基于STEM的高中通用技术教学探索

孙念龙

摘要：STEM教育是以探究和设计为目标，以解决生活中的实际问题而进行的探究学习、设计学习为基础，并对科学、技术等知识进行科学学习的过程，具有独特而先进的教学理念、教学方法和评价体系。借助STEM教育，可以提高通用技术教学效率，解决通用技术课程在应试教育背景下教学方法单一问题，从而进一步深化教育课程改革，全面提高教学质量。

关键词：STEM；通用技术教学；教学探索

中图分类号：G623 文献标志码：A 文章编号：1673-9094（2018）06A-0061-04

STEM是Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）和Mathematics（数学）四门学科综合的一门新兴学科，旨在提高学生的综合素养及能力。近几年来，我国在课程改革的浪潮下对STEM做了扎实的研究和论证，在此过程中发现STEM对中小学阶段数学和科学教育的发展有着重要的理论价值，对中小学生实践能力、综合素养及认知水平的提高起着重要的实践价值。

通用技术课程以提高学生学科核心素养为主旨，以设计学习、操作学习为主要特征，是一门立足实践、注重创造、体现科技与人文相统一的课程[1]，是我国由应试教育向素质教育转变的一门关键课程，承载着基础教育课程改革中关于课程目标、课程内容、教学方式和学习方式等变革的重任。

一、STEM理念与通用技术课程的整合

一直以来，中学技术教育都是学校开展素质教育的基本组成部分，是培养学生技术素养、落实立德树人、实施国家创新战略的重要途径之一。然而，在通用技术课程的实施环节中，一些问题长期存在着。例如：教师侧重理论角度，而忽视将课程与实践紧密联系起来，在技术创新和实验中，仅以知识传授作为主要工作方法和教育手段，没有考虑到搭建实践平台，导致学生在发现问题的自主性、解决问题的主动性等方面得不到提高，以至于让学生对教师产生了越来越强的依赖心理。更重要的是，创新思维与实践能力的缺失，进一步导致了“培养目标”呈现出严重的碎片化倾向。STEM课程坚持以“设计、探索”作为主要教学方法，综合运用科学和数学的思维，通过应用技术手段，在实际问题的解决中贯穿知识的学习。这样的教学才能为解决上述课程实施中的问题定下基本原则。

（一）教育理念的整合

STEM教育是以探究和设计为目标，以解决生活中的实际问题进行的探究学习、设计学习为基础，并对科学、技术等知识进行科学学习的过程。STEM教育是一门综合性的教育，它将原本零散的科学、技术、工程、数学四门学科的教育理念融合起来，从而形成一个新的教育体系，其目标是使学生在学到知识后，将所学知识应用到各学科领域，探究每个学科之间的相互联系，达到学以致用的目的。把通用技术课程设置为高中阶段的必修课，是要求该课程必须面向全体学生，同时又能够帮助学生在技术、实践活动中构建出知识体系和程序性知识体系；帮助学生强化手脑并用和知行合一的本领，强化学生技术思想和方法的学习与运用，发展其工程思维能力和动手创造能力；培养学生图样表达和物化能力，提高解决技术问题的综合能力；增强学生对技术文化的理解，形成良好的技术理念和个性品质[2]。无论是STEM课程还是通用技术课程，两者都是旨在培养学生的技术素养，提高学生的动手能力。

（二）教育特性的整合

通用技术课程的教育理念决定了这门课的上课形式是一个活动的、动态的过程。当STEM理念有机地渗透到通用技术课程当中后，课程的教学目标、核心理念会呈现得更加立体，课程的操作性将会增强。首先是两者教育特性的整合。教师在通用技术课程的教学过程中通过对技术所蕴含的经济、法律、道德、心理、环境等因素的综合分析，运用系统的工程思维、巧妙的技术方法、缜密的数学思维，选择与生活联系密切的课题，使学生在活动中完成对系统知识的把握。其次是两者实践性的整合。通用技术分为必修和选修模块。必修模块关注的是技术设计的原理及方法，主要针对设计过程的学习，结合结构、流程、系统和控制的理解和运用，来解决生活中的实际问题。选修模块则着眼于培养学生在现实生活中各种不同技术方法的选择和使用[3]。

二、STEM理念在通用技术教学中的应用

STEM课程起源于西方发达国家，與我国起步较晚的通用技术课程相比，教学理念更为开放，教学方式更加独特，评价体系更为完善。基于实践的思考，如何将STEM的学科教育理念应用到高中通用技术课程的教学中去，可以从以下三个方面来研究。

（一）思维方式的应用

STEM教育思维方式强调的是以线带面，可将STEM分为数学线、科学线、技术线和设计线。“数学线”可以引导学生在测量长度的同时，测量速度、功率等，这里的“数学”不只涉及数学学科本身，还自然运用到物理知识或物理常识；“科学线”强调对自然的研究，包括了物理、生物、化学等学科的综合性的自然现象及概念；“技术线”注重对自然的改造，前期科学线的研究是这一阶段研究的伏笔，这里的改造自然尤其体现在系统和控制等方面；“设计线”是对前三条线进行知识的升华，通过引导学生发现问题、分析问题、提出方案、解决问题，让学生在过程中感受到学科综合素养的重要性，体会到自主学习和探究的乐趣。

国内目前主流的教学依然是分科教学，数学、物理、化学等各门课程的教学基本不涉及其他课程的知识。然而实践过程中，技术绝不是单一的，任何一项技术都是多门学科的集合体。分科教学常常无法适应越来越需要综合知识体系的技术世界，通用技术的实践课往往突出地反映了这一点。例如：“可折叠小板凳”的制作，学生不仅要考虑小板凳如何折叠的技术问题，还要考虑板凳的重心的控制、板凳腿部长短的控制等。这些问题不仅涉及数学知识，也离开不了物理知识，学生的创造力正是在学科综合应用的基础上得到了开发。

通用技术与STEM的思维方式在本质上都是希望将多学科进行融合。学生在实践中学习并形成综合的认知体系，这样不仅能使各门学科知识得到科学的融合，而且能让学生更好地理解数学、物理等基本概念。我们在通用技术教学中，可以运用STEM四条线化的思维方式，并在实践中逐步探索出符合我国通用技术思维方式的新线路，引导通用技术课程的教学更好更快地发展。

（二）教学方式的应用

教师在STEM教学中有着更为开放的教学格局，不会拘泥于某一学科或者课程教学本身，他们崇尚“生活的学问”，会将生活中的很多实例搬到课堂中去，甚至将学生带回生活中去探索发现。教师会激发学生的学习兴趣，让学生积极参与到实践活动中来，让学生对已经学习过的知识进行回忆和整理。STEM教学更强调学习要完成真实情景中的任务，学生学习的过程就是解决实际问题或完成实践项目的过程。问题或项目就是学生学习的核心内容，而并不是教师简单地通过讲授给予的空洞乏味的概念、知识要点等。

不可否认，讲授式教学法在规模化教学活动中和应试教育的背景下，能够培养出考试的高手、做题的达人，但也容易导致“千才一面”“高分低能”的现象，学生缺乏个性和动手能力，缺乏将所学到的知识运用到解决实际问题中去的能力。

在通用技术课程的教学实践中如何去改变这一局面？在课时少、课程安排紧的情况下，STEM教学方式为通用技术课程的教学打开了一扇窗。通用技术课程实践教学步骤如下：首先设定教学情景，然后引导学生分析，接着合理安排方案，最后有序向前推进。以“环保小村庄的建设”为例，教师用“技术的两面性对环境的破坏”引入要建环保小村庄的主题，激发学生思考：环保小村庄里应该有什么呢？学生通过聚合思维和发散思维，能给出答案，如风能、太阳能发电，有机食物，干净的水源，木头房子等。在合理分工、查阅资料后，教师引导学生对村庄进行合理布局，如房子应该怎么设计，发电机的位置等，最后付诸实践，购买材料实现环保小村庄的施工。

在整个“环保小村庄建设”的教学中，以设计为主线，涉及的知识包括了技术的两面性，数学的测量，物理的对光能、太阳能的计算以及工具的使用等综合类知识。整个教学过程中，学生兴趣高、研究激情持续性强，学生的“最近发展区”在学习过程中不断得到开发，学习效果明显。

（三）评价体系的应用

STEM教学评价包括过程性评价和完成性评价，为了保证更好地完成教学任务，教师需要在过程中不断完善过程性评价。过程性评价是指针对学生参与度、积极性、动手能力等方面给予的阶段性的评价。完成性评价是针对项目与预期目标差距的结果实现度评价。STEM课程中，学生的思维量大，活动多，变化强，评价过程无法通过一张试卷来完成，因此评价时更注重富有变化的“过程性评价”。

而我国的现有一些课程特点恰恰相反，内容密、活动少、推进速度快，以“分数最大化”作为学生学习的重要目标甚至唯一目标，对学生的评价基本只是基于一份试卷分数的“完成性评价”，教学过程中的“过程性评价”也常常只能沦为“完成性评价”的附庸，参考运用价值不大，缺乏社会价值和影响力。

通用技术课程在评价体系上应该推翻“一张试卷定天下”的局面，通过“过程性评价”和“完成性评价”的结合来促进学生学习兴趣的提升，使学生在学习中全面地看待自己，宽容地对待团队，发展地评价成绩。当然，由于学生长期处于被“完成性评价”制约的状态，学习动力来源于学习压力，因此在通用技术的评价上，我们要避免“理想化”，面对学生动力不足的情况，可以适当运用“完成性评价”的制约力来减少学生在学习困境中的畏难反应，扭转学生学习中的不恰当态度。这样一来，通用技术课程作为我国应试教育向素质教育转变背景下的重点课程，不仅可以体现出我国教育工作者对当下课程体系的反思，更能进一步担起我国高中阶段“素质教育”的重任。

三、STEM理念下的通用技术教学案例分析

基于上述理论实践的指导研究，在STEM教学理念的指导下有效地开展通用技术的教学活动具体过程如下。

（一）教学活动分析

项目的设计与制作是在学生已经全面掌握必修《技术与设计1》课本中的基本知识的基础上，对“设计的一般过程”提出“系统化把握”的要求，与《技术与设计2》中难度较大且相对抽象的工程类知识相呼应，十分契合STEM教育的理念——从多方面培养学生思想维度[4]。所选取的制作项目应具有趣味性和挑战性，并建立在学生现有的认知水平上，比较容易让学生在探究中获得丰富多彩解决问题的方案，并使他们在成功的喜悦中增强对体验设计的兴趣。这样的制作项目距离学生的生活更近，材料的加工和处理也相对简单，无需特殊的设备支撑。

（二）教学活动准备

作为一门操作实践类课程，小组的学习方式应以合作探究为主。在教学之前按照异质分组的形式3个人一个小组，确定组长及职责。在教学活动时，教师需提出明确的项目要求，让学生了解整个活动的过程，以及各阶段任务完成的时限及达成的目标。

教师在整体项目的推进和实施中绝不是游戏中的玩伴，更不应该是单纯意义上的欣赏者和赞美者，应当是项目全局的掌控者、项目的管理者、学生探究愿望的呵护者和促进者。

在项目活动中，学生容易因为知识点较多，学习缺乏行为导向和目标导向而无所适从。教师在这时需要智慧地进行目标设定，一方面要进行时间上的限制，另一方面要降低目标的难度，提高学生自我突破的可能性，同时，了解各组学生的量化结果，适时予以分析和幫助。教师在评价中要将质性评价作为评价的主要手段，使用多元评价和过程性评价来界定学生的学习行为，不能在评价中犯经验主义错误，更不能存在专制主义毛病。

以小组为单位的中期汇报课可以适当地开展。中期汇报课的实施，一方面是基于学生的进展，另一方面是为了接下来的工作部署，同时增强小组的团结度，有利于后继的教学方法的及时调整。

（三）教学实施经过

1.原理模型引入

随着课业负担的加重，中学生在实践意识和生活经验上容易出现一定程度的缺失，在确定好项目的重、难点之后，教师一方面需要调动学生的学习兴趣，一方面需要大力培养学生面对问题、分析问题、解决问题的能力。STEM课程在本阶段主要是利用玩具模型作为教学工具来引导学生产生思维的兴趣和动力，使学生充分观察，并注意到模型外形、结构、功能等。

在這样的铺垫下，教师逐渐让学生回顾旧知识，联系相关物理学原理、数学知识等，将《结构与设计》中的相关内容纳入课堂中来。这种循序渐进式的教学设计，可以较好地帮助学生提升思维的主动性和探究的积极性。

2.方案的构思与实现

无论是项目的方案构思还是方案的实现，首先都应当是以合作探究作为主要形式，这既有利于学生团队精神的发挥，也是STEM课程基于学生核心素养考量的要求。如在“平衡鸟的结构”这一项目中，方案的构思应侧重于“各部件的有效连接”及“操作中的安全注意事项”，设计、分析、试验等阶段都应遵循这一结论。

就“实现”而言，这一项目本身难度并不很大，但它会影响学生之后关于流程、系统、控制等概念的理解和接受，这些则是工程中难度较大的部分。

3.最终成果展示和评价

通用技术课程实施中，成果展示设计应采用动态的、不断趋于合理的展示方式。我们要大胆地把工作交给学生去完成。例如可让学生思考：如何根据项目的具体情况，制定合理的打分细则；如何避免评分中的不科学、不合理和情绪化；如何有效进行互助合作；如何选择组内发言人以准确地反映小组目前的研究状况、研究困境；如何保持友好的竞争关系而避免发展出评价冲突。在展示中，我们提倡“有一说一”，小组内的自我评价和小组间的质性评价相结合。

学生在STEM课程理念中，不断地实现知识的整合，从而达到综合运用已学知识的目的，这既是知识内化的过程，也是学生亲近生活，走向实践的过程。

综上所述，我们可以更多地借用STEM的教育方式，结合我国通用技术课程教学的特点，研究出适合我国的教学和评价方式，从而进一步深化教育课程改革，全面提高教学质量。

参考文献：

[1][2]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，2018：1.1.

[3][4]陈颖滢.STEM教育理念下通用技术项目教学实践初探[J].中学理科园地，2017（2）：22-23.

责任编辑：石萍

Exploration of Senior Middle School General Technology Teaching Based on STEM

Sun Nianlong

（Rugao General Technology Education Experimental School， Rugao 226500， China）

Abstract： STEM education aims at exploration and designing to solve the practical problems in life on the basis of inquiry learning and design learning， and it is also the process of scientifically learning science and technology with unique and advanced teaching ideas， teaching methods and evaluation systems. With the help of STEM education， we can improve the teaching efficiency of general technology and solve the problem of monotonous teaching methods in the background of examination-oriented education， further deepening the reform of educational curriculum and fully improving the quality of teaching.

Key words： STEM； general technology teaching； teaching exploration