案的筛选，确定每一个小组最终的方案。确定方案之后，教师先进行1课时的“工艺”部分知识点讲解，简要介绍木工、金工等针对不同材料的加工工具和加工方法，并重点介绍这些加工工具的使用方法，为学生后面3个课时的模型制作的实践课打下基础。学生通过3个课时的实践，每个小组根据之前确定的设计方案完成模型的制作。最后一个阶段，由教师组织学生进行作品的展示。

4.3教学评价设计

本课程的评价结合不同的学习目标来确定评价指标，采用教师评价与学生组内匿名互评相结合的方式进行。

（1）整个教学过程的教师评分表由教师根据每一个位学生在工程过程中的每一个环节的表现以及上交的作品进行打分，最终计算出总平均分为教师对该名学生这门课程评定的总成绩，具体评分标准如下：

①分数a1：明确问题。没有明确问题得0分;问题没有被清晰理解或准确识别得60分;问题的一部分被明确得70分;问题的两三个部分被明确得80分;问题的所有部分都被包含或明确，并被清晰理解得100分。

②分数a2：制订设计方案。没有制订设计方案得0分;提出的设计方案没有针对所需要解决的问题，设计方案包括了以下必要细节中的1个：比例、尺寸、材料、标注得60分;提出的设计方案较好地解决了问题，设计方案包括了以下必要细节中的2个：比例、尺寸、材料、标注得70分;提出的设计方案较好地解决了问题，设计方案包括了以下必要细节中的3个：比例、尺寸、材料、标注得80分;提出的设计方案应对了问题，并呈现了问题的参数，设计容易理解，并涵盖了以下所有细节：比例、尺寸、材料、标注得100分。

③分数a3：制作模型。没有模型得0分;提交的模型没有应对问题或处理任何参数，模型没有依照提交的设计方案来建立得60分;提交的模型应对了问题，但只处理了1个参数，模型没有依照设计方案来建立得70分;提交的模型应对了问题，但只处理了一半参数，模型依照了设计方案来建立得80分;提交的模型较好地解决了问题，并处理了问题中的所有参数，且模型是按照设计方案来建立的得100分。

④分数a4：分析数据和再设计。没有分析数据或再设计得0分;进行了再设计，但是对模型或设计方案做出的修改不恰当或不必要得60分;搜集到的数据被用于做出恰当的修改，但模型与设计方案没有同时修改得70分;对模型和设计方案做出了恰当的修改和再设计，但存在不必要的修改或仍有部分问题待解决的得80分;搜集到的数据被用于对模型与设计方案做出恰当的修改，且所有修改都是经仔细思考和呈现的得100分。

最终的教师评分为[M1=a1+a2+a3+a44]

（2）组内匿名互评表由每一个6人小组的组员之间匿名进行打分，最后每一位学生的互评成绩为组内所有其他组员对该生评价得分的平均分，评分指标如下：

①熟知本小组的问题情境，及时发现与明确问题（10分）。

②积极进行相关资料的收集（20分）。

③积极参与小组活动（20分）。

④高质量完成组内任务（20分）。

⑤在小组的项目实践中做出优秀贡献（15分）。

⑥具有团队合作精神（15分）。

最终的组内互评分为

（3）最终成绩评定=教师评分*70%+组内匿名评分*30%

5 教学实施过程

（1）创设问题情境

在学生宿舍内，传统书架（如图1所示）一般是固定，放置物品的空间本来就小，并且书架放置较高，对于大部分的同学来说，取书十分不便，常常会因为其他书的掉落砸乱其他东西，无法满足学生在不同状态下的使用要求。传统书架虽然具有一定的实用性，但是使用起来不是特别便利，对学生来说，需要一种能够让学生在宿舍找书、取书方便的智能书架。

（2）头脑风暴

对于给出的问题情境，分小组进行头脑风暴，主要有以下设想：

A：限制式拼图样式的书架，要求书架有六个格子，其中只有五个格子可以放书，空出一个格子，书格可以向相互替换。

B：受升降电梯和现有的多层升降侧摆移式机械停车库启发，提出一种升降书架，设有书架底座、多层置书板，以及支撑摆臂。

C：受摩天轮结构启发，提出一种可循环升降书架，书架的两侧采用链条、齿轮式结构，链条能够在电动机的带动滚动，形成传送带，从而带动书架上的面板一起运动。

D：抽屉式可伸缩书架，类似抽屉结构，通过轴承实现升降。

（3）讲解新知

教师对活动开展的过程进行详细说明，并分多个课时讲解核心知识点，具体如下：

①技术设计的一般过程：发现与明确问题、制定设计方案、制作模型或原型、测试评估及优化、产品的使用与维护。

②设计的七大原则：创新原则、实用原则、经济原则、美观原则、道德原则、技术规范原则、可持续发展原则。

③正投影法及其基本性质、三视图的定义及画法、注意事项等。教师呈现例题并进行讲解，请同学上黑板完成三视图的绘制，其余同学在自己的纸上进行绘图练习。

④常用的工艺种类以及其对应的工具和使用方法。教师边讲解边让学生传看相关工具。请学生上讲台进行手锯锯条安装的演示，教师加以辅助指导和重点提示，并总结学生的表现，突出重点的操作注意事项。

（4）方案设计

每个小组根据之前选定的方案，完成本组的设计方案草图和三视图，图2所示为某一小组的设计草图。该方案通过在书架底板加支撑物并控制支撑物的伸缩来控制书架底板的升降，从而实现书架的升降。

（5）模型的制作

第一步：根据设计方案选材，画线。

第二步：根据画线进行材料的锯割，如图3（a）所示，由于所用木板较厚，锯割较为费力，学生尝试使用手锯、电锯等多种方式进行。

第三步：锯割出的材料会出现表面不平整、不光滑的現象，需要打磨。打磨的方式有多种，如刨、锉削等，学生分别进行尝试。

第四步：将打磨好的材料进行装订和组装，如图3（b）所示。

第五步：作品展示与畅想，学生对于书架的智能性提出了两点设想。第一，可以在上下层结构中间安装磁力装置，用小程序控制磁力装置是否通电，当它通电时，书架的上下层之间可以产生磁力，上下层相互吸附，书架不会下降。当磁力装置断电时，磁力消失，书架下层便脱离上层缓慢下降，实现其智能升降。第二，书架的升降主要是通过书架上下层共4个滑轮驱动，因此只要控制四个滑轮就可以控制书架的升降。可以通过电动机连通4个滑轮，并用程序控制电动机是否运行，向哪边运行，就可以控制书架的智能升降。

6 结束语

通过4节理论课和5节实践课的学习与制作，同学们能够较好地掌握《设计的一般过程》《设计的一般原则》《设计与交流中的技术语言》以及《工艺》这四个部分的内容，并通过书架的制作来巩固理论知识的学习，将理论与实践高度结合起来。在课程的开展中，学生的学习兴趣较强，能够主动地进行资料的收集与整理，积极主动地完成各项任务。在项目实践的过程中，学生形成了一定的技术意识，理解了技术与人类之间的密切关系，并开始尝试用技术解决生活中遇到的问题。学生的创新意识得到了激发，能够对生活中存在的问题提出质疑，并进行具有一定创造性的方案构思，能综合各方面因素对方案做出评价和优化。学生的动手能力得到了提高，能够识读简单的技术图样，能够用手工和三维软件来进行简单的图样绘制，能够将抽象的思维用具体形象的方式表现出来。

参考文献：

[1]章盛智，丛敏.创客教育与基于STEAM的通用技术项目教学融合探究[J].福建教育学院学报，2018，19（11）：79-81.

[2]黄桦.STEM教育深度融入科学课程教学的实践路径[J].现代教育技术，2018，28（05）：121-126.

[3]肖芳，王景梅.基于翻转课堂的项目式教学研究与实践——以《建筑构造》课程为例[J].教育教学论坛，2019（01）：234-235.

[4]付登艳.关于STEM教育与通用技术课程相结合的可行性分析[J].课程教育研究，2018（01）：235.

[5]中华人民共和国教育部制订.普通高中通用技术课程标准[S].北京：人民教育出版社，2017.

【通联编辑：王力】