STEM教育下的通用技術(shù)課程教學(xué)模式
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摘要：stem教育具有跨學(xué)科性、協(xié)作性、實踐性、規(guī)范性、藝術(shù)性等特征，由此，STEM教育理念下的通用技術(shù)課程教學(xué)，應(yīng)以學(xué)生為中心，分五個步驟進行：一是設(shè)計基于真實問題的教學(xué)情境，二是提出問題，三是學(xué)生進行探究、協(xié)作式學(xué)習，四是教師引導(dǎo)學(xué)生進行知識建構(gòu)，五是實踐解決問題。
關(guān)鍵詞：STEM教育；通用技術(shù)課程；教學(xué)模型；教學(xué)設(shè)計
STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）的縮寫，是一種融合該四門學(xué)科的教育，旨在培養(yǎng)同時具有四門學(xué)科知識與能力的復(fù)合型人才。通用技術(shù)作為一門在高中階段開設(shè)的基礎(chǔ)技術(shù)性課程，對學(xué)生的動手能力與創(chuàng)新思維的鍛煉具有重要價值。
一、STEM教育的主要特性
STEM教育的提出，離不開各學(xué)科的本質(zhì)屬性以及四門學(xué)科融合形成的統(tǒng)一的整體屬性，其在研究與實踐的過程中會呈現(xiàn)出跨學(xué)科性、實踐性、協(xié)作性、豐富性、規(guī)范性等特性。
（一）跨學(xué)科性
STEM教育的跨學(xué)科性首先體現(xiàn)在形式上，它是由四門學(xué)科交叉融合而成的，在理論研究或?qū)嵺`運用時往往會由一個學(xué)科跨到另一個或多個學(xué)科。STEM教育的跨學(xué)科性，要求學(xué)習者對科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的知識與能力進行綜合把握，培養(yǎng)出具有科學(xué)的眼光、嚴密的邏輯思維、創(chuàng)新的實驗設(shè)計、有效解決問題的綜合性人才。實行分科制度的傳統(tǒng)教育，在一定程度上能夠使學(xué)習者在該領(lǐng)域進行潛心、深入的學(xué)習，但這種教育使得學(xué)科與學(xué)科之間、學(xué)科與真實世界之間產(chǎn)生了隔閡，學(xué)生具有的這種單一學(xué)科的能力，不足以解決復(fù)雜多樣的實際問題。STEM教育以跨學(xué)科融合的理念為指導(dǎo)，使學(xué)習者掌握解決問題的多種思維與綜合能力，直面和解決復(fù)雜多變的真實問題。在這個過程中，學(xué)習者可以靈活選取解決問題的學(xué)科知識，在解決問題的過程中強化知識應(yīng)用、加深知識理解。這種跨學(xué)科融合的教育方式，滿足了學(xué)生解決實際問題的需要，而且通過多學(xué)科的視角來看待與分析問題，對學(xué)生的綜合性思維有所鍛煉，有利于學(xué)生更好地適應(yīng)未來。
（二）協(xié)作性
STEM教育往往會直面真實問題，而真實問題往往是復(fù)雜多變、難以解決的。因此，學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師、教師與教師之間需要進行有效的協(xié)作交流，才能順利解決此類問題。學(xué)生與學(xué)生之間分成小組，根據(jù)問題在小組內(nèi)進行資料的收集、整理與分析，提出可行性假設(shè)，并進行實驗驗證；同時對其中面臨的難題進行討論交流，確定有效解決問題的實施方法。STEM教育的協(xié)作性，要求學(xué)習環(huán)境至少包含“協(xié)作”和“會話”兩個要素，使學(xué)生與學(xué)生之間形成一種特定的伙伴關(guān)系，從而有效地解決問題。教師在學(xué)習活動中作為組織者與引導(dǎo)者，主要負責教學(xué)活動的設(shè)計與疑難問題的解答。學(xué)生與教師之間的協(xié)作，主要表現(xiàn)在教師與學(xué)生共同解決困難問題或教師指導(dǎo)學(xué)生解決困難問題。這種協(xié)作關(guān)系有助于教師掌握學(xué)習者的學(xué)習情況，促使教師在教學(xué)或?qū)嵺`過程中更好地扮演自己的角色，提高教學(xué)效益。同時，STEM教育面臨的真實問題，依靠單一學(xué)科往往不能有效解決，需要不同學(xué)科的教師協(xié)作互助，不同教師所擁有的豐富的學(xué)科知識，使他們在遇到真實問題時，能夠較為容易地發(fā)現(xiàn)問題實質(zhì)，并能從不同側(cè)面綜合地解決這一問題。
（三）實踐性
STEM教育在具體實施過程中，通常采用基于問題解決的方式開展教學(xué)活動?；趩栴}解決的學(xué)習方式，要求學(xué)習者具有較強的動手實踐能力，因此，STEM教育具有實踐性的特征。STEM教育中的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四門學(xué)科，均是基于真實問題的學(xué)科，強調(diào)通過學(xué)習獲得問題解決能力與創(chuàng)新能力，進而動手實踐解決真實問題。在學(xué)習過程中，學(xué)習者在教師設(shè)計的學(xué)習環(huán)境中，應(yīng)用所學(xué)學(xué)科知識進行問題分析、方案設(shè)計、知識建構(gòu)、動手實踐等來解決問題。一方面，學(xué)習者在參與問題解決的過程中，通過實踐獲取的不僅是結(jié)果性知識，更多的是過程性知識；另一方面，動手實踐的機會能讓學(xué)習者感受到所學(xué)知識的實用性，能激發(fā)出更為濃厚的學(xué)習興趣。例如PLTW（ProjectLeadTheWay）機構(gòu)開發(fā)的《技術(shù)之門》課程，通過向?qū)W習者提供“電子魔力”的實踐活動，希望學(xué)習者了解電子與社會生活的緊密關(guān)系。這種通過參與解決真實問題來獲取知識的學(xué)習方式，使學(xué)習者體會到知識與生活的密切聯(lián)系，對以后的學(xué)習具有深遠意義。
（四）規(guī)范性
STEM教育中所包含的四門學(xué)科，均具有嚴密的邏輯思維與科學(xué)規(guī)范的特征，因此在進行問題分析、方案設(shè)計、假設(shè)驗證時，要特別注意規(guī)范性。在教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)的眼光審視問題，用科學(xué)的實驗研究方法分析問題，用科學(xué)與數(shù)學(xué)的嚴密思維設(shè)計假設(shè)，用科學(xué)與工程的手段驗證假設(shè)，用規(guī)范的工程設(shè)計解決問題……這一系列過程，均要在規(guī)范的操作下進行，才能幫助學(xué)習者認識事物的客觀規(guī)律與發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)。學(xué)生在掌握了規(guī)范性這一特征后，在面對真實問題時，才能有條不紊地按照科學(xué)的方法與步驟去解決問題。
（五）藝術(shù)性
隨著研究的深入，部分研究者在STEM教育中加入“藝術(shù)”（Art）學(xué)科，提出了STEAM教育，由此看來，STEM教育在其深層次上具有藝術(shù)性的特征。STEM教育的藝術(shù)性，要求教師在教學(xué)過程中不能只用嚴謹晦澀的語言或材料進行教學(xué)，而應(yīng)在其中穿插一些人文藝術(shù)內(nèi)容，這樣不僅能使學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生興趣，避免課堂的乏味，也能使學(xué)生對自然科學(xué)了解得更為全面透徹。例如，在進行技術(shù)知識的教學(xué)過程中，可以適當講解技術(shù)的起源、現(xiàn)狀、前景以及一些應(yīng)用中的案例，以此激發(fā)學(xué)習者的興趣，促進學(xué)習者將知識與實際問題聯(lián)系起來。STEM教育的藝術(shù)性，除了能促使學(xué)生有效解決問題外，還可以在設(shè)計的方案、最終的成果等方面提升藝術(shù)感與美感，培養(yǎng)學(xué)生的審美情趣。
二、STEM教育理念下的通用技術(shù)教學(xué)模式
通用技術(shù)(GeneralTechnology)，是指在日常生活中廣泛運用，并且對未來的發(fā)展具有指導(dǎo)意義和價值的技術(shù)，具有基礎(chǔ)性強、通用性廣泛、價值性高等特點。在普通高中教育階段，通用技術(shù)課程要實現(xiàn)以下目標：一是，關(guān)注全體學(xué)生的發(fā)展，著力提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)；二是，注重學(xué)生創(chuàng)造潛能的開發(fā)，加強學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)；三是，立足科學(xué)、技術(shù)、社會的視野，加強人文素養(yǎng)的教育。通用技術(shù)課程的教學(xué)目標與STEM教育的理念有一定的相似之處，在STEM教育理念的啟發(fā)下構(gòu)建了以下教學(xué)模式：STEM教育理念下的課堂以學(xué)生為中心，在基于真實問題的教學(xué)情境中，教師提出具體問題，學(xué)生分成小組，運用STEM教育中的學(xué)科知識進行探究、協(xié)作式學(xué)習，學(xué)生通過問題分析、資料收集、交流探討，設(shè)計出解決問題的方案。教師在此過程中引導(dǎo)學(xué)生完成對知識的建構(gòu)，最終落實到實踐，完成問題的解決。通用技術(shù)是一門高度綜合的課程，是對學(xué)科體系的超越，它強調(diào)各學(xué)科、各方面知識的聯(lián)系和綜合運用。結(jié)合STEM教育的特性及以上教學(xué)模式，可將教學(xué)過程分為以下五個步驟：①教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系實際問題，設(shè)計出便于學(xué)生理解的教學(xué)情境；②教師根據(jù)教學(xué)情境，提出適合學(xué)生難度的問題；③學(xué)生分成小組，運用STEM教育中的學(xué)科知識進行探究、協(xié)作式學(xué)習；④教師在學(xué)生探究與協(xié)作學(xué)習的過程中給予學(xué)生幫助，引導(dǎo)學(xué)生進行知識的建構(gòu)；⑤學(xué)生依據(jù)解決問題的方案，動手實踐以解決問題。根據(jù)教學(xué)步驟，筆者以廣東科技出版社《通用技術(shù)》（必修1）技術(shù)與設(shè)計1第四章中的“自動開關(guān)控制電路的制作實踐”為例，設(shè)計以下教學(xué)過程：第一步，設(shè)計基于真實問題的教學(xué)情境。以生活中的實際問題引入，不僅能激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習興趣，也能使學(xué)生認識到知識與生活的緊密聯(lián)系，進而帶著激情進入課堂學(xué)習。某某小區(qū)的路燈壞了，已知問題位于自動開關(guān)控制電路，請同學(xué)們設(shè)計一個自動開關(guān)控制電路，并利用已有材料進行電路板安裝，替換出現(xiàn)問題的控制電路，使路燈能正常工作。第二步，教師提出問題。本節(jié)內(nèi)容為“自動開關(guān)控制電路的制作與實踐”，電路圖的設(shè)計、電路板的安裝與焊接，以及最終實踐使路燈按需點亮，是本節(jié)課的主要任務(wù)。在真實情境中提出問題，能使學(xué)生在課堂中充滿激情與干勁，帶著解決問題的決心開始課程學(xué)習。第三步，學(xué)生進行探究、協(xié)作式學(xué)習。學(xué)生分成小組，在完成課本知識的學(xué)習與資料的收集、整理后，大部分學(xué)生對自動開關(guān)控制電路有一定了解。在此基礎(chǔ)上教師拋出第一個問題：設(shè)計出能解決問題的電路圖。小組內(nèi)經(jīng)過討論交流能設(shè)計出較為簡單的電路圖，教師對此電路圖進行指導(dǎo)并提出優(yōu)化建議，讓學(xué)生進一步探究，并且在小組內(nèi)與小組間進行充分交流，最終設(shè)計出所需的電路圖。在此基礎(chǔ)上，教師拋出第二個問題：依據(jù)本組設(shè)計的電路圖，進行電路板的安裝與焊接。學(xué)生進一步交流探討，完成電路板的安裝與焊接，電路裝好后接上安全電源進行試驗。在此環(huán)節(jié)中，學(xué)生在STEM教育理念下進行探究、協(xié)作式學(xué)習，教師應(yīng)特別注意避免直接告訴學(xué)生應(yīng)該怎么做，而要引導(dǎo)學(xué)生進行思考、探究、討論，自行解決問題。第四步，教師引導(dǎo)學(xué)生進行知識建構(gòu)。學(xué)生進行電路試驗，實驗現(xiàn)象為：當光線較暗時，光敏電阻阻值變大，繼電器吸合，電燈開關(guān)接通，燈泡點亮；當光線較強時，光敏電阻阻值減小，繼電器釋放，電燈開關(guān)斷開，燈泡熄滅。在此過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生完成對以下知識的建構(gòu)：硫化鎘（CdS）光敏電阻是電路的關(guān)鍵元件，在暗光條件下阻值可達10MΩ，在強光條件下僅為幾千Ω；電路中R1選用47kΩ的可調(diào)節(jié)電阻；工作電壓為12V；電路中的二極管是為了保護三極管而設(shè)立的；焊接時先焊接二極管和可變電阻器，再焊接三極管和繼電器，最后連接光敏電阻和電源線。學(xué)生建構(gòu)的此類知識與生活聯(lián)系緊密，有利于學(xué)生的牢固掌握與解決生活中的實際問題。第五步，實踐解決問題。教師將各組同學(xué)安裝好的電路板，交由路燈維修人員，由路燈維修人員更換壞掉的自動開關(guān)控制電路，最終完成問題的解決任務(wù)。在發(fā)現(xiàn)自己動手解決實際問題后，學(xué)生能體會到知識與生活的緊密聯(lián)系，對所學(xué)知識掌握得更為牢固，也會期待下一次的學(xué)習。STEM教育注重學(xué)生在真實的問題情境下運用跨學(xué)科的綜合能力來解決問題，知識的情境化與聯(lián)系性，是當今教育改革的熱點，在通用技術(shù)課程中運用STEM教育理念，是該門課程教學(xué)探索的一種新視角，值得廣大一線教師關(guān)注。
作者:胡翰林 單位:西華師范大學(xué)教育學(xué)院