STEM教育与高中通用技术课程的融合研究*

秦换鱼

STEM教育作为当前国际上比较推崇的一种教育理念，其本质是改变当前分科教育的现状，为众多孤立的学科建立一个从小学直至高中的桥梁，使学生可以从整体上综合地认识世界、探索世界，从而培养他们的科学技术素养。进入21世纪以来，STEM教育的研究和应用迅速展开。我国很多中小学校甚至企业都在积极探索和开展STEM教育。在STEM教育中国本土化的发展过程中，高中通用技术课程，以其立足实践、注重创造、高度综合的特点为发展STEM教育提供了一个良好的实践平台。通过将STEM教育理念与高中通用技术课程的融合，可以实现学生的核心素养的提高，进一步促进STEM教育的落地生根和本土化发展与应用。

一、理论阐述：STEM教育与高中通用技术课程融合的可行性分析

1.STEM教育顺应国家新课改的发展趋势

在日常生活、科研工作中出现的一些问题并不是单单一门学科的知识就能解决的，它需要综合运用多种学科知识才能解决，因此，STEM这一概念的提出得到了教育、政治、经济等社会各界的广泛关注。

STEM所涉及的4门学科—科学、技术、工程和数学，四者既紧密联系相互依赖，同时又在目的、形式、任务、评价等方面有所不同。[1]科学侧重于认识客观规律，主要解决“是什么”“为什么”的问题；技术侧重于利用客观规律，发明革新，改造世界；工程是以系统分析和比较权衡为核心的一种筹划思维，和技术共同作用，旨在解决社会发展中遇到的难题；工程与技术作为方法论，回答的是社会实践中“做什么”“怎么做”的问题；数学重在利用逻辑推理，其将知识的获取方法、工具的利用、创新生产的过程进行统一，是科学、技术和工程发展必不可少的工具，具体各要素的关系如图1所示。

图1 STEM要素关系图

有别于传统教育重书本知识的单学科教学方式，STEM教育倡导多个领域知识的综合运用，旨在打破课程边界，加强学科间的相互联系，通过整合，培养学生综合运用多学科知识解决生活问题的能力，锻炼学生的创造能力、动手能力、科技素养与创新精神，提升学生的综合素质。而这正与我国2017年新课改提出的关于提升学生技术核心素养的要求不谋而合。因此，大力推进STEM教育，鼓励学生综合运用多种学科知识解决生活问题，对于顺应新课程改革的发展趋势、实现我国中长期教育改革的发展目标、实现素质教育具有重要意义。

2.高中通用技术课程是发展STEM教育的良好平台

高中通用技术是2003年高中新课程改革新增的一门技术课程，2017年版通用技术课程标准同样指出，这是一门以提高学生的技术核心素养为主旨，以设计学习、操作学习为主要特征的，普通高中学生必修的课程[2]。首先，它强调各学科、各领域知识的联系与综合运用，具有高度的综合性；其次，它通过技术思想和方法的应用，进行技术的设计、制作和评价，是对学科体系的超越；第三，除技术、设计之外，它还体现了道德、艺术等社会因素，体现了一定的人文特征。在具体教学中，通过项目、任务、问题、方案……吸引学生动手、动脑、交流、合作、实验、制作……让学生真正体验到成功与失败、坚持与放弃、快乐与悲伤……而这些对学生的发展和民族的复兴具有非常积极的意义。以高中通用技术作为实施STEM教育的平台，将STEM 教育与通用技术课程相融合，为构建满足学生多样化发展需求的通用技术课程体系提供了新的方向。

二、方法分析：STEM教育与高中通用技术课程融合的策略研究

1.知识重组 构建基于问题的探究式课堂

通用技术课程标准将必修课程分为两大模块，技术与设计1和技术与设计2，两者呈递进关系，前者侧重基础性技术设计，后者侧重专题性技术设计。通过将两个模块的知识重组，将设计的一般过程的方法、技能在结构设计、控制设计等项目中巩固，将结构、系统、流程等思想在基础设计时进行融入，同时课堂的教学方式由单一知识的传递转移到综合问题的探究，通过基于问题的探究式课堂实现STEM教育与通用技术教育的有效融合。课本知识按照项目开展的需要进行横向或者纵向的重新组合后，学生就解决某一真实情境中的问题为出发点，综合运用科学知识、技术方法、工程理念、数学计算等知识，寻求问题解决的最佳方案。其中对知识的重组包括补充或删减教材、扩展教学内容、调整教学顺序等。无论哪种方法其最终目的，是要实现学生应用综合知识解决真实问题的STEM素养能力的提升。

2.项目驱动 构建基于活动的交互式课堂

面对复杂的、真实情境下的学习问题，为方便学生理解和掌握，教师需要把一系列问题转化为一套完整的、可操作的项目，学习的过程就是寻求问题解决方案并完成项目的过程。所以，项目的设计是STEM教育与具体学科融合的核心工作和着力点。在项目开展的活动过程中，师生双方充分发挥其主观能动性，相互对话、相互讨论、相互观摩、相互促进，他们协同探索，创造、设计、建构、发现、合作并解决问题。通用技术新课程标准指出，课程的开展要以大项目加辅助案例的形式实施，大项目应选择基础性好、综合性强且贴近学生的实践项目。以学生活动为主，教师引入与课堂内容相关的基于课程的项目，学生主动查阅相关资料、设计制订方案、实施项目，解决问题，过程中不仅掌握了本学科的知识，学生的综合能力以及STEM 综合素养都会得到很大的提高。

3.生成学习 构建基于设计的体验式课堂

通用技术课程学习的实质在于对未知领域探索的体验、思考和感悟，是一个个体知识不断动态生成的过程。那么在通用技术课程与STEM教育结合的项目设计中，就要融入开放性的、生成性的、设计性的活动，包括实地调研、系统设计、结构拼装、小组竞赛等，注重学生的活动体验与参与；有了参与就有了对话，有了对话也就有了知识的构建与生成。STEM教育重视学习过程，而设计学习通过为学生提供多种真实情景和先进工具，加强学生的学习体验—犹如STEM教育强调的是外化学习结果、产出设计作品，它注重学生主动、积极参与到学习过程中，通过作品模型的设计制作使学生在操作体验中探究、反思与提高，实现理论知识与实践技能的有效衔接，促进STEM综合素养的深层次建构。

三、实践探索：STEM教育与高中通用技术课程融合的案例分析

1.教学设计分析

基于STEM理念的通用技术课程教学设计旨在使学生在探究问题解决方案的过程中，参与活动，综合运用多种所学知识体验设计和操作过程，进而培养创新能力和技术核心素养。本案例以苏教版《技术与设计1》第三章第一节“设计的一般过程”为基础，以具有一定的挑战性和趣味性的“折叠式小板凳的设计与制作”为项目载体，符合学生的认知水平，在实践中较容易探究出不同的解决方案，让学生充分体验设计的成功和喜悦，并且材料收集和加工处理难度相对较低，不需要专门的设备支持，有利于项目的开展和实施。同时，此项目涉及的知识点较多，既有设计一般过程的了解和运用，又包含了系统、流程类知识，在教学设计时，可以打破后续章节的顺序，将后续知识点融入此项目中。

2.融合教学目标

在2017年版《普通高中通用技术课程标准》中可以发现，课程在三维目标的基础上凝练了5个方面的学科核心素养：技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力。因此。在设定一个单元、一个项目的学习目标时既要依据核心素养，也要结合STEM教育理念，进行知识、技能、情感的融合。例如，在《设计的一般过程》一节当中，根据课本给出的3个方面的学习目标[3]在开展STEM教育的通用技术课程中，可以有针对性地以小项目的形式开展本节课的教学，学习目标可以根据通用技术核心素养，结合STEM教育理念进行设定(如图2所示)。

图2 《设计的一般过程》学习目标

3.综合教学内容

STEM教育理念下的通用技术课程的课堂教学要进一步体现出综合性，在教学过程中要能够系统地融合科学、技术、工程和数学领域的知识和技能。使学生在整体中获得对技术的深入理解，并能从对通用技术的深入理解延伸到对学科的理解和综合运用。在此理念引导下的教学内容要在原有教材基础上进行重新组合设计，图3为《设计的一般过程》中教学内容的组织，既有设计，也有操作；既有实验，也有总结。同时，结合《普通高中通用技术课程标准》(2017年版)以大项目带动小案例的方式开展教学，可以有效地将STEM教育理念融入通用技术课程，以小组合作、探究学习的教学方式开展教学，课程的内容在融合了技术内容的基础上可以进一步融合工程与数学的部分，并更多地考虑实践性的内容，进而体现知识之间的联系性，也给学生提供更多的机会应用所学知识。在设计教学内容的过程中，有对设计方案的权衡、有对结构稳固的实验、有对材料连接的选择、有对构件比例的计算、有对受力特点的分析、有对制作流程的设计……综合的教学内容将纵向展开的书本知识结构化、网络化，这有利于学生对知识的综合运用，有利于对问题的系统分析，有利于综合素质的提升。

图3 《设计的一般过程》教学内容组织图

4.渗透教学过程

之所以要提倡渗透性教育，是因为教育渗透可以把教育目的意图隐藏起来，在不知不觉中达到教育目的。正如苏联教育家苏霍姆林斯基所言：教育者的教育意图越是隐蔽，就越是能为教育的对象所接受，就越能转化成教育对象自己的内心要求[4]。党的十九大的召开让中国更多举世瞩目的科技成果呈现在世界面前，在教学过程中可选择一组学生进行技术意识的综合教育。近年来，我国在航天事业取得的卓越成就可为通用技术课程的教学提供良好的素材。在教学过程中通过精彩的图片、视频等形式呈现如中国天眼、北斗卫星、神舟飞船、大飞机等内容，展现中国的先进科学技术。学生在学习的过程中认识到每一项航天事业取得的辉煌成就都是技术的体现，包括了从设计到实践完成的工程项目，而项目中又融合了科学、数学和工程领域的研究成果。通过这些教学内容的渗透，学生在无形中加深了学科知识综合运用的意识。

四、总结反思：STEM教育与高中通用技术课程融合的建议

1.培养STEM专业教师

教师作为学生学习的重要引路人，更要走在STEM教育改革的前列。2017年9月，中国教育科学研究院STEM教育研究中心组织召开了《STEM教师能力等级标准(征求意见稿)》专家论证会，指出STEM教师是STEM教育活动的策划、设计、组织和实施者，直接影响到STEM教育的发展。《基于中国知网的教师专业成长路径的文献计量学研究》[5]一文也提出，教师的专业发展不仅要有学科知识，更要掌握多种学科综合教学的系统理论，懂得如何应用科学技术改善教学。然而当前各校从事STEM教学的教师多数由物理、化学、数学等学科教师兼任，在学科背景、实践经验、基础水平等因素的影响下，教师对整合学科的STEM教育理解不尽相同。因此，培养STEM专业教师，提高教师的综合素养也就成为推进STEM教育的重点，成为建构高中通用技术STEM课程的首要因素。

2.整合STEM课程设置

我国目前的高中教育多采用分科教学模式，各学段、各单元之间学科界限清晰，未真正考虑到学科之间的联系。STEM教育为整合通用技术课程提供了好的参考，但是在具体实施过程中，还要就课程之间的融合设置、项目的选择等方面进行综合考虑，各教育部门、各学校行政部门、一线教师要进行各级的统筹安排，在认真研读通用技术新课程标准的基础上，打破学科界限，开发、编写、研制适合当地教学实际的科学教材，真正让学生实现跨学科学习，跨学科发展，跨学科应用知识。

3.优化STEM教育项目

就现有通用技术教学课程而言，并不是所有知识点都适合采用STEM的形式开展教学，因此在实施通用技术STEM课程的过程中要坚持因地制宜、自主开发的原则，最大限度地进行两者的整合，最大化地融合多门课程，依据科学、技术、工程和数学等标准解决不同的挑战，设计有助于培养学生问题解决能力的综合性主题，从而优化STEM教育项目，潜移默化地发展STEM教育。

高中通用技术的课程理念使得它可以较好地承载STEM教育的实施与发展。通用技术课程应充分发挥自身的课程优势，借鉴国外STEM教育的发展经验，立足培养学生的技术核心素养，实现通用技术课程的目标和理念，从而有力推动STEM 教育在中国的开展。