以通用技术课程为核心的高中STEM教育的可行性分析

周明龙 韩迎峰 陈忠

摘 要：文章首先分析了目前高中阶段发展STEM教育存在的障碍，再从通用技术课程本身的特点进行分析，找出为什么通用技术是开展高中STEM教育的重要平台，并以项目融合教学为主要教学模式，从问题、工具与资源、活动、评价等环节阐述与实践论证了以通用技术课程为核心的高中STEM教育的可行性，以期为同行提供参考。

关键词：STEM;通用技术;项目融合教学

中图分类号：G420            文献标志码：B          文章编号：1673-8454（2019）08-0042-04

一、国内STEM教育还处于初级发展阶段

STEM是科学、技术、工程、数学四门学科的简称，旨在培养具有多学科知识与能力的复合型人才。近年来，它也成为我国教育界的热门话题，许多专家、学者对此展开了研究。研究成果主要分为两类：一是对以美国为代表的一些发达国家STEM教育模式的研究或成果的总结;二是关于在某个学科（如高中数学、物理等）中引入STEM教育理念的教育模式研究。

笔者以“STEM”和“实践”为关键词在知网进行搜索，发现其中大部分是关于小学阶段的STEM实践研究成果，而涉及高中阶段STEM实践研究的成果很少。其中，《基于Arduino的高中通用技术电子控制技术的课程实践——STEM教育视角下综合课程教学案例》一文，以教学案例的形式向我们展示了在高中通用技术课中Arduino电子控制技术的STEM教学应用，认为这仅仅是一个STEM多学科整合的应用案例尝试，并认为整个学期的通用技术课程教学如何整合STEM理念将是一个更为广阔的研究点[1];而《基于STEM 教育的通用技术教学模式探究》一文，主要从STEM的特点与优势出发，分析和证明了在通用技术学科中进行STEM教育的可行性，而对于通用技术学科本身的特点以及融入STEM教育契入点的分析不够。

笔者认为出现这种情况的原因主要为：一方面，国内教育界在向教育发达国家学习;另一方面，尽管我们也在不断地探索STEM教育，但是目前还处在研究的初级阶段，研究成果主要是以理论成果为主，鲜有比较系统的实质性实践研究成果，STEM相关的教材和教学资源更是少之又少。

本文首先分析了目前高中阶段发展STEM教育存在的障碍，再从通用技术课程本身的特点进行分析，找出为什么通用技术是开展高中STEM教育的重要平台，并以项目融合教学为主要教学模式，从问题、工具与资源、活动、评价几个环节阐述与实践论证以通用技术课程为核心的高中STEM教育的可行性。用理论指导实践，再从实践中总结归纳出更加实用可行的教学模式。

二、繁重的高考压力是目前高中阶段发展STEM教育的最大障碍

从教育表现形态上，可将STEM教育划分为四个层次：资讯型科普教育、嵌入式课程、项目型课程、整合性学科，而STEM教育正从现有分科教学、嵌入式学习这种低度整合的基础上，进一步整合学科，实现项目式和整合式学习。[2]

姜斌等人的一份对北京市海淀区某重点中学的学生睡眠质量调查指出，61.0%的高中生每日睡眠时间不足7 个小时，而国家颁布的《中学生一日学习时间卫生标准》中规定：中学生每日的睡眠时间不宜少于8小时，并认为个人情绪、学习负担重和考试成绩占影响学生睡眠质量因素的比例较高。[3]这种现象并不是个例，尤其在一些录取难度较高的地区，学生的学业负担更重。因此，笔者认为在当前高考体制下，在数学、物理等高考重点学科的课堂中开展STEM教育是不现实的。

三、通用技术是实现高中STEM教育的重要平台

1.通用技术课程目标与STEM教育理念不谋而合

STEM教育并不是将科学、技术、工程和数学四门学科简单的叠加，而是使它们彼此之间进行有效融合，组成为一个有机的整体，并以真实问题解决为任务驱动，在实践中应用知识、获得知识，培養学生的问题解决能力、复合思维和创新思维。[4]它与通用技术培养学生技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力等核心素养的目标不谋而合。他们都具备跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性和技术增强性等核心特征。[5]

2.通用技术课程为STEM教育提供了丰富的教学主题和资源

通用技术课程包含《技术与设计1》《技术与设计2》《建筑及其设计》等必修和选修课程，涉及通讯、交通、工业等多个行业领域，包含了科学、技术、工程、数学、艺术、历史人文等多领域的知识。

以苏教版《技术与设计1》和《技术与设计2》两本必修教材为例，其中涉及到的物理学科的知识点就有：能量的转化、声音的传播、热机、发光二极管等，[6]同时这些知识点都是以情境化的现实案例的形式呈现，引导学生去探究、发现、创新、设计、体验、归纳。

四、项目融合式的通用技术教学模式是STEM教育实施的行动保证

项目融合教学模式，是以《普通高中技术课程标准（实验）》（2003年）为依据，以设计项目为载体，把课程内含的相关知识点融合于一体，通过项目设计活动，让学生掌握知识点的一种教学模式。[5]处于主导地位的教师精心选择既融合了学生已掌握或即将掌握的多学科知识点，又具备一定挑战性和可操作性的项目载体。在教学过程中，教师与学生的地位明确，充分发挥教师的主导作用和学生的主体地位，让学生在教师的引导下综合应用多学科知识，自主探究主动建构。

1.问题

好的问题设计是一节好课的开始。如在《设计的一般过程》这节课中，教师引导学生创设情境、发现问题。因为文具放置和使用不方便，我们要设计一款方便高中生使用的笔筒。带着这样的问题，学生展开讨论、明确问题，这样的笔筒是否值得去设计，市场上有没有这样的笔筒，市场上的笔筒都有哪些优点，哪些不足？学生带着这样的问题展开调查，明确了问题，我们要设计一款外形美观、经济实用、功能丰富、健康环保的笔筒。教师引导学生展开方案构思，从结构、外观、功能、材料等角度讨论设计。结构方面，要考虑稳固;外观方面，要考虑色彩、质地、尺寸大小等;功能方面要考虑实用、容量、附加功能等。之后教师引导学生进一步探究：如何做到稳固，影响结构稳固的因素有哪些，笔筒设计中如何实现稳固？如何做到色彩协调，什么样的颜色搭配更协调，有颜色搭配的规律可寻吗，不同的颜色搭配会产生不同的风格吗？如此种种将问题层次化，帮助学生架起认知的“梯子”，促进思维深度和广度的不断发展。

在《简单结构的设计——机器人搬运结构的设计》这节课中，笔者设计了表1的问题方案，引导学生思考问题逐步深入，综合多学科知识解决问题。

2.工具和资源

工具和资源是教学活动和项目开展的重要支持，很多普通高中都建有通用技术实验室，实验室一般都配备金属加工工具、木工加工工具等硬件工具，条件好的学校还会配备电子电路设计套件、机器人套件、3D打印机等设备，软件工具有各种机器人、3D建模软件工具等。教学资源除了有校本文字课程和微视频课程外，还有学生在课堂上和各类竞赛中设计制作的各种作品，如学生在电子控制技术课堂上设计的智能光控路灯等电子设计作品，或者在简易机器人制作课堂上设计的搬运机器人等，这些实物作品作为教学资源相比其他类的教学资源更加形象生动，更能让学生了解其中的工作原理和优缺点，更能激发学生的学习兴趣和参与热情。因此，通用技术课程中的工具和资源是学生将创新设计转化为成果的重要条件，是STEM教育中培养学生工程思维和物化能力的桥梁和纽带。

在《简单结构的设计——机器人搬运结构的设计》这一节课中，笔者运用了乐高机器人EV3套件，使得学生能够在较短时间内，完成搬运结构的初步设计，提高了将创新设计物化的效率。笔者认为随着科技的发展和实验室条件的改善，在结构设计与控制这一主题中，像积木机器人这种新型工具会成为一类很好的设计工具和创新工具。

笔者就积木机器人这种工具与普通教具的优缺点进行了对比和分析，具体见表2。

3.活动

梅瑞尔的五星教学原理告诉我们：只有当学生进行真实问题的解决时，才能促进学习;当激活原有知识并作为新知识学习的基础时，才能够促进学习;当把新知识展示给学生时，才能促进学习;当学生应用知识时，才能够促进学习;当新知识与学生生活融为一体时，才能促进学习。[7]

项目融合式的通用技术教学模式是以项目设计活动为中心，在问题的驱动和教师的引导下，学生的活动成为焦点，学生小组合作、自主探究，在设计活动中科学、技术、工程、数学等多学科知识横向交融、新旧知识的纵向交融，使得学生的知识、能力、素养都得到提升。

在《簡单结构的设计——机器人搬运结构的设计》这节课中，如图1所示，笔者对上节课学生在结构搭建中普遍存在的问题进行演示和讨论，引导学生发现问题和解决问题，培养问题意识;然后以点带面，总结影响结构稳固的各种因素;布置本节课项目，引导学生找出此项目的几个核心问题并展开讨论;接着以小组为单位，综合多学科知识合作探究，围绕问题设置目标、制定方案、开展项目;初步完成项目，展示评价，找出缺点和不足，思考讨论，修改项目，如此循环完善项目。在此过程中，问题是活动的核心，学生是活动的主体，教师是活动的引导者。

4.评价

在现行教育体制下，文化学科的教学评价方式主要是总结性评价，不注重过程只注重结果，唯分数论。而在通用技术学科中，我们采用的是形成性评价与总结性评价相结合的评价方式，这与STEM教育理念是一致的。评价不仅要看结果，还要看过程，对学生参与过程中的创新意识和能力、问题解决能力、合作意识和能力进行评价。评价方式包括教师评价、组内互评、自评等方式。而评价依据来源于教学目标，教学目标关注的不仅仅是结果，也要关注整个教学过程，因此评价贯穿于整个教学过程。

对于总结性评价，可以采用作品集、任务成果展示、纸笔测试等方式。而对于形成性评价，可采用学生手稿笔记、课堂观察、学生自我报告、组内互评、反思日志等方式，同时评价形式可以定性和定量评价相结合。在 STEM 教育的任务式学习中，我们应当给学生自己反思和重新设计的机会。这不仅可以促使学生对自己的成果进行思考和评价，还有助于学生了解真实的设计流程，提高设计能力。鼓励学生相互对比讨论，交流不同意见，学会用批判的眼光看待问题。[8]

在《简单结构的设计——机器人搬运结构的设计》这节课中，笔者采用形成性评价与总结性评价相结合的形式（见表3）。对于学习过程，笔者将学生参与度、合作意识、综合多学科知识解决问题作为评价依据，而对于总结性评价，将项目功能、稳固、创新作为评价依据，同时将项目完成后的反思作为一项重要的评价依据，目的在于评价学生在完成项目后，反思项目中运用到了哪些学科的哪些知识，存在哪些不足，后期还有哪些需要改进的地方，将这种学习后的反思作为评价的重要指标，体现了通用技术课程中多学科整合的STEM教育理念。

    五、 结束语

在当前还没有充分条件实现独立的整合式课程的STEM教育现状下，以项目融合为主要教学模式的通用技术课程成为目前高中实现STEM教育“性价比极高”的平台。笔者经过相关教学实践论证，认为以高中通用技术课程为核心的STEM教育是可行的。但要在通用技术课程中开展好STEM教育，还需要解决以下一些问题：如部分高中学校不能开足开齐通用技术必修和选修课程，教学工具落后，教学资源不全面不系统，部分通用技术教师教育观念落后，等等。解决了这些问题，相信通用技术能在高中STEM教育中发挥更大的作用。

参考文献：

[1]陈杰，陈华.基于Arduino的高中通用技术电子控制技术的课程实践——STEM教育视角下综合课程教学案例[J].中小学信息技术教育，2014（3）：24-25.

[2]祝智庭，雷云鹤.STEM教育的国策分析与实践模式[J].电化教育研究，2018（1）：75-85.

[3]姜斌，何江，赵曦.344名重点校高中生睡眠质量及其影响因素[J].中国慢性病预防与控制，2008（4）：384-387.

[4]秦瑾若，傅钢善. STEM教育：基于真实问题情景的跨学科式教育[J].中国电化教育，2017（4）：67-74.

[5]余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015（4）：13-22.

[6]陈伟强.普通高中通用技术教学新模式：项目融合教学[J].课程·教材·教法，2013（9）：78-84.

[7]Merrill， M.D. First Principles of Instruction[J].Educational Technology Research and Development，2002（3）：43-59.

[8]江丰光，蔡瑞衡.国内外 STEM 教育评估设计的内容分析[J].中国电化教育，2017（6）：59-66.

（编辑：李晓萍）