通用技术线上数字化学习环境的设计与应用研究——以高一《通用技术（必修二）》“系统的优化”教学为例

邱 博

（沈阳市第十五中学）

信息技术的发展给教育的发展带来了契机，也带来了挑战。对于高中通用技术学科而言，要利用信息技术，打破传统学习环境对通用技术学习场所的依赖和单纯的物理因素对通用技术学习环境的束缚，努力建设通用技术线上数字化学习环境，为教师的教与学生的学提供便利。

一、通用技术线上数字化学习环境的研究现状

目前，高中通用技术课堂教学环境存在一些问题，例如：有的学校通用技术课程的教学设施不全，没有专门的通用技术教室，所有的学习和实践都是在普通教室完成的，并且缺少大量的实践操作工具；高中通用技术课程课时安排不足，每周只有一节课，在有限的课堂教学时间很难完成教学任务，不能给予学生足够的时间进行探索与实践，也无法保证深层学习中学生的思考时间；课堂中固定的教学空间难以支持合作探究型的学习活动，等等。为了能够更好地培养学生“用技术”分析和解决问题的思维方式，使学生获得高品质的学习结果，对于通用技术线上学习环境的探索与研究是必不可少的。

笔者通过文献检索法得出，目前学术界对通用技术课程学习环境的关注度越来越高，相关研究大致可分为三类：第一类是硬件方面的研究，针对通用技术的教室装备及空间设计方面，可称其为必要条件；第二类是信息技术应用方面的研究，针对的是信息技术与通用技术教学环节的有效整合，可称其为优化条件；第三类是应用于课堂学习环境的虚拟学习平台的设计与使用方面的研究，可称其为媒体条件。

本文着眼于线上层面的通用技术数字化学习环境设计模式的研究，简称为线上层面，也可称为通用技术线上数字化学习环境设计模式。该模式主要为通用技术线上数字化学习环境规范化的设计流程以及明确的设计过程，旨在促进通用技术课堂充分合理利用信息网络，获取更加先进的教学资源，改变传统的教学模式，激发学生自主学习的兴趣和独立解决问题的能力，从而使学生各方面素养得到发展，提高教学质量。

二、通用技术线上数字化学习环境的设计

（一）研究通用技术线上数字化学习环境设计模式的必要性

笔者通过对“乔纳森建构主义学习环境设计”的研究分析，发现“乔纳森建构主义学习环境设计”只提出设计的要素（包括问题、情境等），而并没有给出设计模式，看不到要素之间的关系。华东师范大学李妍博士对“乔纳森建构主义学习环境”进行了系统的研究，提出了包括问题、案例等七大方面的建构主义学习环境设计要素；但是，我们也没有看到一个规范化的设计过程和明确的设计流程。因此，本文受教学设计到教学模式的形成过程启发，提出线上数字化学习环境设计模式的概念。同时，针对通用技术学科的特点，构建能够支持通用技术学科高阶思维发展的线上数字化学习环境设计模式，以期解决通用技术课堂学习环境不足的问题。

（二）通用技术线上数字化学习环境设计模式分析

教师在设计线上数字化学习环境模式时，要将各种支持性条件（例如问题情境、资源工具、支架、案例等要件）围绕着学习活动进行统整，并对各个要素进行设计，这种对各种支持性条件的统整结果就产生各种各样的线上数字化学习环境设计模式。线上数字化学习环境设计模式简化了教学实施的难度，具有很强的操作性，是线上数字化学习的规范化操作指南，具体模式如图1所示。

图1 通用技术线上数字化学习环境设计模式

1.问题重塑

问题重塑是设计者在对于教学任务、教学目标的整体把握下，了解学习者的兴趣、己有经验、风格、特点，分析问题的情境、表述和操作空间，将重塑分析出的问题要素整合成一个完整、具体问题的过程。

2.问题呈现

问题呈现阶段，教师需要提前设计教学内容，包括：以什么方式呈现问题？学生已有的背景知识是什么？通过解决这个问题学生应达到哪些目标？帮助学生知道可以采取哪些途径获得资料？如何确定问题被解决？教师通过对以上问题的思考，设计出学习情境、学习资源、认知工具、学习支架、学习案例等。

3.问题分解

问题分解阶段的重点是分解问题序列，教师指导学生如何切入问题——学生通过调查研究、收集与共享信息，理解、分析与技术问题相关的背景知识；学生通过角色扮演、分析问题，了解该技术引起的问题成因及影响；学生产生解决方案。这一阶段，最关键的是教师要赋予学生问题解决者的角色，这样他们就能自然地投入到问题情境中去。

4.交流展示

交流展示包括学生通过讨论或辩论的方式陈述观点、学生撰写案例分析报告等，对该环节的具体设计策略本文将在“关键要素设计”部分进行表述。之后是学习效果形成性评价和总结性评价环节，虽然在这里设计学习效果形成性评价的环节，但实际上学习效果形成性评价贯穿整个教学过程的始终，是针对学生学习过程的评价，教师要及时适当地对学生阶段性学习成果给予适当的评价与指导。由于该模式是促使学生在学习环境的支持下建构知识、自主探索认知，及时的评价与指导可以帮助学生把握学习方向而不偏离学习内容。

三、通用技术线上数字化学习环境应用案例

高一《通用技术》必修模块“技术与设计2”第三单元第二节“系统的优化”主要是让学生“理解系统优化的意义，能结合实例分析影响系统优化的因素”。

（一）教学目标

知识与技能：理解系统优化的意义；能分析影响系统优化的各个因素之间存在相互关联、相互制约的关系；能够对一个简单系统运用最优化的方法进行分析。

过程与方法：培养自主探究、协作学习的能力；学会多角度、多方位思考问题，发展辩证思维能力，用发展、联系的观点看待多元素之间的关系。

情感态度与价值观：体验系统优化的意义，把系统优化的思想延伸到整个生活和学习当中。

（二）问题重塑

由于本节课的重点是能分析影响系统优化的各个因素之间存在相互关联、相互制约的关系，能够对一个简单系统运用最优化的方法进行分析。基于此，笔者考虑到几乎每个人都有过交通堵塞的体验，因此本节课期望通过解决“影响交通堵塞的因素有哪些及相互关系、缓解交通堵塞的办法”等问题，完成该节课的学习目标。

（三）问题呈现

问题呈现阶段，主要是指教师围绕重塑的问题，课前设计课堂教学内容。

1.学习情境设计

以什么方式呈现问题是通过对学习情境的设计来实现的。本节课在线上PPT课件中为学生播放两个交通堵塞的视频：其一是北京市堵车情况视频，主要介绍北京市堵车现状及堵车相关数据，带领学生进入问题情境；其二是相关群众关于堵车的态度、观点以及解决问题的办法视频，引发学生对于堵车问题的思考，带领学生融入解决堵车问题的情境之中。

2.学习策略设计

本课的学习策略我选择了合作学习，并将小组成员的人数控制在3到4人，每一个小组在钉钉APP上建立讨论群。

3.学习资源设计

学习资源的设计要考虑学生可能出现的思考模块。以本课为例，在解决缓解交通堵塞问题时需要考虑四个模块——什么是交通堵塞；影响交通堵塞的因素有哪些；影响交通堵塞因素之间的关系；如何缓解交通堵塞。由于线上学习时间有限，这里通过设计“交通堵塞单元”的资源网站，为学生自主学习提供帮助，不仅能够保证学生自主学习，同时也避免学生在浩瀚的网络世界中查找资料浪费时间。

资源网站首页设计（见图2）：知识模块包括四个方面——交通堵塞、影响因素、缓解办法、我的空间；工具栏是学生在分析、整理、收集资料时所需要的处理工具；搜索栏为学生提供资源库以外的其他知识以及学生可随时在搜索栏中搜索相关知识点。

图2 交通堵塞单元的资源网站首页

在图2中，工具栏包括收藏、标记笔、批注栏、截图、截频五个资源处理工具。收藏——当学生需要收集一些文字、图片、视频、网站时，单击收藏工具，就会将需要收藏的资源按类型归类到“我的空间”里。标记笔——学生在阅读资源时，需要重点关注的内容，单击标记笔工具，鼠标将变成笔的形象，学生可通过单击拖动鼠标方法进行标记。标记完成后，单击标记笔按钮，便恢复鼠标。批注栏——当学生对资源内容有新的想法或需要注明等时，单击批注栏按钮，用鼠标单击需批注的位置，便出现批注栏（使用方法类似word），可配合标记笔使用。截图、截频——截图工具不做详细介绍，类似于qq截图工具；截频工具使用方法：当学生观看视频时，需要特别收藏的部分，在开始点单击截频工具，进入视频存储，在结束点再次单击截频工具，将完成存储。

知识类模块设计（见图3）：针对交通堵塞、影响因素、缓解办法的模块设计，以交通堵塞为例，每一个模块包括的学习资源有视频、图片、网址、科研、其他五个部分。教师提供给能够帮助学生学习该模块知识的有效资源。值得注意的是，教师在为学生提供资源时，应考虑资源的顺序，要将视频、图片等影像类资料放在前面，将文字类资料放在后面，这样可以避免学生对知识的先入为主，让学生通过观看影像资料有自己的思考。

图3 知识类模块设计

4.认知工具设计

本课重在引导学生学会多角度、多方位思考问题，发展学生的辩证思维能力，使学生能够用发展、联系的观点看待多元素之间的关系，因此我选择了Seeing Reason认知工具。该工具是一个实用的探讨因素关系的工具，将在“学生解决问题过程设计”部分做详细介绍。

（四）问题分解

问题分解阶段主要是指学生解决问题的过程，这一部分教师要充分起到指引作用，主要设计好学习支架。

在问题呈现阶段，教师已经考虑到学生要解决“缓解交通堵塞问题”时，需要解决四个子问题，那么在引领学生解决问题时，就可以基于以上四个子问题设计学习支架。

1.交通堵塞指什么

教师引导学生进入学习情境后，提问：“什么是交通堵塞？是指汽车停止或缓慢行进吗？是指高速公路或任何类型的道路？”学生运用交通堵塞单元资源网站“交通堵塞”模块中提供的学习资料进行学习。这一部分不需要给交通堵塞下一个精准的定义，由全班学生经过简短的讨论形成共识就可以。

2.影响交通堵塞的因素有哪些

明确交通堵塞的定义后，教师便可以引领学生开始使用Seeing Reason认知工具列出影响因素。教师先引导学生凭经验和直觉以及他们的已有认知绘制因素图，之后引导学生进入交通堵塞单元资源网站中“影响因素”模块，通过对该模块资料的分析整理提取出较完整的影响因素。（见图4）

图4 交通堵塞的影响因素

3.影响交通堵塞各因素之间的关系

当学生找寻因素时，他们经常谈论每个因素与问题之间的关联。教师引导学生在Seeing Reason认知工具中用箭头将因素连接以呈现因素关系图。表示关系的句型为“当A增加，B减少（或增加）”，例如“当汽车数量增加，交通事故增加。”（见图5）

图5 影响交通堵塞各因素之间的关系

4.缓解交通堵塞的办法

教师要引领学生运用因果图和他们的研究，了解交通堵塞如何发生及如何避免，并草拟解决方案。例如一组学生通过查阅因果图（图6），决定将影响交通堵塞较为关键的因素——“车道数量”作为研究对象进行研究。

图6 交通堵塞因果图

这张因果图显示出了降低车道数量的主要因素有两个，即“交通事故”和“抛锚车辆”。根据这一组的资料，学生提出以下解决方案：成立一个由警察和拖吊车组成的事故处理小组，尽快排除故障车辆，处理交通事故；公路双向各增加一个车道，并在公路旁建造一条故障车专用道；研究去除公路积雪的化学药剂。之后，教师带领学生预测解决方案对交通流量改善的程度，并估算每个新计划所需的费用。

（五）交流展示阶段

运用Seeing Reason工具生成因果图的功能可以展示最新的因果图，学生可以将在教师指导下制作的影响交通流量因素及解决方案的图表，上传到网络并与其他组进行讨论，也可以将其复制到期中报告当中。

教师对学生做总结性和形成性评价。总结性评价以搜集证据的质量、建议的合理性、简报的效果评价学生的学习成果，因果图不列入评分，只作为了解交通堵塞原因和解决方法的参考。形成性评价，教师可以运用Seeing Reason工具中的辅助教师监控功能，带领全班学生在钉钉APP群中讨论某个因素或讨论对某个关系的不同见解，教师对学生的描述质量及对问题的理解程度给出即时评价。

通用技术线上数字化学习环境能够促进学生对知识的深度学习，使学生养成“用技术”分析和解决问题的思维方式，使他们获得信息时代要求的高品质学习结果，能够促进学生分析、综合、评价和创造等高阶思维能力的发展。