技术素养导向的“设计与智造”教学策略

夏燕萍

笔者所在学校提出的“设计与智造：统整理念下高中生学习方式的变革”项目（2019年获批江苏省前瞻性教学改革项目），拟解决的核心问题是如何培养高中生技术素养，提升高中生实践创新能力。在近两年的教学实践中，笔者所在学校开发了课程体系，以“设计与智造”项目融合信息技术和通用技术的必修、选择性必修和选修模块，积极探索国家课程的校本化实施，力求有效融合内容相近、技术相通的课程模块，浓缩课程精华，提高教学效率。同时，将课程内容与学生的生活、经验、情感和生命相连接，使学习更有意义，使学生更投入，从而促进学生深度学习，最大化地提高其技术素养和创新能力。“三维设计与智造”是一门校本融合课程，统整了通用技术和信息技术的学科内容和育人目标。课程的宗旨是让学生在教师的指导下，学习相关技术，并运用所学知识与技能，遵循设计思维的方法论，进行有目的的设计与智造，以形成具有一定功能或智能的电子作品或物化产品作为最终成果。在教学内容方面，本课程融合了2017版高中通用技术课程标准中的必修模块“技术与设计1”“技术与设计2”，选择性必修“技术与创造”系列模块，以及高中信息技术的选择性必修模块“三维设计与创意”等的相关内容，课程项目及统整模块如图1所示。课程教学目标则是培养学生的信息意识和技术意识、计算思维和工程思维、数字化学习与创新设计、图样表达和物化能力、信息社会责任等技术学科核心素养。

“三维设计与智造”课程的教学主要采用项目化学习，强调“做中学、学中做”的学习理念，引领学生在“设计与智造”的项目实践过程中学会“设计与智造”。课程的教学策略主要是项目内容的情境化和整体性、学习活动的实践性和自主性、学习思维的可视化和深度化、学习评价的过程性和伴随性。通过教与学方式的统整与变革，引导学生实现技术知识与实践技能的迁移、思维水平和技术素养的提高。

● 项目内容的情境化和整体性，有助于建构系统的知识技能结构

项目学习是一种系统化的教学方法，通过一个基于真实情境的较复杂的问题或任务，引导学生进行问题解决、产品设计或调研活动等，最终以问题解决方案、作品、产品等形式提交成果。“三维设计与智造”课程中的项目主要基于学生生活经验，首先通过七巧板、鲁班锁、骰子、花瓶、手机支架等小型设计项目，让学生逐步了解三维设计软件的功能，学会基本的建模操作和设计思维方法。然后通过台灯设计（半开放）和文创产品设计（全开放）这两个大项目，与通用技术必修课融合，让学生充当设计师、工程师等角色，体验产品设计的全过程，通过解决各种实际问题，整合所学的技术知识与技能，综合运用设计思维、工程思维和计算思维等方法，设计出产品模型，进而提交物化产品。

知识和技能具有情境性，只有与真实的情境联系起来才容易被学生理解和运用，学习才会真正地发生。真实的情境将抽象的知识、技能与形象的应用场景联系起来，将枯燥的课本理论与生动的实践运用联系起来，使学生直观感受到知识、技能的豐富内涵和价值意义，是知识技能通往核心素养的重要途径。七巧板是学生熟悉的创意玩具。在三维建模软件中设计和拼接七巧板，需要用到实体分割、草图拉伸、实体上色和移动等操作。作为建模入门的小项目，七巧板可以拼接成各种动物、人物和建筑图形，使学生对实体移动操作乐此不疲，而且他们会根据拼接移动的场景灵活地选择点到点移动、动态移动这两种方式，熟练地掌握最基本的建模操作，为后续学习奠定基础。

知识和技能具有整体性。知识和技能是人类认识与改造自然、社会的成果或结晶，而自然世界、人类社会的所有事物之间都有着千丝万缕的联系，具有一定的整体性和系统性。学习的实质就是知识的建构和组织。而项目学习的真实情境特性，又决定了项目中涉及的知识技能具有跨学科性、复杂性和综合性。创意小台灯项目是高一通用技术必修一的经典项目，包含设计的流程、产品的结构、材料和工艺等通用技术主干内容，又涉及升压电路、电子元件、声光电传感器、电子控制系统等物理知识。本课程的项目进度则与通用技术课一致，指导学生采用3D软件设计台灯的底座、支撑和灯罩，帮助学生把组件打印出来后用于台灯的后期组装，从而完成一个跨越三个学科（物理、通用技术和信息技术）、历时两个多月（16课时）的颇具挑战性的综合项目。依托台灯项目学习，可以让学生在整体中、在联系中、在比较中学习，将已有的各学科知识与新知识融会贯通，形成立体、开放、系统的知识技能结构。

● 学习活动的实践性和自主性，有助于形成良好的自主学习品质

素养导向的技术课程强调实践学习，设计与智造的项目学习强调做中学、学中做，强调手脑并用、知行合一，是典型的实践学习。在项目活动的过程中，学生是实践学习的主体，会遭遇各种问题和挑战。他们要用眼观察、用手操作、用嘴交流、用耳倾听、用脑思考，锻炼自己的观察、动手、表达、思维等能力，全身心地感受完整的项目过程，内化知识与技能，理解技术的本质与价值，从而实现技术素养的提升。例如，鲁班锁是一种益智玩具，与中国古代建筑中的榫卯结构颇有渊源。这个项目的开篇环节就是玩转鲁班锁，让学生领会其中蕴含的设计智慧、啮合技巧和关键工艺。建模环节中的重难点——DE面偏移、圆角造型就是为了解决锁棒之间的啮合问题。在学生遭遇问题时，教师的适时点拨和微课演示，正好让学生有的放矢、学以致用。这正体现了设计的功能性和技术的价值性，对学生技术意识、设计思维和物化能力等都有启发和提升。

以实践为主的设计与智造项目学习需要网络环境的支持。其一，实践学习的特点决定了学生的进度无法整齐划一。因此，教师借助网络课堂提供项目学案、微课等多媒体学习资源，对支持学生的数字化学习具有重要作用。其二，网络课堂组建了线上的学习共同体，有助于学生的作品交流，也营造了竞争与合作的学习氛围。其三，网络课堂的积分制、创意值能够满足学生的表现欲和成就感，有助于培养学习的自主性，也为教师提供过程性评价依据。“三维设计与智造”课程采用3Done学习社区提供的学校SIM云平台，能全方位满足学校在课程资源管理、班级学生管理、作业作品管理、比赛活动组织等方面的需求，使用效果良好。

素养导向的技术课程强调自主学习，设计与智造的项目学习成效主要取决于学生的自主学习品质，如学习的主动性、独立性、专注度、自制力和责任心等。自主学习是一种元认知监控的学习，主要体现在学生的自我规划、自我调整、自我评价和自我管理上。在教学中，教师要对学生的学习潜能给予充分的信任，对学生学习的独立性给予足够的尊重，把学习的主动权和责任权还给学生，坚持以学论教、因学定教，实现“少教多学”和“教是为了不教”。

因此，设计与智造的项目为学生的自主学习提供一定的选择性和开放度，使学习更有意义，学生更有责任。在项目学习中，技术领域的核心概念、主干知识和关键技能是确定不移的，而产品的外观、材料和工艺等因素则是可以由学生自主决定的，台灯项目就是如此。例如，在花瓶设计项目中，教师通过微课讲解了实体组合、旋转造型、放样造型、扫掠与变形等主要造型方法，最终学生提交的作品只要能灵活运用这些方法，设计出不同于样例的花瓶造型，就证明其掌握了技术要领，完成了项目作品。学生一旦被赋予了一定的选择权和自由度，就更容易发现学习的意义，体验创造的乐趣，形成较强的自我学习效能感，具备良好的自主学习品质。又如，校园文创产品设计是个全开放的项目，从主题、设计软件，到材料、工艺都是开放的。学生们设计了回形针、手账本、手机壳、校庆徽章、收纳盒等多种作品，用到了平面及三维设计、激光切割等软件，材料有3D打印的PLA塑料、激光切割的椴木板、亚克力板等。教师只是在课上提到了激光切割软件，提供了两节微课，学生就能举一反三，创意无限，令人惊喜。

● 学习思维的可视化和深度化，有助于培养良好的技术创新思维

设计与智造是一种从理论到实践、从思维到行为的实践学习活动过程（如图2）。技术素养导向的设计与智造项目关键是培养学生的设计思维、工程思维和计算思维能力。设计思维是一种以人为本的产品设计态度与方法，具有普遍适用性和跨学科跨领域的特点，是一种可以发现问题解决方案并以多种方式激发创新思维的途径。国际上普遍认同的设计思维包括同理心、需求定义、方案构思、快速原型和测试迭代这五个阶段。工程思维是以系统分析和比较权衡为核心的一种筹划性思维，在产品的方案构思及权衡时都要用到。计算思维是个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。在面对复杂的问题情境，对其进行抽象、分解和建模的过程中，我们都在运用计算思维。这三种思维方式的综合运用有利于打造良好的技术创新思维，有利于提升学生技术创新素养。

素养导向的项目教学要注重思维的可视化。思维可视化是指运用一系列图表技术把本来不可视的思维（思考方法和思考路径）呈现出来，使其清晰可见的过程。被可视化的“思维”更有利于理解和记忆，可以有效提高信息加工及知识传递的效能。在项目教学中，笔者使用思维导图、概念图整理知识体系，采用同理心地图分析用户、发现问题，使用九宫格法、SCAMPER法发散思维、集思广益，通过用户画像、KANO模型进行方案的比较权衡，运用草图绘制、三维软件、物理模型给出快速原型……为学生的设计与智造活动提供了多种学习脚手架和可视化工具，有效地帮助学生完成项目挑战。

素养导向的项目教学要注重思维的深度化，即促进学生的深度学习，提升学生的思维水平。事实上，项目活动的真实情境和复杂问题正是促使学生多角度、多层次分析问题、深入思考的源动力。项目内容的整体性又能使学生把握学科核心概念和主干知识，理解学科特有的思维方式及其价值内涵，建构较完整、开放而有深度的知识体系。例如，在创意台灯项目中有两条学习线路。明线是学习活动，以台灯为载体，学生运用设计思维、工程思维等方法进行产品设计，体验了产品设计的一般过程，学会了电子电路的焊接，实现了台灯主要部件的设计与装配。暗线是思维过程，学生在项目实践中了解了结构、流程和系统等通用技术核心概念和基本原理，形成了技术价值、系统思想、设计创新等观念，初步具备了工程建模、权衡决策、改进优化等技术思想和方法，培养了创造性思维和批判性思维等思维品质。

● 学习评价的过程性和伴随性，有助于教学相长与质量提升

素养导向的项目学习强调过程性评价。设计与智造项目具有较强的技术实践性和设计阶段性，所以不能仅从项目成果上来评价学习质量。以创意台灯项目的评价为例，早期的1.0版是根据台灯成品打分的，中期的2.0版根据台灯的设计草图和台灯成品综合打分。目前的3.0版采用了项目学习手册，按照设计思维的一般过程，记录了学生各阶段的学习数据和图表，包括发现问题、设计分析（概念图）、明确问题、方案构思（SCAMPER法、头脑风暴）、方案权衡（KANO模型）、方案呈现（草图、三视图等）、模型制作（工具、材料、照片等）、作品评价（自评、互评和师评雷达图）、附录（相关学习材料）。学习手册全方位、真实地记录了学生的项目学习过程和成果，既有助于教师从技术意识、工程思维、图样表达、物化能力和创新设计这五个核心素养维度来客观评价学生学业质量，也帮助教师诊断项目实施的质量，以便对项目的设计进行改进和优化。

素养导向的项目学习期待伴随式评价。伴随式评价有三大特征：第一，伴随生活全领域;第二，伴随学习全过程;第三，伴随个体自适应。而要实现伴随式评价，信息技术是不可或缺的。伴随式评价在數字时代迎来了发挥作用的机会，因为数字时代能获得实时的监控数据和反馈，有了监控数据和反馈，很多评价才能实时发生。设计与智造项目的学习过程一般比较长，从1课时到16课时不等，伴随式评价能够帮助师生及时发现问题、调整方法、改善学习，起到非常关键的反馈、激励、调控和导向的作用。目前，还没有理想的网络平台能支持伴随式评价，“三维设计与智造”课程是借助3Done学习社区中的学校SIM云平台，关注学生的线上学习状况，及时评价和交流。

综上所述，学科活动是技术素养形成的主要路径，项目学习是设计与智造课程的主要学习活动和学习方式。在项目内容中突出情境性和整体性，有助于知识建构;在项目实施中强调实践性和自主性，可改善学习品质;在项目教学中注重可视化和深度化，可提高思维能力;在项目评价中重视过程性和伴随性，有利于质量提升。在设计与智造课程中，只有妥善实施上述教学策略，才能真正培养学生的创新设计能力，提升技术素养。