“双新”背景下高中通用技术学科技术试验活动教学初探

◎ 杨寒凝

2021年9月，随着新课程新教材的全面实施，如何将“双新”理念有效落地，是每一个学科教师面临的巨大挑战。《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》提出“倡导核心素养理念引领下的多样化学习方式”的课程基本理念，要求“采取自主、合作、探究等学习方式，进行技术体验、技术设计、技术制作、技术试验等实践活动，促进学生学科核心素养的形成与发展”。［1］其中“技术体验、技术设计、技术制作”对学科教师来说相对比较熟悉，而“技术试验”是本次高中通用技术课程中新出现的实践活动，需要在“双新”实施中予以重点关注。

一、技术试验及其教学内容

（一）技术试验的概念界定

通过查找资料寻求理论的支撑，在《新版课程标准解析与教学指导 高中通用技术》（以下简称《教学指导》）一书中，有以下相关表述：“技术试验是指在基础理论的指导下运用一定的知识、原理、经验和技能，进行技术上的尝试、优化、验证、发明、创造，从而满足人的需求的一种探索性实践活动。技术试验在技术发明、革新、推广、发展中，对能否成功起着关键作用，是发现问题、探究规律、深化知识、优化技术的重要环节。”［2］可见，技术试验是一种技术探究活动，在技术活动中起着重要作用，它既是技术学习的内容，又是技术学习的方法和手段。因此，技术试验是通用技术课程的重要组成部分，是培养学生技术探究能力的重要载体，也是实现创新设计的重要途径和方法。

（二）技术试验的教学内容

在《教学指导》中指出，根据通用技术学科必修教学内容的特点，按照试验的目的，可以将技术试验大致分为以下两类。第一类是通过试验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的试验探究。这与物理、化学和生物学科的实验探究相似，都是为了发现规律，形成科学的概念。例如，通过技术试验探究影响结构强度和稳定性的主要因素。第二类是在最优化思想指导下，合理设计试验方案，有效控制试验干扰，科学处理试验数据，全面进行优化分析，直至实现优化目标的过程，称之为试验优化。其试验的目的是优化设计方案，比如桥梁结构的优化与改进。

二、技术试验的教学策略与实践

根据不同的技术试验教学内容，选择不同的教学策略，开展初步的教学研究与探索实践。下面以人教版《通用技术（必修）——技术与设计2》第一单元“结构及其设计”中的两个技术试验案例，具体阐述运用的教学策略以及技术试验教学实施的一般过程。

（一）“试验、探究、构建”教学策略

“试验、探究、构建”教学策略是指以建构主义理论为基础，在学生原有的知识和经验的基础上，引导学生通过技术试验主动探索，发现其中的规律，构建科学概念的教学方式。在“探究影响三脚架稳定性的一个因素”的技术试验中，其具体的教学过程如下。

1.提出问题

首先，教师创设日常生活中的真实场景，如在微距拍摄、夜景拍摄时，常常需要长时间曝光，这就需要使用三脚架来稳定照相机以达到较好的拍摄效果，引出三脚架结构稳定性试验。显然，重心的高低、支撑面的面积大小等都对结构的稳定性有影响。因此，将本次技术试验聚焦在“重心位置的高低是否影响三脚架结构的稳定性？”这一问题上，从而也就确定了该技术试验的目的，即“研究重心高低对三脚架稳定性的影响”。

2.猜想与假设

根据学生已有的认知和经验，他们能比较容易地对本次技术试验结果进行预测，做出猜想与假设：重心越低，结构越稳定。

3.制订探究计划与设计试验方案

接着，师生共同制订试验方案，用控制变量的方法，选择同一个三脚架张开相同角度，调整重心高低（中轴的升起、下降）进行测试。使用鼓风机模拟户外的风力，照相机开启长曝光模式，通过相片聚焦点的清晰度来评测三脚架的稳定性（见图1）。

图1

4.进行探究试验与收集证据

学生按小组分工合作，进行探究试验。让鼓风机工作，针对三脚架中轴升起和未升起分别进行拍摄，获取照片进行观察并作为试验证据。

5.分析与结论

在对照片的分析比较中可以看到，中轴未升起所拍摄的照片（见图2）清晰度明显优于中轴升起时所拍的照片（见图3），从而得出试验结论：结构的稳定性与它的重心位置密切相关。重心越低，稳定性越好。最后，通过整个技术试验过程，引导学生完成相应的“技术试验报告”（包括试验名称、试验目的、试验设计方案、试验器材、试验步骤、试验记录、试验结论等要素）。

图2

图3

本次技术试验活动的目的是让学生在探究的过程中发现“重心越低，稳定性越好”的规律，构建“结构的重心位置影响结构稳定性”的概念。属于第一类技术试验教学内容。其具体的教学过程为：提出问题—猜想与假设—制订探究计划与设计试验—进行探究试验与收集证据—分析与结论—完成试验报告。在此过程中，教师引领学生在生活中发现与技术相关的问题，从技术角度明确地表述这个问题，根据已有经验对技术试验结果进行预测，在假设的基础上制订试验方案，选择试验方法及相关的设备器材，能考虑试验的变量控制，通过试验探究，获取试验数据，对试验现象和试验数据进行分析判断，得出结论，最终对试验的结果进行整理，形成完整的试验报告。让学生亲历整个试验探究的过程，丰富学生的技术学习经历，对提升技术探究能力起到很好的促进作用。

（二）“试验、探究、优化”教学策略

“试验、探究、优化”教学策略是以建构主义和“做中学”理论为基础，以技术试验为手段，以观察、数据收集、分析为主旨，以优化设计方案为目的的教学方式。学生在教师的引导下，亲身体验、经历试验过程、观察试验现象、记录试验数据，通过小组讨论、分析试验结果，最终生成优化方案。在“桥梁结构的优化与改进”的技术试验中，其具体的教学过程如下。

1.创设问题情境

“桥梁的结构设计”是《高中通用技术（必修）——技术与设计2》第一单元“结构及其设计”中的一个大任务、大项目。前期教师基于脱贫攻坚、乡村振兴的时代背景，创设“修路造桥助发展”的真实情境，引出为幸福村修筑一座桥梁的学习任务。

2.明确试验目的和方法

学生通过设计、制作，完成初始桥梁模型的结构搭建（见图4），并进行加载测试，发现了各自模型所存在的问题与不足，从而自然而然地引出将桥梁结构模型进一步优化与改进的需求。因此，本次技术试验的目的和方法是，基于桥梁结构的力学计算及承重测试，制订桥梁结构的优化方案，并完成搭建，要求优化与改进后的桥梁结构能承重2kg。

图4

3.试验、观察、收集信息

学生分小组对典型结构模型进行仿真计算（见图5）和加载测试（见图6），进行试验、观察、收集信息，直观地感受到导致结构破坏的主要形变方向和受力情况，从而为结构的优化与改进提供实证依据。

图5

图6

4.分析试验结果得出结论

学生基于软件仿真计算和加载测试结果，结合结构优化的一般方法，共同分析讨论得出可从调整结构体系，改变构件的横截面形状，加强节点的连接，替换材料等方面来改进桥梁模型的结构设计。

5.提出优化方案

每组学生基于上述试验数据结果制订桥梁结构的优化方案，思考和讨论桥梁结构的优化路径，形成优化方案并分工完成制作。然后，将优化后的结构模型再次进行测试，看是否能达到2kg的承重要求，并形成完整的技术试验报告。

整个技术试验的目的是桥梁结构的不断优化与改进，属于第二类技术试验教学内容。其具体的教学过程为：创设问题情境—明确试验目的和方法—试验、观察、收集信息—分析试验结果、得出结论—提出优化方案—完成试验报告。在本次技术试验的整个过程中，教师立足于解决生活生产中的实际技术问题，以此激发学生的探究兴趣，明确试验的目的、方法、设备、器材等，学生分组完成试验，在试验的过程中认真观察、收集数据，以小组为单位，对试验结果进行分析，得出结论，以此讨论优化方案，并完成桥梁结构的制作与改进，再次尝试技术试验。至此，让学生体验桥梁模型结构优化改进的全过程，感受解决工程问题是一个不断迭代优化的过程，进一步提高学生的物化能力和工程思维，落实通用技术学科核心素养的培育。

三、技术试验的实施要点与反思

在《通用技术（必修）——技术与设计2》第一单元“结构及其设计”的单元教学中，除了上述两个技术试验，教师还尝试了“蛋壳笔尖掉落鸡蛋表面试验”“探究形状对强度的影响”等多个技术试验教学活动。在经历这些技术试验活动的教学过程中，体悟到技术试验的设计与实施需要在以下三个方面加以注意和把握。

（一）关联教学目标，明确技术试验的目的

在上述的这些技术试验中，虽然试验的目的不同，但都立足于生产生活中的实际技术问题，通过真实的情境创设，引领学生选择适宜的技术试验方法，达成相应的技术试验目的，或发现规律、构建概念，或优化方案、改进设计。因此，教师在设计技术试验活动时，首先应明确技术试验的目的，并与该课的教学目标相关联。如“探究影响三脚架稳定性的一个因素”的技术试验，它是“结构与功能”一课中的活动，基于课程标准、教材、学情，所确定的教学目标之一是“通过三脚架稳定性试验，设计探究影响结构稳定性的技术试验方案，撰写试验报告等过程，了解影响稳定性的因素，进一步巩固和掌握技术设计的一般过程与方法”。因此，这一技术试验活动服务于相应的教学目标，更好地落实相关目标要求。

（二）注重实践体验，体现技术试验的多样性

在列举的技术试验案例中，无论哪一类的技术试验，其实践性的特征不言而喻，这也和通用技术本身的学科特点密切相关。在整个技术试验的过程中，学生经历设计试验方案，进行探究试验、观察、收集信息数据、分析试验结果、得出结论，直至最终完成试验报告，让学生亲历整个实践的过程，培养学生发现问题、解决问题的能力，从而落实学科核心素养的培育。此外，技术本身就具有多样性，也存在多种技术试验方法。在“桥梁结构的优化与改进”的技术试验中，仿真力学计算是一种虚拟试验或模拟试验，和桥梁模型实物结构的承重测试以及三脚架稳定性试验所采用的试验方法明显不同。因此，在设计技术试验时，亦可从丰富学生多样化学习方式的角度，考虑选择不同的技术试验方法，以践行课程标准中提出的“通用技术课程以学科核心素养的培养为导向，倡导以学生为中心、实践为核心的多样化学习方式”的课程理念。

（三）自主合作探索，凸显技术试验的探究性

在《教学指导》一书中，明确指出技术试验是为满足人们需求的一种探索性实践活动，是发现问题、探究规律、深化知识、优化技术的重要环节。在该单元的技术试验中，学生分小组采取自主、合作、探究的学习方式，通过自己试验、探索、分析、研究得出结论。学生应用技术试验可以探究技术原理和规律，形成科学的概念，如上述的三脚架稳定性试验。学生也可以探究技术问题的解决方案，如桥梁结构的优化与改进，都充分体现出自主探究的整个历程。这有利于培养学生形成技术探究的思想、掌握技术探究的方法，有效提升技术探究的能力。

以上是“双新”实施以来，在学习课程理念和相关教学理论的基础上对技术试验实践活动所进行的初步教学研究和探索实践，希望能对广大学科教师有所启发。同时，也期待更多的教师在“双新”持续推进的过程中，充分发挥各自的教学实践智慧，为通用技术学科教学及课程的建设和发展一起努力。