高中通用技术学科单元视角下的活动设计——以“爬楼梯车轮的设计优化实践”为例

◎ 黄 瑾

高中通用技术学科单元视角下的活动设计，通常需要关注如何划分单元、单元的技术设计项目、单元核心任务、活动、核心知识、课时安排等要素，围绕培养学生学科核心素养的单元教学目标进行整体设计，贯穿整个单元教学。本文结合课例“爬楼梯车轮的设计优化实践”进行教学实践，对单元视角下的活动设计进行探索。

一、单元视角下活动设计流程的提出

根据《关于本市新时代推进普通高中育人方式改革的实施意见》《上海市教育委员会关于切实规范中小学课程教学工作深入实施素质教育的若干意见》《上海市深化高等学校考试招生综合改革实施方案》等文件精神，上海市通用技术学科教研团队（以下简称“市教研团队”）根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《2020年修订版课标》），结合人教版高中通用技术新教材，以单元、模块或主题为单位，从教学设计、活动实施和单元评价的维度将课程标准内容与要求进行细化和明确。

为帮助一线教师充分解读课程标准，明确教学要求，落实学科育人价值，用好新教材，市教研团队结合经验和实践提出高中通用技术学科单元视角下活动设计流程，具体如图 1 所示。

图1 高中通用技术学科单元视角下活动设计流程

市教研团队以“爬楼梯车轮的设计优化实践”为例，在实践中对单元视角下活动设计的主要过程和基本路径进行初步探究，以提升教师对单元教学的理解和实施能力。

二、单元视角下的活动设计教学实践

（一）划分单元

“爬楼梯车轮的设计优化实践”课例内容来自人教版高中通用技术新教材必修《技术与设计1》中第二章“技术设计及表达”。本章主要学习技术设计的一般过程、技术设计原则、分析与优化以及技术设计的表达。该课例是新教材中实践性较强的内容，也是后续章节工艺及方案实现、技术交流与评价的基础。

根据图1，本课例对应单元名称的确定可以结合课程标准和单元规划来分析考虑。《2020年修订版课标》中提到：人教版高中通用技术必修课程“技术与设计1”模块由“技术及其性质”“技术设计过程”“工艺及方案实现”“技术交流与评价”四个单元组成。我们从单元规划角度将第二章“技术设计及表达”中的“第1节 技术设计的一般过程”“第2节 技术设计原则、分析与优化”“第3节 技术设计的表达”归为一个单元。根据以上分析可以得出，该课例对应课程标准所属的单元为“技术设计过程”，单元内容包括“第1节 技术设计的一般过程”“第2节 技术设计原则、分析与优化”“第3节 技术设计的表达”。而本课例是第1节和第2节内容的整合。在技术设计过程中，教师不应只是对技术试验进行知识和方法的讲授，还应让学生围绕技术测试过程中的“现象观察—分析原因—优化设计”这一主线，思考“什么是测试？为什么测试？如何去测试？”，从而理解测试、分析、优化之间的内在逻辑关系。该课例为后续编写技术作品说明书提供支撑，也是本单元的亮点和特色，它是后续章节工艺及方案实现、技术交流与评价的基础。

（二）选择技术设计项目

根据图1，我们从单元教学目标、真实情境、真实需求、设计与制作、设计优化等方面对“爬楼梯车轮的设计优化实践”课例对应的“爬楼梯手拉车的设计”项目进行可行性分析。

1.从单元教学目标分析

本课例所属的单元教学目标为：通过项目的设计让学生经历发现与明确问题、制订设计方案、制作模型或原型、优化设计方案、编写技术作品说明书等技术设计环节的实践，并且学习如何通过图样、模型等技术语言来表达技术设计意图的方法。“爬楼梯手拉车的设计”这一技术设计项目能承载上述单元教学目标。

2.从真实情境分析

学生在对上海一些老年人进行需求调查时发现，随着年龄的增长，居住在多层住宅中的老年人提东西上台阶比较困难。“爬楼梯手拉车的设计”项目是有真实情境的。

3.从真实需求分析

“爬楼梯手拉车的设计”项目希望能在平面手拉车基础上设计一个人力拖动的小车，既可以在平整地面上拉动，也可以爬楼梯时使用，是有真实需求的。

4.从设计与制作分析

高中通用技术学科对项目一般要求要解决真问题，完成真实的任务。“爬楼梯手拉车的设计”项目中，设计与制作的模型有楼梯、爬楼梯车轮、Y形支架、圆弧支架等，利用纸板设计制作实物模型，利用激光切割机加工制作零件模型，运用计算机辅助设计软件Inventor进行简单的设计表达，运用计算机仿真模型设计制作，用于解决真实需求。

5.从设计优化分析

选择的技术设计项目，要注意必修课程是通识教育，需要考虑学生是否能制作、学习能力是否可测试。“爬楼梯手拉车的设计”项目对高中学生而言是适合的。

（三）分解单元核心任务

我们接着对应图1进行单元核心任务的分解。高中通用技术单元视角下分解单元核心任务是将核心任务分解成若干个前后递进、彼此关联的活动，降低教学实施的难度。单元视角下的活动设计就是从单元视角构建单元核心任务并分解为若干个活动，梳理核心知识并作课时安排建议，其中“核心知识”是列举活动对应的核心知识点，“课时安排”是建议安排的课时数。

在进行本单元规划时，我们将单元核心任务“以爬楼梯手拉车的设计经历技术设计的一般过程”分解成6个活动，安排12个课时。具体内容见表1。

表1 本单元核心任务的分解

（四）单元视角下的活动设计

我们对应图1进行本课例的活动要素（包括活动名称、活动描述、活动情境、活动目标、资源支持、活动环节、活动评价）分析，得出单元视角下本课例的活动设计结果。

【活动名称】爬楼梯车轮的设计优化实践。

【活动描述】根据模型（单位：mm）对爬楼梯车轮进行测试优化并找到强度足够且不卡台阶的圆弧半径R值。简要记录爬楼梯车轮设计优化过程，并和组员交流半径计算方法。

【要求描述】在30分钟内，在实验室中，3人一组，用瓦楞纸、KT板、木板等材料，剪刀、软件等工具对车轮进行优化，使其可以爬175mm高的台阶。

【活动情境】演示Y形支架连接方案和初步改进的三角形连接方案，发现强度不够和卡台阶的问题。

【活动目标】归纳设计方案优化的方法，一是实物模型法（实践测试），二是数学建模、软件仿真法（理论计算）。

【资源支持】多媒体课件、三角形纸板、安装有Inventor和RDWorks软件的计算机、楼梯台阶模型、车轮、Y形支架连接件、螺栓、螺母、其他自制零件、美工刀、圆规、计算器、护目镜及手套等安全防护工具。

【活动环节】

环节1——寻找支架圆弧半径：学生通过实物模型测试、仿真或理论计算模型来求解圆弧半径。

环节2——优化模型制作：①根据优化方案利用纸板完成带有圆弧连接支架实物模型制作，也可以导出模型文件并进行激光切割；②开展优化后的模型制作测试。

【活动评价】

对环节1的评价：能辨别技术与工程领域所涉及的数学模型；结合具体技术与工程领域案例，分析简单的数学模型及其类型；针对已解决的技术问题，能还原问题解决的数学模型并作验证；在进行简单的技术方案设计时，能建构简单的数学模型来解决问题。

对环节2的评价：能结合案例说明模型的作用；能完成简单的模型制作；能结合设计方案对模型进行评价；能完成较复杂的模型制作；能完成复杂的模型制作。

三、对单元视角下活动设计的反思

综上所述，我们应基于课程标准及教材内容，提炼单元核心目标和核心能力的培养目标，以此设计活动。

（一）选择单元技术设计项目的思考

《2020年修订版课标》中提到，必修课程“技术与设计1”模块教学实施的全过程可以采取大项目加辅助案例的形式。大项目应选择基础性好、综合性强且贴近学生生活的技术设计项目，如“可调节亮度的学生用小台灯的设计”“可调节高度的学生课桌的设计”“橡皮筋动力导盲小车的设计”“多功能笔筒的设计”等。那么，本课例中选择的技术设计项目为什么是“爬楼梯手拉车的设计” 呢？

首先，我们需要考虑选择的项目应该有真实的情境，而且这个情境是身边的真实需求。其次，需要考虑选择的项目，它的设计与制作要符合学生已有的知识基础。比如“飞机项目”属于我们周围的常见情境，也有真实需求，但是飞机的设计与制作对高中生来说难度很大，即使学生能够设计出来一个模型，也无法完成一个真实的任务，因此单元技术设计项目选择飞机的设计项目不适合。第三，需要考虑选择的项目中学生是否能制作、学习结果是否可测试。比如单元技术设计项目选择滑板的设计项目不适合，因为必修课程是通识教育，滑板的设计、制作、装配，对学生而言太难，不适合学习。最后还要考虑选择的项目应与本单元教学目标匹配。

（二）单元视角下活动设计过程的思考

高中通用技术课程一共由八个单元构成，只涉及必修内容。单元是基于一定的目标和内容所构成的学习模块。通用技术学科中材料、工艺、技术、流程、系统等知识是相互作用的，在学习的过程中也是同时被调动和运用的。通用技术学科中知识与技能高度相关，学习是综合运用所学知识在技术实现过程中进行的。

我们对本课例所属的单元进行规划时，将“爬楼梯手拉车的设计”项目作为单元技术设计项目，构建的单元核心任务是“以爬楼梯手拉车的设计经历技术设计的一般过程”。单元核心任务以“爬楼梯手拉车的设计”项目为载体，让学生通过爬楼梯手拉车轮子的设计制作，进行初步的技术设计体验，经历技术设计的全过程，使学生了解到技术设计是一个动态发展的过程。在具体的设计中，某些阶段或步骤可能会发生改变，步骤之间不是简单的单向关系，可能会出现循环、反复等。因此，不能把技术设计的过程完全简单化、模块化，而应该根据具体的问题需求、具体的技术设计进行灵活处理。学生通过核心任务，体验技术设计的一般过程之后，可以基于真实需求选择其他载体，综合应用技术设计的一般过程去尝试其他项目，比如新教材中的“循迹小车底板的设计”项目。

总之，单元视角下的活动设计是教学的一个重要环节，是学生参与获得最佳学习效果和终身学习能力的重要途径。高中通用技术学科单元视角下的活动设计，强调从单元整体出发设计活动，突出单元教学目标、核心知识和活动过程的整体性、联系性和发展性，从而培育学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力等学科核心素养。