基于电子控制技术项目教学设计与实施的高中通用技术学科素养培养初探

乔翠玲

（南京师范大学附属中学，江苏南京 210003）

通用技术课程是一门注重实践、专注设计、综合性极强的课程，传统的教学模式已无法满足技术课堂的教学要求。项目教学实施过程和特点与通用技术课程教学理念相符合，内容安排上侧重基础性技术设计，要求重点突出“做中学”，多以问题推动、探究串联、实践操作练习为主，成为课程五大核心素养培养与提升的有效途径。本文以电子控制技术项目设计与实施来探究通用技术学科核心素养的培养与提升。

一、技术意识

技术意识是对技术现象及技术问题的感知与体悟。学生结合个人成长经历体验技术活动是获得感知与体悟的重要途径。过程中，教师引导学生合理地看待技术、看待技术问题、看待解决技术问题的方法，帮助学生形成敏锐的技术感觉，强化学生技术的安全和责任意识、技术伦理与道德意识，进而培养学生技术态度上的责任感，引导学生深切把握技术的本质，理解技术与人类文明的相互促进、相互渗透、相互联系的关系。实际教学中，选用典型案例，指导学生筛选各类数据与信息，就某一技术领域对个人、社会、环境的影响作出判断，形成正确的技术观；后续在技术实践活动中，整合应用人文、科学、社会等多方面知识，能在适当的时机参与社会有关技术发展与应用的讨论与决策。学生设计方案、物化作品的评价交流中学会从多元文化的角度评价，具有一定的对技术文化的选择能力。教师要培养学生的技术意识，首先激发学生学习技术课程的兴趣，点燃学生内在的生命力，促使他们主动地学习，以便满足其主观能动性，在不知不觉中帮助学生构建清晰的技术认知印象，从而在潜移默化的状态下树立学生的技术意识[1]。

情景引入时，选择与时俱进的时代背景，贴合学生实际生活的情境，让学生运用课程需要掌握的知识点来解决问题。比如学生参观时了解智能家居窗帘根据光线强弱自动打开、关闭的控制系统，室内煤气泄漏窗户开关的控制系统，VR 体验中感兴趣的电子控制模块等等，实物吸引的同时也可以结合视频、音频、图片等手段激发学生学习电子控制技术的兴趣，兴趣是最好的老师。

例：综合学生已学知识，教师亲自设计制作演示教具。自制教具更具灵活性，并且拉近电路设计、制作与学生自我认知的情感距离。根据耶克斯-多德森的研究理论，学习中等强度的任务最有利于任务的完成，大多学生从来没有独自设计制作过电路，自认为基础知识和动手能力有限，自我肯定薄弱，这会影响到学生体验活动的积极性。从教师设计制作教具开始，以此为引入铺展开来通过视频、图片等方式列举与教具相似原理的案例，学生恍然大悟，“哦，老师能做到的我也能做到”，“似乎也没有看上去那么玄啊”，亲身实践中形成更具象、更深刻的技术意识。

二、工程思维

工程思维是以系统分析和比较权衡为核心的筹划性思维。在实践中，工程思维我们并不陌生，工程思维可能大部分时间处于处于“日用而不知”的“不自觉”状态。工程思维是一种需要用工程的眼光看待世界和处理世界的思维方式，是一种统筹兼顾的系统思维方式，也是一种筹划性实体思维，具有现实性，是沟通主观和客观，连接彼岸和此岸的必经之路。

学生在实践过程中，教师重点引导他们从设计到确定解决方案时，综合运用数学、物理、化学、技术、科学、工程等学科知识，多维度分析问题，明确问题解决时存在的局限性和影响因素，突出自己的思想，提出切实可行的方案。推进的过程中运用科学视角，不断优化改进方案，最终能进行简单的风险评估和综合决策。如此，学生通过完成一个具体项目，潜移默化中建立起工程意识，学习尝试用工程观念去看待问题，用工程思维方法去分析、解决实际问题，能够真切地认识到系统与工程现实中呈现出来的多样性、复杂性和综合性[2]。

例：在标准压力的室温环境中，甲烷是一种无色、无味（家庭中天然气的特殊味道是因为添加了甲硫醇或乙硫醇）的可燃气体，约占天然气成分中的87%。可燃气泄漏极易酿成大祸，如果能够及时报警并且开窗通风将很大程度上减少损失甚至免遭损失。结合之前所学，设计、制作一个检测甲烷泄漏报警并开窗通风的自动控制系统。

学生运用系统方法、流程思维、结构设计，实现蜂鸣器发声、发光二极管闪动的报警功能，同时启动电机开窗通风排除甲烷泄漏隐患。个人思考后小组讨论，集思广益，充分交流，并将思维逻辑梳理，明确各个主题条件之间的层次关系，平衡各个环节，提高控制系统的容错性，将理想客体一步步地转化成现实实体，从而帮助学生寻找最后的解决方法，逐步地加深学生的工程思维。

三、创新设计

创新设计是指学生在发现问题、明确问题的基础上，收集相关信息，充分发挥创造力，利用已有的科技成果、科学理论综合分析，进行创新构思，提出符合科学性、创造性及实用成果性构思方案的一种实践活动。最初寻求具有创新设计的课题存在困难，引导学生通过挖掘潜在需求，多视角剖析所需解决的技术问题，形成对需求和技术问题的敏感度，能运用科学系统的分析方法，对所制定的设计方案进行比较权衡，能设计相应的技术试验，完成操作实践，并能对记录的实验数据进行科学分析，综合现实限定因素，对设计方案进行优化。通过实践操作，尝试解决社会层面、生活层面的技术问题，对技术现象客观准确地反映和判断，形成使用技术的科学态度和良好习惯。

高中阶段学生的自控能力、意志力逐渐增强，对于感兴趣的事情能够长时间地连续关注。同时，他们的抽象思维慢慢形成并逐渐变强，对事物的认知也由具象为主转变为抽象为主。高中生处于青春期，批判性思维逐步变得成熟与强韧，同时具有较强的自我反思能力，能够将实践经验升华为理论归纳，能够客观理性地分析事物。随着学生掌握的科学方法、科学手段的多样化，科学理论的深入与丰富，结合感兴趣的任务，学生能够从中得到满足，会产生积极的情绪体验，更加有劲头，正向积极促进，良性循环。在自由、愉快的情绪中学生无拘无束地发散思维更易培养与提升，利于创造出更有想法的作品[3]。

例：以实现甲烷泄漏报警、开窗通风的电子控制电路设计与制作为例。学生根据任务要求，收集大量的信息了解采集甲烷浓度的信号方式，由此也会主动地思考其他气体浓度的检测方式，比如二氧化碳、氧气等。如果检测烟雾的浓度，这种方式能实现吗？温度、湿度、亮度的信号呢……如此，与传感器相关的疑问一一解锁，学生的思路打开，学习方式由“要我学”转变为“我要学”，这一层面凸显了学生是学习的主体地位，充分发挥了学生的主观能动性，潜移默化中掌握了常用传感器采集信号的原理及其应用。不同传感器，选择的控制模块、输出模块与之有所对应，用以完成电路功能性的设计。设计电路时需要权衡多方面问题。比如：技术方面的问题，像参数兼容性、效率的提升、采用不同原理解决同一个问题等，又比如应用方面问题，像安全问题、实用性、可操作性等。设计可燃性气体泄漏的电子控制系统，安全问题是首要解决的，所以在选择启动装置、执行装置避免产生电火花，如电机选择上考虑选用无刷电机。能根据要求，比较权衡选择科学的方案；能根据要求，进行电路的原理设计、参数确定；能根据设计对象解决技术问题的一个或多个技术方案。实施每个步骤就是在创新设计，正所谓“处处是创造之地，天天是创造之时，人人是创造之人”。

四、图样表达

图样是一种技术语言，图样表达是使用图形样式对意念中或客观存在的技术对象进行可视化的规范和整理，便于与他人交流设计创意和问题解决方案，实现抽象与具象之间的思维转换。图样表达能力包括识图能力、表达能力。在项目实践过程中，学生能够识读机械加工图、控制框图等常见的技术图样。在面对比较复杂的问题时，能准确地将设计构想通过绘制简单的技术图样表达出来，图样形式可以是简单三视图、草图、机械加工图等，可以手工绘制也可以使用二维、三维设计软件绘制[4]。

图样是根据投影原理、标准或有关规定，表达意念中技术对象的图样形式。在日常生活中，有各种各样的图表，学生也会用简单的示意图来表达自己的设计，实现有形与无形、抽象与具体之间的思维转换。教学过程中，指导学生选择与综合运用图样或其他技术语言表达设计构想，目的是帮助学生形成用技术语言进行思维转换的能力。

例：在电子控制系统的教学过程中，学生学习识读技术图样，如一般的机械加工图和简单的电子电路图等；掌握运用方框图分析常见电子控制系统的组成和工作过程，根据方框图或者电路图能够阐述电子控制系统的工作原理、实现的功能和工作特点，并使用设计文件、日志等记录自己的创意、过程和结果。

在培养学生图样表达能力的过程中，避免知识的浅层化，主要体现为偏重表面知识和技能，不能深入挖掘知识所蕴含的技术思想与方法。比如：设计电子控制系统的电路，引导学生画方框图，如果仅仅因为应付考试，考的几率大而学习，这样使得图样表达就停留在知识浅层化层面上。如果将方框图的学习融入解决一个具体的问题而设计的任务中，学生就会切实体会到，绘制方框图就能清楚地在信号的采集、信号的处理、控制输出走向上有个框架式的认识，从而对控制电路中的核心部分有所了解。根据这个“框架”去分析电路的原理图，能顺藤摸瓜开展学习，框出它的各模块电路，了解各模块电路在原理图中的位置、相互关系及其功能，就能很深入地把握该控制系统电路的工作原理，认识到其所蕴含的技术思想与方法，有效地避免了项目知识的浅层化。

五、物化能力

物化能力是一种将意念、方案转化为有用物品，或对已有物品进行改进与优化的能力，是技术实践特点的体现，创造性特征的呈现。物化过程中，学生需要采用一定的工艺和方法去实现，这需要了解常见材料的特性，常用工具的种类和使用方法，常见加工工艺方法与适用范围，在实践操作过程注意体验和领悟。根据设计的方案，能够选择合适的材料和工具，设计技术试验与测试，撰写试验报告，选择准确的加工工艺等，能完成模型产品的成型制作和装配，能对其进行基本的技术测试和指标测量。物化过程真实经历了运用技术的原理解决实际的问题（从书本走进生活），具有一定的材料规划意识和工具思维，拓宽了学生的创造思维，体验了技术交流、合作、互尊互爱、分享个性化创意的喜悦，思考了“以我所学，为民所用”实现自我价值的意义[5]。

例：学生根据制定的电子控制电路的设计方案，选择所需要的电子元器件、能正确检测电子元器件的好坏、能用万用表测量相关数据、能进行简单地焊接、能安装和调试电子电路。学生亲手制作模型或原型的过程中，见证方案从设计图上一步步以实物的形式呈现时，实现了自我价值，这使得学生从内心深处欢喜，对未来有所期待。技术试验、技术测试、实物制作使得学生更加能够领悟技术对人类文明的重要性，更能理解技术是社会生产力水平的重要标志之一，是人类物质财富和精神财富的积累形式。

技术课程的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力等五个学科核心素养相辅相成，相互渗透，不可分割的。技术课堂在核心素养引领下，更好地体现通用技术学科以创新、实践为主的特色，使学生真实感受并推进自己个性的丰富性、层次性地绽放，从而认识到技术的理性精神、责任意识、文化内涵，让自己更具道德、更为科学、更负责任的方式使用技术和参与技术活动，更有利于激发学生的学习兴趣，挖掘学生潜能，增强学生信心，培养学生的钻研精神，提高学生分析、解决问题的能力，最终获得技术知识和技能、过程和方法、情感态度价值观有机融合构成的品格和能力，更有利于学生创新思维的成长，更好地培养高中生综合能力。