“系统及其设计”单元教学设计与实践

汤磊

摘要： 通用技术课程“系统及其设计”单元教学中基于学生现实生活中遇到的真实问题，设计任务活动，以问题串的方式进行教学。学生在项目开展和实施中深化了对系统内涵的认知。知识线、情境线、活动线贯穿教学全过程，循序推进，能帮助学生构建通用技术学科知识体系，促使学生系统分析和比较权衡的筹划性思维得以形成，学科核心素养得到发展。

关键词： 单元教学  系统及其设计  教学设计

通用技术《技术与设计2》必修模块中“系统及其设计”单元需要学生理解系统的含义、基本构成及主要特性；学会系统设计的基本方法，分析影响系统优化的因素；初步学会系统设计的基本方法，增强系统思考和工程思维的能力。

“系统及其设计”单元，主题情境以“疫情期间，为了尽量避免接触，家长不能进入校园，看着返校日校门口同学们手上的大包、小包，你是否想到尝试去设计一款能帮助他们完成从校门口到宿舍楼进行物资运送的智能车，以减轻他们的负担？”为切入点。高二学生具有一定的知识储备，对于技术已经有了初步的认识，但是系统分析、比较权衡的筹划性思维欠缺。教学中设置了源于生活的三个技术问题，从而形成了系列性学习活动，成为学 习本单元内容的最好切入口，同时也为本单元深度学习打下了关键支撑。本单 元的学习内容涵盖了通用技术学科核心素养的五个方面，但在工程思维素养方面更为侧重。

一、主题内容分析

（一）核心概念

通用技术《技术与设计2》模块“系统及其设计”单元的核心概念如图1所示。本单元主要包含系统及其构成、系统分析与设计、系统设计的优化与实现三个部分。学生的学习是从系统理解开始的，学生需要理解系统的内涵、系统分析的过程、系统分析的方法和最优方法等核心概念。通过单元核心概念的深入学习，学生能把握系统的特性，形成基本系统思想，学会用最优方法解决系统问题，在有效系统分析的基础上进行系统设计。

（二）内容主线

“系统及其设计”单元教学内容的主线如图2所示。通过本单元的学习，学生实现了从认识系统、分析系统、设计系统、优化系统，最后实现系统的层层推进，逐步深入。本模块旨在帮助学生领悟系统思想和方法的丰富内涵，让学生学会运用所学的系统的思想和方法来解决日常生活和学习中遇到的技术问题，减少问题处理中的障碍，学会理性分析和科学决策。

（三）教学过程

本单元的教学流程图如图3所示。以“自动物资运送智能车系统设计”为主题，情境线、活动线和知识线三条主线贯穿的方式开展教学。教学中情境线创设了“孙宇同学萌发为同学设计校园物资运送智能车，探究常见的自动小车”“分析收集的小车，发现这些小车不能满足自动运送货物需求后，和同学一起在现有研究的基础上独立设计适合运送货物的智能车”“对运送货物智能车进行优化与实现”等问题情境，引导学生进入教学内容学习，将知识的学习融入真实的问题情境和问题解决中，并循序渐进展开，学生在兴趣的引导下达到本单元课程学习的要求。活动线中让学生进行“小车的安装、调试与探究”“用系统的方法分析小车”“团队讨论并构思智能车系统设计模型”“对设计方案进行优化和实现”等技术实验、案例分析、系统建模、模拟测试活动，将知识学习和学生实践活动相融合，“学中做，做中学”，充分体现通用技术学科倡导的合作学习、实践学习等新课程理念。知识线中带领学生从系统的组成、分析、设计、优化和实现入手，让学生系统掌握本单元的核心知识点，为学生处理系统技术问题打下基础，并让学生在活动中加深和迁移所学知识。

（四）主题学情分析

教师分析学生已有的知识、经验，可以是着眼单元整体描述学情，也可以是课时学情分析的概括。

高二学生通过通用技术必修一内容的学习对技术和设计有了一个全新的认识。通用技术必修二“系统及其设计”的学习是“结构”和“流程”专题学习的延伸和拓展，同时也为第四单元“控制及其设计”的学习做好铺垫。大多数学生缺乏系统分析、比较权衡的筹划性思维，其是通用技术学科的核心要素，是本单元的教学需要达成要素之一。教学中设置了源于生活的三个技术问题：（1）探究常见自动小车系统；（2）校园物资运送智能车的系统分析与设计；（3）校园物资运送智能车系统的优化与实现。设计系列性学习活动可以提升学生学习系统知识的积极性，也使得学习更具有整体性和连贯性。

（五）开放性学习环境

通用技术专用实践室：教学白板、智慧教育平台、软件及课件。

“项目实践”准备：小车套装若干套、校园物资运送智能车套装若干套、模拟场地一套、螺丝刀、电池等。

二、单元学习目标

（一）目标确定依据

课程标准中对本章的要求有两点：

（1）从技术应用的角度理解系统的含义、基本构成及主要特性，结合实例学会系统分析的基本方法。

（2）通过技术探究，分析影响系统优化的因素，并通过对简单系统的设计实践，初步学会简单系统设计的基本方法，增强系统思考和工程思维的能力。

根据课程标准内容要求，本章承载的学科核心素养主要是“素养2——工程思维”，通過教学应达到如下水平：

水平 1——了解比较、权衡、优化等系统分析的方法；感知系统和工程现象，理解系统的基本特性，形成初步的工程意识与思维。

水平 2——总结归纳出系统设计的方法，并能运用系统、结构、流程等原理和系统分析方法，进行简单的技术设计活动；能确定一个生活或生产中的简单对象，分析影响系统的因素。

为落实技术核心素养培养的课程目标，基于课程标准要求，本章三节内容围绕着“校园物资运送智能车”这一主题情境安排了六个活动。第一节“系统及其特性”以“孙宇同学萌发为同学设计校园物资运送智能车，探究常见的自动小车”为情境导入，设计了“探究常见自动小车的系统组成”任务，此任务设计两个活动，活动1：调试、观察自动小车，认识系统、子系统及其组成。活动2：探究自动小车系统的基本特性。第二节“系统分析与设计”以“分析收集的小车，发现这些小车不能满足自动运送货物需求后，和同学一起在现有研究的基础上独立设计适合运送货物智能车”为情境导入，设计了“校园物资运送智能车的系统”任务，此任务设计两个活动，活动1：分析校园物资运送智能车系统。活动2：构思设计校园物资运送智能车系统。第三节“系统设计的优化与实现”以“对运送货物小车进行优化与实现”为情境导入，设计了“运送货物小车系统的优化与方案实现”任务，此任务设计两个活动，活动1：校园物资运送智能车系统的优化。活动2：校园物资运送智能车系统方案的实现。

（二）单元学习目标

（1）通过技术实践活动，能从技术的应用角度阐明系统的含义及基本构成。

（2）通过技术案例分析，能从应用的角度归纳系统的基本特性。

（3）通过案例分析和讨论，说出系统分析的一般过程，归纳系统分析的基本方法。

（4）经历简单系统的设计过程，概述系统设计应考虑的主要问题及一般步骤。

（5）经历简单系统设计方案的优化过程，阐明系统优化的意义，探究影响系统优化的因素。

（6）经历简单系统设计方案的实现，概述系统设计的基本方法，增强系统与工程思维的能力。

（三）单元学习策略

采用真实情境下大概念引领大项目的项目教学策略。如图4所示，通过情境导入、任务引领、问题嵌入、活动贯穿，最后评价量化的方式开展基于项目的通用技术教学活动。

三、单元设计思路

如图5所示，是校园物资运送智能车系统设计整体思路。教学的过程中，教师通过创设单元整体教学情境，带领学生进入系统相关知识的学习。设计本单元系列性教学活动，活动设计具有连贯性和关联性，能有效突破教学中的重难点，让学生在“知识”“实践”的切换和融合中，达到预期的学习表现期望，实现本单元通用技术学科核心素养培养目标。

四、单元教学总结与反思

本单元基于学生现实生活中遇到的真实问题创设教学情境，进行技术设计与制作。项目载体的选择经过慎重考虑，起初设计方案有风能小车、飞机模型、手电筒、桌面垃圾桶等教学情境，最终在真实世界的真实问题背景下被一一否定，选择了同学们在学校现实生活中遇到的真实问题。

采用任务引领、问题串的方式进行教学，学生在项目开展和实施中不知不觉间实现知识传递、迁移和融合，深化了他们对系统内涵的认识，实现认识、分析、设计、优化系统等本单元核心知识的学习。知识线、情境线、活动线贯穿教学过程，循序推进，构建学科核心知识。结合物资运送智能车系统的设计与实现，学生亲历系统实现的整个过程，充分体现了通用技术学科提倡的“做中学，学中做”的理念，提高了学生的创新精神和实践能力。通过本单元学习，学生技术意识增强，工程思维提升，创新设计能力提高，图样表达准确，物化能力发展，同时也提高了学生团队协作能力和交流表达能力，很好地实现了课程单元教学目标。

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参考文献：

[1]顾建军，吴铁军等.普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）解读［M］.北京：高等教育出版社，2020.

[2]顾建军.普通高中通用技术课程标准（2017 年版）解读［M］.北京：高等教育出版社，2018.

责任编辑：赵潇晗