STEM教育下的通用技術(shù)課程教學(xué)模式

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摘要：stem教育具有跨學(xué)科性、協(xié)作性、實(shí)踐性、規(guī)范性、藝術(shù)性等特征，由此，STEM教育理念下的通用技術(shù)課程教學(xué)，應(yīng)以學(xué)生為中心，分五個(gè)步驟進(jìn)行：一是設(shè)計(jì)基于真實(shí)問題的教學(xué)情境，二是提出問題，三是學(xué)生進(jìn)行探究、協(xié)作式學(xué)習(xí)，四是教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)，五是實(shí)踐解決問題。

關(guān)鍵詞：STEM教育；通用技術(shù)課程；教學(xué)模型；教學(xué)設(shè)計(jì)

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）的縮寫，是一種融合該四門學(xué)科的教育，旨在培養(yǎng)同時(shí)具有四門學(xué)科知識(shí)與能力的復(fù)合型人才。通用技術(shù)作為一門在高中階段開設(shè)的基礎(chǔ)技術(shù)性課程，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力與創(chuàng)新思維的鍛煉具有重要價(jià)值。

一、STEM教育的主要特性

STEM教育的提出，離不開各學(xué)科的本質(zhì)屬性以及四門學(xué)科融合形成的統(tǒng)一的整體屬性，其在研究與實(shí)踐的過程中會(huì)呈現(xiàn)出跨學(xué)科性、實(shí)踐性、協(xié)作性、豐富性、規(guī)范性等特性。

（一）跨學(xué)科性

STEM教育的跨學(xué)科性首先體現(xiàn)在形式上，它是由四門學(xué)科交叉融合而成的，在理論研究或?qū)嵺`運(yùn)用時(shí)往往會(huì)由一個(gè)學(xué)科跨到另一個(gè)或多個(gè)學(xué)科。STEM教育的跨學(xué)科性，要求學(xué)習(xí)者對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的知識(shí)與能力進(jìn)行綜合把握，培養(yǎng)出具有科學(xué)的眼光、嚴(yán)密的邏輯思維、創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、有效解決問題的綜合性人才。實(shí)行分科制度的傳統(tǒng)教育，在一定程度上能夠使學(xué)習(xí)者在該領(lǐng)域進(jìn)行潛心、深入的學(xué)習(xí)，但這種教育使得學(xué)科與學(xué)科之間、學(xué)科與真實(shí)世界之間產(chǎn)生了隔閡，學(xué)生具有的這種單一學(xué)科的能力，不足以解決復(fù)雜多樣的實(shí)際問題。STEM教育以跨學(xué)科融合的理念為指導(dǎo)，使學(xué)習(xí)者掌握解決問題的多種思維與綜合能力，直面和解決復(fù)雜多變的真實(shí)問題。在這個(gè)過程中，學(xué)習(xí)者可以靈活選取解決問題的學(xué)科知識(shí)，在解決問題的過程中強(qiáng)化知識(shí)應(yīng)用、加深知識(shí)理解。這種跨學(xué)科融合的教育方式，滿足了學(xué)生解決實(shí)際問題的需要，而且通過多學(xué)科的視角來看待與分析問題，對(duì)學(xué)生的綜合性思維有所鍛煉，有利于學(xué)生更好地適應(yīng)未來。

（二）協(xié)作性

STEM教育往往會(huì)直面真實(shí)問題，而真實(shí)問題往往是復(fù)雜多變、難以解決的。因此，學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師、教師與教師之間需要進(jìn)行有效的協(xié)作交流，才能順利解決此類問題。學(xué)生與學(xué)生之間分成小組，根據(jù)問題在小組內(nèi)進(jìn)行資料的收集、整理與分析，提出可行性假設(shè)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；同時(shí)對(duì)其中面臨的難題進(jìn)行討論交流，確定有效解決問題的實(shí)施方法。STEM教育的協(xié)作性，要求學(xué)習(xí)環(huán)境至少包含“協(xié)作”和“會(huì)話”兩個(gè)要素，使學(xué)生與學(xué)生之間形成一種特定的伙伴關(guān)系，從而有效地解決問題。教師在學(xué)習(xí)活動(dòng)中作為組織者與引導(dǎo)者，主要負(fù)責(zé)教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與疑難問題的解答。學(xué)生與教師之間的協(xié)作，主要表現(xiàn)在教師與學(xué)生共同解決困難問題或教師指導(dǎo)學(xué)生解決困難問題。這種協(xié)作關(guān)系有助于教師掌握學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，促使教師在教學(xué)或?qū)嵺`過程中更好地扮演自己的角色，提高教學(xué)效益。同時(shí)，STEM教育面臨的真實(shí)問題，依靠單一學(xué)科往往不能有效解決，需要不同學(xué)科的教師協(xié)作互助，不同教師所擁有的豐富的學(xué)科知識(shí)，使他們?cè)谟龅秸鎸?shí)問題時(shí)，能夠較為容易地發(fā)現(xiàn)問題實(shí)質(zhì)，并能從不同側(cè)面綜合地解決這一問題。

（三）實(shí)踐性

STEM教育在具體實(shí)施過程中，通常采用基于問題解決的方式開展教學(xué)活動(dòng)。基于問題解決的學(xué)習(xí)方式，要求學(xué)習(xí)者具有較強(qiáng)的動(dòng)手實(shí)踐能力，因此，STEM教育具有實(shí)踐性的特征。STEM教育中的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科，均是基于真實(shí)問題的學(xué)科，強(qiáng)調(diào)通過學(xué)習(xí)獲得問題解決能力與創(chuàng)新能力，進(jìn)而動(dòng)手實(shí)踐解決真實(shí)問題。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者在教師設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)環(huán)境中，應(yīng)用所學(xué)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行問題分析、方案設(shè)計(jì)、知識(shí)建構(gòu)、動(dòng)手實(shí)踐等來解決問題。一方面，學(xué)習(xí)者在參與問題解決的過程中，通過實(shí)踐獲取的不僅是結(jié)果性知識(shí)，更多的是過程性知識(shí)；另一方面，動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)能讓學(xué)習(xí)者感受到所學(xué)知識(shí)的實(shí)用性，能激發(fā)出更為濃厚的學(xué)習(xí)興趣。例如PLTW（ProjectLeadTheWay）機(jī)構(gòu)開發(fā)的《技術(shù)之門》課程，通過向?qū)W習(xí)者提供“電子魔力”的實(shí)踐活動(dòng)，希望學(xué)習(xí)者了解電子與社會(huì)生活的緊密關(guān)系。這種通過參與解決真實(shí)問題來獲取知識(shí)的學(xué)習(xí)方式，使學(xué)習(xí)者體會(huì)到知識(shí)與生活的密切聯(lián)系，對(duì)以后的學(xué)習(xí)具有深遠(yuǎn)意義。

（四）規(guī)范性

STEM教育中所包含的四門學(xué)科，均具有嚴(yán)密的邏輯思維與科學(xué)規(guī)范的特征，因此在進(jìn)行問題分析、方案設(shè)計(jì)、假設(shè)驗(yàn)證時(shí)，要特別注意規(guī)范性。在教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)的眼光審視問題，用科學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究方法分析問題，用科學(xué)與數(shù)學(xué)的嚴(yán)密思維設(shè)計(jì)假設(shè)，用科學(xué)與工程的手段驗(yàn)證假設(shè)，用規(guī)范的工程設(shè)計(jì)解決問題……這一系列過程，均要在規(guī)范的操作下進(jìn)行，才能幫助學(xué)習(xí)者認(rèn)識(shí)事物的客觀規(guī)律與發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)。學(xué)生在掌握了規(guī)范性這一特征后，在面對(duì)真實(shí)問題時(shí)，才能有條不紊地按照科學(xué)的方法與步驟去解決問題。

（五）藝術(shù)性

隨著研究的深入，部分研究者在STEM教育中加入“藝術(shù)”（Art）學(xué)科，提出了STEAM教育，由此看來，STEM教育在其深層次上具有藝術(shù)性的特征。STEM教育的藝術(shù)性，要求教師在教學(xué)過程中不能只用嚴(yán)謹(jǐn)晦澀的語言或材料進(jìn)行教學(xué)，而應(yīng)在其中穿插一些人文藝術(shù)內(nèi)容，這樣不僅能使學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生興趣，避免課堂的乏味，也能使學(xué)生對(duì)自然科學(xué)了解得更為全面透徹。例如，在進(jìn)行技術(shù)知識(shí)的教學(xué)過程中，可以適當(dāng)講解技術(shù)的起源、現(xiàn)狀、前景以及一些應(yīng)用中的案例，以此激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣，促進(jìn)學(xué)習(xí)者將知識(shí)與實(shí)際問題聯(lián)系起來。STEM教育的藝術(shù)性，除了能促使學(xué)生有效解決問題外，還可以在設(shè)計(jì)的方案、最終的成果等方面提升藝術(shù)感與美感，培養(yǎng)學(xué)生的審美情趣。

二、STEM教育理念下的通用技術(shù)教學(xué)模式

通用技術(shù)(GeneralTechnology)，是指在日常生活中廣泛運(yùn)用，并且對(duì)未來的發(fā)展具有指導(dǎo)意義和價(jià)值的技術(shù)，具有基礎(chǔ)性強(qiáng)、通用性廣泛、價(jià)值性高等特點(diǎn)。在普通高中教育階段，通用技術(shù)課程要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：一是，關(guān)注全體學(xué)生的發(fā)展，著力提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)；二是，注重學(xué)生創(chuàng)造潛能的開發(fā)，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)；三是，立足科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)的視野，加強(qiáng)人文素養(yǎng)的教育。通用技術(shù)課程的教學(xué)目標(biāo)與STEM教育的理念有一定的相似之處，在STEM教育理念的啟發(fā)下構(gòu)建了以下教學(xué)模式：STEM教育理念下的課堂以學(xué)生為中心，在基于真實(shí)問題的教學(xué)情境中，教師提出具體問題，學(xué)生分成小組，運(yùn)用STEM教育中的學(xué)科知識(shí)進(jìn)行探究、協(xié)作式學(xué)習(xí)，學(xué)生通過問題分析、資料收集、交流探討，設(shè)計(jì)出解決問題的方案。教師在此過程中引導(dǎo)學(xué)生完成對(duì)知識(shí)的建構(gòu)，最終落實(shí)到實(shí)踐，完成問題的解決。通用技術(shù)是一門高度綜合的課程，是對(duì)學(xué)科體系的超越，它強(qiáng)調(diào)各學(xué)科、各方面知識(shí)的聯(lián)系和綜合運(yùn)用。結(jié)合STEM教育的特性及以上教學(xué)模式，可將教學(xué)過程分為以下五個(gè)步驟：①教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系實(shí)際問題，設(shè)計(jì)出便于學(xué)生理解的教學(xué)情境；②教師根據(jù)教學(xué)情境，提出適合學(xué)生難度的問題；③學(xué)生分成小組，運(yùn)用STEM教育中的學(xué)科知識(shí)進(jìn)行探究、協(xié)作式學(xué)習(xí)；④教師在學(xué)生探究與協(xié)作學(xué)習(xí)的過程中給予學(xué)生幫助，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的建構(gòu)；⑤學(xué)生依據(jù)解決問題的方案，動(dòng)手實(shí)踐以解決問題。根據(jù)教學(xué)步驟，筆者以廣東科技出版社《通用技術(shù)》（必修1）技術(shù)與設(shè)計(jì)1第四章中的“自動(dòng)開關(guān)控制電路的制作實(shí)踐”為例，設(shè)計(jì)以下教學(xué)過程：第一步，設(shè)計(jì)基于真實(shí)問題的教學(xué)情境。以生活中的實(shí)際問題引入，不僅能激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能使學(xué)生認(rèn)識(shí)到知識(shí)與生活的緊密聯(lián)系，進(jìn)而帶著激情進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)。某某小區(qū)的路燈壞了，已知問題位于自動(dòng)開關(guān)控制電路，請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)開關(guān)控制電路，并利用已有材料進(jìn)行電路板安裝，替換出現(xiàn)問題的控制電路，使路燈能正常工作。第二步，教師提出問題。本節(jié)內(nèi)容為“自動(dòng)開關(guān)控制電路的制作與實(shí)踐”，電路圖的設(shè)計(jì)、電路板的安裝與焊接，以及最終實(shí)踐使路燈按需點(diǎn)亮，是本節(jié)課的主要任務(wù)。在真實(shí)情境中提出問題，能使學(xué)生在課堂中充滿激情與干勁，帶著解決問題的決心開始課程學(xué)習(xí)。第三步，學(xué)生進(jìn)行探究、協(xié)作式學(xué)習(xí)。學(xué)生分成小組，在完成課本知識(shí)的學(xué)習(xí)與資料的收集、整理后，大部分學(xué)生對(duì)自動(dòng)開關(guān)控制電路有一定了解。在此基礎(chǔ)上教師拋出第一個(gè)問題：設(shè)計(jì)出能解決問題的電路圖。小組內(nèi)經(jīng)過討論交流能設(shè)計(jì)出較為簡(jiǎn)單的電路圖，教師對(duì)此電路圖進(jìn)行指導(dǎo)并提出優(yōu)化建議，讓學(xué)生進(jìn)一步探究，并且在小組內(nèi)與小組間進(jìn)行充分交流，最終設(shè)計(jì)出所需的電路圖。在此基礎(chǔ)上，教師拋出第二個(gè)問題：依據(jù)本組設(shè)計(jì)的電路圖，進(jìn)行電路板的安裝與焊接。學(xué)生進(jìn)一步交流探討，完成電路板的安裝與焊接，電路裝好后接上安全電源進(jìn)行試驗(yàn)。在此環(huán)節(jié)中，學(xué)生在STEM教育理念下進(jìn)行探究、協(xié)作式學(xué)習(xí)，教師應(yīng)特別注意避免直接告訴學(xué)生應(yīng)該怎么做，而要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考、探究、討論，自行解決問題。第四步，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)。學(xué)生進(jìn)行電路試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為：當(dāng)光線較暗時(shí)，光敏電阻阻值變大，繼電器吸合，電燈開關(guān)接通，燈泡點(diǎn)亮；當(dāng)光線較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻阻值減小，繼電器釋放，電燈開關(guān)斷開，燈泡熄滅。在此過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生完成對(duì)以下知識(shí)的建構(gòu)：硫化鎘（CdS）光敏電阻是電路的關(guān)鍵元件，在暗光條件下阻值可達(dá)10MΩ，在強(qiáng)光條件下僅為幾千Ω；電路中R1選用47kΩ的可調(diào)節(jié)電阻；工作電壓為12V；電路中的二極管是為了保護(hù)三極管而設(shè)立的；焊接時(shí)先焊接二極管和可變電阻器，再焊接三極管和繼電器，最后連接光敏電阻和電源線。學(xué)生建構(gòu)的此類知識(shí)與生活聯(lián)系緊密，有利于學(xué)生的牢固掌握與解決生活中的實(shí)際問題。第五步，實(shí)踐解決問題。教師將各組同學(xué)安裝好的電路板，交由路燈維修人員，由路燈維修人員更換壞掉的自動(dòng)開關(guān)控制電路，最終完成問題的解決任務(wù)。在發(fā)現(xiàn)自己動(dòng)手解決實(shí)際問題后，學(xué)生能體會(huì)到知識(shí)與生活的緊密聯(lián)系，對(duì)所學(xué)知識(shí)掌握得更為牢固，也會(huì)期待下一次的學(xué)習(xí)。STEM教育注重學(xué)生在真實(shí)的問題情境下運(yùn)用跨學(xué)科的綜合能力來解決問題，知識(shí)的情境化與聯(lián)系性，是當(dāng)今教育改革的熱點(diǎn)，在通用技術(shù)課程中運(yùn)用STEM教育理念，是該門課程教學(xué)探索的一種新視角，值得廣大一線教師關(guān)注。

作者:胡翰林 單位:西華師范大學(xué)教育學(xué)院