核心素养下高中通用技术课程跨学科项目式教学模式构建与实践——以“智能时钟”创意设计为例

董琳雪 广东省广州市第八十六中学

●问题的提出

当前，跨学科项目式教学存在学科知识的“拼奏”倾向、教学目标不明确、项目活动中教学评欠缺一致性、跨学科教师之间的协同互助较弱的现象。[1]因此，笔者尝试在通用技术学科教学中以解决真实生活中的问题为主线，充分调动与解决问题有关的各学科教师参与到课程设计和问题解决的过程中来，共同设计教学评的评价内容，将学习目标和学习评价进行有效结合，促进学习成果有效达成，培养学生的跨学科创新能力和综合运用能力，培养面向未来解决复杂问题的学习者和创造者。

●核心素养下通用技术课程跨学科项目式教学模式构建

通用技术课程以操作学习和设计学习为主要特征，立足实践，注重创造，强化学生手脑并用与知行合一意识，提高学生解决技术问题的综合能力，发展学生的工程思维和创造能力，培养学生的图样表达和物化能力，提升学生的技术素养。[2]而跨学科项目式教学模式以创客教育和STEM教育理论为基础，将跨学科学习和项目式学习有机融合，以解决真实问题的项目式学习为主线，开展项目教学活动，产出项目成果，评估与预期教学目标的达成度，不断优化项目教学活动。基于此，笔者将通用技术课程与跨学科项目式教学模式结合，构建了如下页图1所示的教学模式。

图1

①在项目活动准备阶段，教师应联系学生的生活选择真实问题情境，逆向分析解决该问题涉及的学科知识内容，整合相关学科的知识，规划设计课程框架，分析解决该问题需要培养的学生的能力和思维，进而明确课程目标和课程标准。教师还要提前做好教学软硬件环境的准备，做好整体课程框架设计和实施计划，包括课程目标、课程活动、课程任务等。

②在项目活动实施阶段，以解决问题为主线、学生为主体、教师为主导，开展“发现问题—明确问题—设计方案—制作产品—测试评价—迭代优化”的教学活动。

③在项目评估阶段，将过程性评价和终结性评价相结合，以教师、学生为评估主体，通过自评和他评的方式，全面评价产品与设计目标的契合度，充分了解项目学习共同体的整体项目成果。

●核心素养下通用技术课程跨学科项目式教学模式实施

《普通高中通用技术课程标准（2017年版）》鼓励教师立足学生的直接经验和亲身参与，充分利用现代信息技术，精心设计和组织学生的学习活动，立足实践，注重创造，选择体现时代特点与生活紧密联系的课程内容，倡导以学生为中心、以实践为核心的多样化学习方式，突出实践能力、创新思维和工匠精神的培养。笔者在粤科版通用技术必修1第三章“制订我的设计方案”和第四章“实现方案和评价设计”的教学中，创设“新冠疫情封校学习期间学生对天气和时间掌握需求”的真实生活情境，引导学生使用数字化工具进行创意设计，利用开源硬件掌控板和mPython图形化编程软件设计“智能时钟”的功能，使用123D软件制作“智能时钟”的外观造型，以帮助学生更好地掌握时间和天气情况，管理在校学习和生活。在项目活动中注重培养通用技术学科的创新设计、物化能力及工程思维和信息技术学科的数字化学习与创新、计算思维[3]，教学活动内容的安排以解决问题为主线，以产品设计为终点，在整个活动中渗透信息技术和通用技术学科的核心素养和综合运用能力。

1.搭建Moodle平台，创建项目教学资源

在“智能时钟”项目活动准备阶段，教师要提前搭建好项目实施所需的教学软硬件设备和教学资源。笔者在校内Moodle平台上创建了教学资源；根据“智能时钟”项目问题情境，采用开源硬件掌控板和mPython软件进行编程设计和程序控制；连接WI-FI，获取网络时间播报和天气预报，并借助开源硬件掌控板和3D打印设计制作产品。笔者结合项目涉及的跨学科内容，对原有学科知识进行重新整合，梳理项目课程教学活动的具体内容和教学目标，将每节课的教学内容分为“知识百科、考考你、练练手、课堂作业、挑战擂台”五个模块，并根据课程内容的需要制作相关的微课。学生将每节课完成的作业提交到Moodle平台（记录学生的学习过程，形成过程性评价），并利用Moodle平台资源进行个性化的自主学习和合作探究，减轻了教师个性化指导学生的负担，确保项目活动的顺利开展。

2.以解决问题为核心，实施项目活动

在“智能时钟”项目教学活动中，笔者创设了“新冠疫情封校学习期间，学生对天气变化和时间管理的实际需求”的问题情境，通过明确问题、构思方案、方案物化（功能设计、外观设计）、产品制作、产品交流评价、产品优化等环节开展项目活动，具体如图2所示。

图2

（1）明确现实问题，构思解决方案

本项目活动来源于真实生活，由于受广东多变天气的影响，新冠疫情期间学生需要提前做好增减衣物的准备，以防感冒或中暑。基于以上情况，激发学生思考是否可以创造产品，让学生在校期间既可以掌控天气变化，又可以掌控学习时间。在明确现实问题后，学生通过头脑风暴的方式探讨产品的解决办法、设计需求、设计限制，经过多方面的综合考虑，最终将想法以构思草图和设计流程图的方式呈现出来，形成产品设计方案。

（2）方案物化，实现功能设计和外观设计

根据学生构思的产品设计流程图，结合学生的认知水平和知识基础，采用开源硬件掌控板和图形化编辑软件mPython进行“智能时钟”的功能设计（需要实现时间信息、天气信息和穿衣指南信息的获取）。首先，连接网络WI-FI，获取网络时间服务器的同步时间和网络心知天气平台上的天气预报信息，编写程序调用相关信息。然后，将调取的时间和天气信息显示在开源硬件掌控板LED屏上。在“智能时钟”的功能设计过程中，学生分析了产品的功能需求，明确了设计需求和实现方法，通过编程语言来实现功能设计。

结合设计方案中的概念草图，学生学习使用123D软件进行“智能时钟”外观的制作。首先，使用123D软件绘制平面草图，并对草图进行拉伸，转化成实体。其次，使用123D软件合并功能中的“加、减、合并、相交、相减”功能实现内嵌掌控板实体的空间设计。最后，使用123D软件中的着色和倒圆角功能进行细节的处理。在“智能时钟”的外观设计过程中，学生掌握了使用123D软件进行产品外观创意设计的方法和技巧，学会了借助计算机辅助软件实现将二维平面的概念草图转化成三维的立体模型，实现产品的外观设计。

（3）产品创意制作，培养创新能力

在“智能时钟”的功能设计和外观设计的学习基础上，学生综合运用所学新知进行附加功能设计和个性化创意设计。例如，在开源硬件掌控板功能设计基础上，增加小台灯的功能；在123D外观设计基础上，增加笔筒结构，便于放置学习用品等多样化创意设计。创意设计制作的过程，培养了学生的综合运用能力和创新物化能力。

3.展示分享作品，迭代完善成果

在“智能时钟”项目教学活动中，学生完成的每一个阶段性成果都要进行展示分享与交流评价。学生根据教师和他人给予的评价改进设计成果。在最终的产品创意设计完成后，学生使用3D打印机打印出外观造型，并将设计好的“智能时钟”模块嵌套在创意外壳上。成品完成后邀请教师和同学体验并分享使用感受，以迭代优化设计成果。

●效果分析与建议

在“智能时钟”教学活动中笔者开展了“威廉斯创造力倾向测评量表”的前后测调查，从下表的统计数据中可以发现，学生创造力的总分平均值及冒险性、好奇心、想象力和挑战性四个维度的平均值在实验实施后都有所提升，尤其在好奇心和挑战维度上的变化最为明显。但通过配对样本T检验发现学生创造力倾向在总分和冒险性、好奇心和想象力维度上的P（T≤t）双尾值均大于0.05，说明产生的变化并未发生显著差异，而在挑战性维度上的在P（T≤t）双尾值（0.00）小于0.05，说明挑战性维度上产生了显著差异。这也说明“智能时钟”跨学科项目式教学活动有助于学生创新思维能力的提升，培养了学生解决复杂现实问题的信心和能力，但是在培养学生创造力倾向的冒险性、好奇心和想象力维度上还有待加强和改善。

冒险性好奇心想象力挑战性总分前测后测前测后测前测后测前测后测前测后测平均值X 20.90 21.23 25.28 26.21 24.83 25.59 20.58 22.29 91.58 95.31标准差S 2.72 3.06 5.08 5.15 5.42 4.59 3.62 3.82 14.75 15.27 df 79 79 79 79 79 t Stat-0.74-1.23-1.01-3.02-1.67 P(T≤t) 单尾0.23 0.11 0.16 0.00 0.05 t 单尾临界1.66 1.66 1.66 1.66 1.66 P(T≤t) 双尾0.46 0.22 0.32 0.00 0.10 t 双尾临界1.99 1.99 1.99 1.99 1.99 T检验及差异分析

结合“智能时钟”跨学科项目式教学活动的实践探究，笔者对构建跨学科项目式教学活动提出建议：第一，在创设真实世界的问题时，要充分了解学生的认知基础，避免课程活动任务出现过易或过难的情况。第二，在进行跨学科教学内容设计时，要充分考虑相关学科的知识，尽可能让相关学科知识的学习在跨学科教学内容之前进行，这样有利于学生将已有的学科认知再次建构到新问题中，有利于学生对新问题的解构和深入理解。第三，在跨学科项目实施中，跨学科教师要全程参与到课程教学活动中，针对学生在实践中存在的未能预判的或生成性的新问题展开进一步的深入探究，让学生在解决富有挑战性的问题过程中，提升自身的高阶思维能力和创新能力。第四，在对跨学科项目的成果进行评估时，要充分结合跨学科项目式教学目标设置评价量表，以教师和学生为主体开展评价与交流互动，确保项目成果不偏离教学目标，让学生在评价交流中培养自身的沟通协作能力、语言表达能力和批判性思维。

●结语

本文构建了核心素养下高中通用技术课程跨学科项目式教学模式，结合“智能时钟”跨学科项目式教学探究，在一定程度上实现了通用技术和信息技术学科核心素养的培养，提升了学生综合运用知识解决真实生活问题的能力和创新能力，帮助学生建构认知，提升技能和素养。但是该模式也存在不足之处，在项目教学活动实施过程中面向高一全年级进行问卷调查，前后测回收的有效问卷较少，实际统计样本量与实施样本总体数量偏差较大。后续笔者会加强有效数据的回收，确保数据分析的有效性和完整性。