指向思维培育的技术课程项目化实践

张月香

普通高中的技术课程主要包括信息技术课和通用技术课，技术教育是素质教育的基本组成部分，是学生技术素养形成的重要途径，对落实立德树人根本任务、实施国家创新驱动战略具有重要的作用。计算思维是高中信息技术学科核心素养之一，工程思维是高中通用技术学科核心素养之一，设计思维作为发展新工科创新教育的一种非常有效的思维模式，是根据一套方法论和方法体系，以人为本地对复杂问题进行创新解决的活动，是对复杂问题的多元化求解和方案优化。通过问卷调查，笔者发现目前高中生这三方面的思维发展普遍比较薄弱，算法思维、创新设计及物化能力等极为欠缺，因此，笔者通过对信息技术与通用技术课程的深度融合，以项目化学习方式为主，引导学生发展其计算思维、设计思维、工程思维等高阶思维方式，全面培养技术素养。

● 指向思维培育的项目化学习模式

计算思维是指个体运用计算机领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。笔者结合新课标中计算思维的描述与英国南安普敦大学两位博士的五要素分析，将计算思维分为问题分析与分解能力、抽象与转化能力、算法思维能力以及评估与概括能力这四个方面的能力。工程思维是以系统分析和比较权衡为核心的一种筹划性思维。这两种思维方式与设计思维都是学生适应智能时代发展的关键高阶思维能力。而设计思维是以流程形式来培养高阶思维的，主流的设计思维模式基本包括调查和确定用户需求、探讨设计方案、原型及原型实现、评估和测试。因此，本研究以“大项目”方式整合学习内容，基于设计思维模式开展项目实施，构建了指向思维培育的项目化学习模式（如下图）。

● 指向思維培育的项目化教学实践

笔者在高一年级开展了项目化教学实践，下面以项目“家居再设计——多功能桌椅的设计”为例进行说明。

1.项目设计

在项目设计模块，笔者根据核心素养和新课标要求，分析教材和学生情况，整合相关教学内容，创设真实情境，提出与学生生活联系紧密的项目主题——家居再设计之多功能桌椅的设计。学生需要理解与分析项目主题，制订项目计划，此过程可以有效培养学生计算思维中的问题分析与分解能力;同时，学习人机关系、技术图样、材料性能、图形化编程等相关基础知识，掌握技术图样绘制、简单木工加工工艺、实现控制电路等基本技能，为项目实施奠定基础。

2.项目实施

在项目实施模块，遵循设计思维，将其分解成共情需求、明确问题、设计方案、建立模型、测试评估等五个环节。

共情需求——教师在项目实施初期提供丰富的学习资源，包括用户的采访视频、市面上流行的多功能家居资料等，配套的小桌子模型教具，以及共情体验工具——同理心地图，以辅助学生进行共情体验。学生通过同理心地图任务，发现用户的需求。

明确问题——教师引导学生理解与分析上述用户需求，明确设计要点，形成相对个性化的设计要求。通过上述两个环节培养学生计算思维的抽象与转化能力。

设计方案——学生根据设计要求，进行设计分析，利用形态分析法、联想法等常用的构思方法，比较、权衡，形成最终的设计方案。本项目的重点在于多功能的实现，学生的设计想法各不相同，有增加储物功能的，也有考虑智能家居的，如考虑盲人的需求，采用雷达传感器和控制板，利用简单的图形化编程实现智能提醒，当有人靠近时，提醒有障碍物。

建立模型——根据设计方案，进行物化实现，全面考虑设计要求和材料特点、限制等因素，利用美工刀、热熔胶、透明胶带、小锯子、木工角尺、砂纸、切割垫等工具，对两块木板和硬板纸进行整体规划、加工处理，制作出模型。上述两个环节可以培养学生计算思维的算法思维能力。

测试评估——学生对照设计要求，测试评价自己的作品是否满足，并展示分享，总结成功与失败的经验，为后续项目实践奠定基础。此环节培养学生计算思维的概括与评估能力。

以上五个环节是一个非线性的、循环往复的过程，任何一个活动阶段有问题都需要返回到可能导致问题的环节重新开始。在整个项目实施过程中，教师活动作为学生活动的基础，需要提供丰富的教学资源、创意支架，指导学生设计与创作，支撑学生的创意生成、创新能力提升和高阶思维发展;学生活动则以设计师的思考模式展开，学生作为设计师进行创新设计、图样表达和物化产品。

3.项目反思

在项目反思模块中，教师对项目进行反思、改进与拓展，以促进项目的迭代生成。针对本项目，后期可以考虑将主题进一步放开，如只要求做有实用价值的木结构，学生可以根据自己的喜好，确定具体的项目任务，更可以完全放开，由学生自己提出项目主题，根据自身情况制订学习计划，按需发展，实现个性化学习。在此基础上，进一步实现课程统整，整合选修课程、社团课程等支撑学生的项目拓展探索，如对智能家居感兴趣的学生可以通过三维设计与智造、Arduino创意机器人等选修课程、社团课程等进一步探究。

● 教学反思与建议

经过一学期的项目化实践探索，笔者认为指向思维培育的项目化学习模式是有效的，学生作品的创意设计水平有了明显提升，图样表达和物化能力得到锻炼，其计算思维、设计思维和工程思维等高阶思维能力发展迅速。

1.重构师生活动，培养高阶思维

基于高阶思维培养，组织项目学习流程，重构教师活动和学生活动。学生活动以设计师的思维方式开展项目，发展设计思维，教师活动则为学生活动提供保障和基础，给予资源与创意支撑，引导学生活动顺利进行。学生以设计师的身份进行创意生成、产品开发，在此过程中，“构思”与“实现”是他们必须面对的两个问题，“构思”对应设计思维，而“实现”则更多地与计算思维相关联，学生在理解和分析项目主题时发展计算思维之问题分析与分解能力，在调查体验、共情需求、明确问题过程中发展计算思维之抽象转化能力，在图样表达、图形化编程、物化作品过程中发展计算思维之算法思维能力，在测试评估、展示交流中发展计算思维之概括与评估能力。

整个项目实践过程，都要求学生具有全局观，能利用系统分析的方法将复杂情境任务具体化，理解与分析项目主题，通过经历项目设计的一般过程，进行设计方案的多因素分析，了解比较、权衡和优化等系统分析方式，能统筹规划、决策分析，形成可能的解决方案，并对技术方案做出性能和风险评估，发展工程思维。例如，在项目作品展示交流时，有一个小组总结的失败经验教训就是小组同时存在两个方案，彼此都不能说服对方，导致最终没有在课堂中完成模型的制作，而此过程就是方案的比较和权衡过程，教师引导学生体会，促进了工程思维的发展。

2.善用创意工具，支撑设计生成

设计思维在工业、艺术等领域都已具备完善的创新设计支持工具，但在教育领域并没有得到很好的应用。教师需要借鉴设计思维在其他领域的成功经验，为学生提供相应的创意工具，以支撑其设计的生成，包括采用头脑风暴法、九宫格法、世界咖啡法、同理心地图、情境故事法等共情需求、明确问题，采用Scamper法、头脑风暴法、用户画像等集思广益、设计方案，采用可用性测试试验、场景模拟、反馈图等方法进行测试评估，采用项目学习手册、情境故事法等方法进行项目拓展。实践结果表明，项目主题不一样，创意工具的选择也应有所不同，本项目使用了同理心地图工具帮助学生以人为本地考虑用户的需求，若项目主题换成“创意小灯的设计与制作”，则使用头脑风暴法和Scamper法进行效果要好得多，头脑风暴法可以帮助学生扩散思维，通过交流、反思对比后，给自己带来新的灵感。由美国心理学家罗伯特·艾伯尔提出的Scamper法，作为一种综合性思维策略，代表了组合、替代、改进调整、挪作他用等一系列有章可循的寻找设计机会的方法，可以为创意小灯的设计方案提供更多的可能性。

3.加深课程统整，促进个性发展

目前的课程统整仅是在通用技术与信息技术的必修模块展开，将教学内容重新整合，以某个课程为主开展项目学习，如本项目就是以通用技术必修1为主，融合信息技术必修1的相关内容，在通用技术课堂中实施项目的。為促进学生的个性化发展，笔者认为可以尝试在现有项目学习的基础上，打通必修课程与校本选修课程、社团课程等，融合线上与线下学习，进一步加深课程整合。不同的校本选修课为学生的个性化项目学习提供了可能，学生根据自己的兴趣选择不同的课程以确定不同的项目主题，自定项目计划;在必修课上教师提供必要的基础知识和基本技能支持，学生利用丰富的学习资料和实践场地开展项目;社团课程将促进学生创意设计的深度交流和持续生成。因此，深度融合课程体系能为学生的项目化实践保驾护航，促进学生创新设计、实现产品，在此过程中发展设计思维、工程思维和计算思维，提升技术素养。

本文是2019年江苏省基础教育前瞻性教学改革实验项目“设计与智造：统整理念下高中生学习方式的变革”阶段性成果;江苏省教育科学“十三五”规划2020年度立项课题“基于计算思维的高中生设计与智造的项目化实践研究”阶段性成果，课题批准文号：D/2020/02/283;江苏省教育科学“十三五”规划2018年度青年专项重点资助课题“江苏省高中STEM教育基地实验项目的设计与实践研究”阶段性成果，课题批准文号：C-a/2018/02/19。