STEAM理念下通用技术单元化项目教学研究*

摘  要  以深度学习理论为指导，将STEAM理念和学科核心素养进行融合，从而对高中通用技术教学内容进行重构，实现从碎片化课时到结构化单元的转变。在此基础上开发单元化项目教学课程，并且以“防疫密闭空间消毒装置的制作”为例进行实践，培养真实情境下学生利用技术解决实际问题的能力，以期为通用技术教学提供参考借鉴。

关键词  STEAM；高中通用技术；核心素养；项目教学

中图分类号：G633.93    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）17-0079-03

0  引言

高中通用技术是一门基于实践、注重创造的课程，但是实践并不是单一的动手操作，因此，新课程改革凝练出通用技术学科核心素养，倡导结合真实情境开展有挑战性的技术体验活动。这种教学方式体现的是以学生为中心的思想，注重对学生综合素质的提升，注重对利用技术解决实际问题能力的培养。这与应用跨学科知识动手解决现实问题，从而培养学生工程思维能力及科学研究精神的STEAM教育理念不谋而合。因此，如何实现STEAM理念与通用技术核心素养有机结合，成为目前通用技术学科领域值得探索的课题[1]。

1  研究背景

1.1  时代背景

新冠肺炎（COVID-19）疫情在2020年初突然暴发，随后以迅雷不及掩耳之势肆虐全球。本次新冠疫情具有传播速度快、传染范围广、防疫难度大的特点，因此给我国乃至全世界带来巨大的损失。虽然当前我国疫情防控转向常态化，学校复学复课步入正轨，企业复工复产有序进行，然而新冠病毒并没有彻底消失，尤其是在人员聚集区域，一旦防疫措施没有落实到位，疫情仍会暴发。因此，如何快速有效地进行疫情防控成为当下亟待解决的问题，这也给通用技术项目教学选题提供了思路。

1.2  课程背景

本轮新课改提出通用技术学科核心素养包括技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力五大素养，倡导学生结合真实情境进行自主学习、探究学习、合作学习[2]。同时，为了便于学生立足核心素养建立新旧知识之间的关联，新课程提倡将碎片化的课时重构为结构化的单元。重构后的单元并不是知识点的简单整合或章节的合并，而是聚焦学科大概念以项目作为主线基于问题解决的学习单元[3]。这与STEAM基于真实情境综合运用跨学科知识动手解决实际问题的教育理念有诸多相通之处，从而为STEAM理念下的通用技术单元化项目教学研究创造了条件。

1.3  技术背景

随着开源硬件、3D打印、激光切割、图形化编程这些技术的出现，大大降低了原来复杂专业技术的入门门槛。尤其是以Arduino为代表的开源硬件诞生后，给广大中小学生提供了开源可扩展的硬件开发平台，学生无须具备专业的软硬件知识也可以轻松地利用技术进行创作[4]。教师也可以结合项目将创意设计贯穿在教学过程中，让学生明白新兴科学技术为创意实现提供了支撑，鼓励学生利用开源硬件、3D打印、激光切割、图形化编程这些技术将自己的创意变为现实，从而为STEAM理念下的通用技术单元化项目教学开展创造条件[5]。

2  项目设计

高中通用技术必修部分由“技术与设计1”和“技术与设计2”两个模块构成，两个必修模块的编排内容呈现出递进关系，“技术与设计1”为“技术与设计2”的学习奠定了基础。“技术与设计1”比较注重基础性的技术设计，旨在让学生体验一般技术设计过程，从而掌握技术设计的基础知识及基本技能。“技术与设计2”则侧重专题性的技术设计，通过结构、流程、系统、控制这四个主题学习单元，旨在让学生从专业角度利用技术原理来分析解决问题[3]。尤其是控制主题学习单元又综合运用“技术与设计2”前三个单元的知识，如果选取“设计一个控制系统”开展单元化项目教学，学生可以利用控制主题单元的技术理论作为指导，而且可以应用“技术与设计1”所学的基本技能进行实践，从而通过单元化项目有效地将通用技术知识串联起来。综合考虑新课改深度学习基于真实情境的理念，以及新冠肺炎疫情防控转向常态化的时代背景，设计一个防疫消毒控制系统是不错的项目主题。

3  项目实施

3.1  发现与明确问题

利用生活中的实际案例结合图片、视频等多媒体资源创设情境，让学生观察新冠疫情防控常态化下医护人员对公共区域消毒的过程，并且提问：现有人工定时消毒的方式是否也适用于快递取件箱及超市储物柜等密闭空间？在学生思考分析问题的基础上进一步提出挑战性的任务：如何有效对快递自助取件箱等密闭空间进行消毒？进而确定本次项目式教学的主题：设计并实现一个密闭空间自动控制消毒装置。

3.2  制订设计方案

制订设计方案的关键在于构思，而构思的关键又在于能否科学设计分析并恰当运用构思方法。一个完整的构思过程不仅是分析、构思、权衡、比较、优化等思维活动交互辉映的过程，也是学生批判性想象、创造性思维等能力不断发展提升的过程[6]。在这个过程中，教师引导学生分组进行协作探究，保持中立的态度与各组互动交流，鼓励学生基于创客教室提供的Arduino单片机（图1）、光敏电阻、按压式喷雾消毒液、电池、舵机以及3D打印机等器材进行大胆构思，并用设计草图将本小组的设计方案绘制出来。

3.3  制作模型或原型

在消毒装置的设计方案基本形成以后，可通过制作模型或者原型来检验装置的结构、造型及零部件之间的装配关系。同时，依托模型可以真实观察和推敲消毒装置的立体形态，以便对其进行更进一步的完善和修改[6]。在这个过程中，各小组内部成员之间分工协作，利用创客教室电脑提供的3D One、SolidWorks、AutoCAD等建模软件进行模型的构建。建模过程需要注意模型材料的选取以及工艺标准的设定，同时模型内部空间要规划合理，以便放置单片机、电池等元器件。模型设计完成之后即可通过3D打印机将其打印出来，如图2所示。

3.4  测试评估及优化

在消毒装置的主体结构设计完成后，小组成员可以将各个模块集成起来进行测试，然后通过成员交流与评估来分析消毒装置还存在的问题。对装置的评估主要有两个基本依据：

一是参考“技术与设计1”课本上七个设计的一般原则进行评估，如装置是否美观、经济、实用，是否符合道德、技术规范及可持续发展原则；

二是根据事先预期的模块功能设计要求进行评估（图3），如光敏电阻阈值设置是否合理，舵机力度是否能扣动喷雾消毒液按钮。

通过对消毒装置的测试和评估，可以分析作品当前存在的缺点和不足，进而有针对性地从外观、材料、结构、功能等方面对作品进行优化[6]。

3.5  编写产品说明书

产品说明书不仅是用户选择、使用产品的参考依据，而且可以帮助用户了解产品的特性，从而帮助用户安全、正确地使用产品。因此，当消毒装置成品设计完成后，小组成员还要协作完成说明书的撰写。编写消毒装置说明书时，各组成员要充分考虑用户需求，体现本组设计方案的特点，详细说明消毒装置的组装方法、使用方法及日常保养维护需要注意的事项。尤其需要注明消毒装置使用过程中可能出现的故障问题，并且附上可能的故障情形以及解决方法[6]。

3.6  小组展示分享作品

交流分享是STEAM理念的重要组成部分，也是学生展示呈现自我劳动成果的途径，如图4所示。交流分享不仅可以鼓励学生在技术探索的道路上勇往直前，而且可以帮助学生将制作过程中所用知识串联起来，并且在此基础上构建形成自己的知识网络。各小组代表对本组消毒装置作品进行展示介绍，让学生在锻炼沟通表达能力的同时，也通过互相学习进一步扩展了技术思路，从而促进通用技术学科核心素养的发展。

4  结束语

本文立足于新课程改革的时代背景，基于STEAM理念和学科核心素养对通用技术单元化项目教学进行研究，并结合“防疫密闭空间消毒装置的制作”案例进行实践。依托项目教学有效对学科教学内容进行重构，实现从碎片化课时知识到结构化单元知识的转变，进而帮助学生有效建立起前后知识之间的联系。学生结合疫情防控中的实际问题，通过自主学习、探究学习、合作学习，经历发现与明确问题、制订设计方案、制作模型或原型、测试评估及优化、编写产品说明书与小组展示分享作品的全过程，从而锻炼培养未来发展所需的必备品格和关键能力。

参考文献

[1] 赵洋.面向通用技术核心素养的STEAM学习探析：以“花盆架的设计与制作”为例[J].中国现代教育装备，2021（22）：40-42.

[2] 教育部.普通高中通用技术课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2017.

[3] 顾建军，吴铁军.普通高中通用技术课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018.

[4] 王丽珠.实践者视角下的校园创客教育生态系统构建研究[D].长沙：湖南师范大学，2020.

[5] 杨淇善，韩德强，贾懋珅.基于开放式项目的开源硬件与编程课程教学改革与实践[J].中国现代教育装备，2021（23）：156-159.

[6] 顾建军.技术与设计1[M].南京：江苏凤凰教育出版社，2019.

*项目来源：福建省教育科学“十四五”规划2021年度课题“劳育背景下的通用技术单元化项目教学研究”（编号：FJJKZX21-406）；厦门市集美区教育科学“十四五”规划2021年度课题“基于‘劳育的通用技术单元化项目教学研究”（编号：21111）。

作者：王君黛，福建省厦门第一中学，研究方向为技术教育、移动学习与教育云服务（361003）。