基于STEAM 理念的高中技术学科核心素养培育探究

侯根林 （浙江省湖州市第一中学）

近年来，我们在信息技术、通用技术课堂的教学实践过程中，采用基于STEAM 理念的项目式教学都能起到事半功倍的效果，让学生在自主实践与实验活动中悟出真知。结合实践与课程要求都进行了实践与探究，并取得了预期的效果。

一、先做后学，从实践操作中感知技术意识与创新思维能力

STEAM 是从STEM 教育计划演变而来的，STEM是由美国政府主导的一项教育计划，旨在打破学科疆域，通过对学科素养的综合应用解决实际问题，同时培养综合性的人才。STEAM 与STEM 相比，只是比STEM 计划多加了一项艺术，相对来说，STEAM 比STEM 注重的元素更加多元化，要求的学科能力更丰富多样。先做后学的做法也源于此，主要目的是让学生通过观察，体会成果与作品实现的趣味性、实用性等，来激发其探索和制作的兴趣。学生通过在制作中遇到问题的一步一步解决与突破，不断激发其内在的学习动力与实践需求，在其实践与制作过程中感知技术的思维技巧，提高学生的设计与工程思维能力。

例如，通用技术学科中的台灯制作，在未引入STEAM 之前按照教材实践要求，我们一般会直接告制作的步骤，第一步：准备哪些材料；第二步：制作台灯的各个部位；第三步：把这些部位进行组装；第四步：通电测试……学生只要按老师教的方法一步一步做，就可以做出一个统一的台灯，而且大多会采用统一订购台灯套件进行制作装配。

自从引入了STEAM 教学方式以后，用这种方式来指导学生完成台灯制作，多年来用STEAM 理念来举办学校的台灯制作比赛收到了预期的效果。制作台灯的步骤也发生了较大的变化，首先：让学生思考这个台灯有什么用？第二步：制作的台灯基于用途，台灯需要什么材料？第三步：台灯制作需要哪些步骤，怎么做？第四步：制作好的台灯需要做哪些检测；第五步：及时反馈评价，通过作品的调试与评价。让学生真正清楚了制作台灯的意图等这些问题才能较好地完成台灯的制作。通用技术课程中的台灯制作实践，真正体现了STEAM 教育核心：发现与提出问题→设计解决方案→利用科学、技术、工程、艺术和数学等知识解决问题→运用科学、理性的方法验证解决效果。基于STEAM 理念的先做后学，它不追求让学生掌握做具体东西或解答具体题目的知识点，而是强调掌握一种思考方法，让学生从实践操作中感知技术意识与工程思维。

二、以学定教，循序渐进提升学生的计算思维与项目化融合能力

以学定教，就是依据学情确定教学的起点、方法和策略。其中包括学生的知识、能力基础，学生课前的预习程度，学生对新知的情绪状态等学习主体的基本情况。而“定教”，就是根据学生主体的相对水平确定教学的起点不过低或过高，在恰当的起点上选择最优的教学方法与技巧，选择合适的项目化案例，让每一位学生达到最优化的发展。比如在高中信息技术学科教学中，原有的ASCII 码原码识读与字符内码的教学只是通过几个示例，最多也只是通过UltraEdit等软件让学生记忆。但是自从引入了STEAM 理念以来，学科组把相关的知识融合在一起，通过让学生来完成项目任务，在项目任务的分析、分解、目标达成过程中，循序渐进地把所学过的及需要进一步学习的知识引入，让学生在学习中既感觉到轻松，又能感受到学科学习的魅力和动力。

例如，某数据加密方法描述如下：（1）将字符的ASCII 码值加20（十进制）；（2）以字节为单位进行加密处理；（3）将1 个字节的8 位二进制数左移一位，最低位用左移出的最高位填充；（4）将处理后的8 位二进制数分割成前4 位与后4 位两个二进制数；（5）分别将上述两个4 位二进制数转换为十六进制数；（6）所得两个十六进制数按先后顺序连接即为该字节的密文。用UltraEdit 软件观察“电脑computer”这几个字符的内码，如图所示（见图1）。

图1

则字符“M”加密后的密文是（ B ）

A.B0 B.C2 C.43 D.AE

上题主要考查的是学生对字符内码的识读与分析能力，同时也考查学生对题目的分析与理解能力，既要有一定的信息意识，又需要有一定的数字化学习与创新能力。学生在做题中几乎每个答案都有人选，可以说此题所需的知识融合能力较强，是内码、进制转换的精准检测题，若此题搞懂弄通做细，可以说相关知识点必能迎刃而解。设计的四个选项都是源自学生容易错的，也是做题过程的现场生成性的呈现。对学习略有困难的同学可能只能找到“m”的内码，从而推出“M”的内码；对成绩中等以上的同学可以进一步将其在十六制与二进制、十进制之间熟练转换，进而通过移位得到正确答案“B”；若一不小心把汉字与英文字符同等要求对待，把“m”的内码看成是“63”，在做题中就很可能会将密文变成“43”或“AE”，误选C 或D，甚至有些同学审题不清，缺乏耐心时就会将密文化成“B0”。

所以，以学定教，引入STEAM 理念开展项目化的课堂教学，不仅可以将知识高效融合，还能让学生进一步学会分析问题，领会知识点不是孤立的，相互间是融会贯通的，进一步掌握知识的分解过程与方法，提高教学效率，真正做到事半功倍。

三、情境导学，从项目工程设计中培养学生差异发展的物化能力

技术学科的教学对技能实践情境要求很高。要求教师利用与课堂教学内容相关的物体、图片及信息化技术等设计出一系列具体的有利于技术学习的情形或场景，为更好调动学生学习兴趣，为理论的实际运用等提供充足的真实或仿真实的场景与实例，使抽象枯燥的理性知识变得更加生动与具体。因此，在技术学科的教学过程中，运用STEAM 理念，结合项目化的场景设计可以尽最大可能地根据学情、整合教材、运用目标任务促使学生积极、主动地去探索、思考、交流、合作，从而实现在实践项目设计中培养不同层次的学生有差异性发展。

例如，在进行《技术与设计2》的第四单元“控制与设计”的第二节“控制系统的工作过程与方式”的第一课时教学前，虽然控制处处都有，学生也有着广泛的接触，但是学生的认识都是常识性的，认知内容是零散不系统的。此时，我们首先创设了电动感应门的情景，让学生从观看老师进出宾馆大门的视频中找出几个关键的环节，接着采用了自制的教具《自动感应门》，通过仿真场景让学生来领会与思考其动作过程，为了更好地增加感性认识，同时采用多媒体仿真动画手段和STEAM 活动中制作的模型进行解剖分解，用这种具体的装置来帮助学生探究分析相关的重点内容，这种从过程感知到实际感悟的相对系统的项目化教学设计，既可以引起学生的极大兴趣，又可以化抽象为具体，教学吸引力和效果都能做到比较好。有了这些情景的直观了解之后，学生对控制系统的过程与方式就不再陌生了，就能够较好地理解控制过程。

四、团队合作，从知识导向转向生活应用有效实现任务驱动

前面几个实践主张先练后讲、以学后教和情景导学，同样的，团队合作式学习能够更有利于学生的自主学习，主动参与。从尝试入手，从练习开始，调动学生学习的积极性、主动性、创造性等，学生唱“主角”，而老师转为“配角”，实现在教学过程中师生角色的换位，有利于加强对学生自学能力、创新能力的培养。比如，完成一个纸袋的流程如下所示：

制作提手—制作袋身—粘贴组合—制作装饰。

按照以上流程划分，同时结合项目教学的要求，把上述四个环节按小组分解成小任务，让学生在不同的任务中逐步完成，同时结合制作过程来总结与完成知识的提炼。小组活动：纸质手提袋的制作。活动目的以提高效率为目的，优化纸质手提袋的制作流程。制作工具包括剪刀1 把，A4 纸3 张，彩纸1 张（装饰和提手）。

目标任务：（1）四人一组，自行设计流程，记录本组完成3 个纸袋所用时间；（2）组长编写本组纸袋制作流程图；其他组员做细分工、做实合作（3）最快的小组分享如何进行流程优化。

课堂上，通过上述学生的分组实践与活动，每个小组都有自己的不同制作流程及体验，同时也能够得出最快的制作流程，最优化的制作过程。在总结分享过程中，我们得出了一些提高效率的方法与措施。比如，将串行工序变为并行工序，缩短了工期，提高了工作效率，优化了流程，但是需要增加人力成本，这种优化方式我们称为工期优化。此时引出了工期优化的特征。紧接着，我们的问题：这个流程的工期是否可以缩短？可以怎样改进？改进后可能带来什么问题？引导学生注意：在优化工期的同时注意成本问题。

此时，引进成本优化，让学生了解成本优化可以考虑更换材料来降低成本，但是会影响质量，那么让学生来思考如果既要保证质量又要实现成本优化还可以考虑哪些方法？有了上述两种优化的实践与体验，引入最优化的配送路线时，学生可以快速理解上述工程优化与成本优化的方法。首先引入一个数字化相对强一点的配送问题，让学生找到最优化的配送路线。

这样的例子在生活中有很多，如快递员投递线路的优化、配送员的配送线路优化等等，我们希望在完成这些工作的时候路径是最优化的，这意味着成本是最低的。同时也可以让学生来想一想，如果某件物品首站必须要最先到达某个指定站点又要最短路程，我们的线路可能会变得“唯一”了，可见让学生了解每一条线路的优缺点显得十分必要。在这个案例中，为了降低成本，采用的方法是优化流程中的时序和环节，这就成为优化流程的内在机理。

从以上的学习中我们可以知道：流程优化的目的包括提高工作效率、降低成本、提高质量、节约能耗等等，流程的优化是根据优化的目的从成本、工期、工艺等指标综合考虑的。同时也可以看出流程的优化是建立在一定的条件之上的，它建立在设备和工艺水平提高基础上，建立在对流程内在机理进一步研究的基础上。通过分组的实践与活动，让学生进一步了解到流程的优化不仅是对原有环节的、时序的修改变化，更重要的是引入新设备、新工艺、新材料，以及提高人员的技术水平等方面，这些可以使整个流程发生革命性的变化。

总之，基于STEAM 理念下的技术学科教学具有其独特的魅力与特色，结合项目化的知识架构，不仅可以提高教学效率，而且还能高效地培养学生的学科核心素养，进一步让教师吃透STEAM 理念及项目化教学的内涵，从而有针对性地开展创新教学，真正促进学生全面多元的发展。