浅析技术学科核心素养之工程思维

作者:未知

  摘  要 从三个方面对工程思维进行解读,通过转变教师教学方式、学生学习方式、评价方式,在高中通用技术课程教学中有效培养学生的工程思维。
  关键词 普通高中;通用技术;课程标准;核心素养;工程思维
  中图分类号:G633.67    文献标识码:B
  文章编号:1671-489X(2019)23-0108-03
  1 引言
  布鲁纳认为,在每一门学科中都存在某些广泛和强有力的适应性观念,这些观念形成学科的深层结构,也就是所谓的学科核心素养。以数学学科为例,学生在进入社会后,几乎没有什么机会去应用初高中所学过的数学知识,所学的理论知识很快就会忘掉。然而,不管之后从事什么类型的工作,被自身内化的逻辑思维、抽象思维、类比思维等数学思想无时无刻不在发生作用,使人受益终身。核心素养是一门学科的精髓和灵魂,既能指导实际教学,也会对学生的学习产生很大的帮助。
  2013年,教育部全面启动普通高中各学科课程标准的修订工作,经过全体专家两年多辛勤而富有创造性的工作,各学科课程标准修订基本完成。根据各方面的意见、建议和测试数据,专家对文本又进行数次修改,形成目前的2017年版课程标准。《普通高中通用技术课程标准(2017版)》重新诠释了通用技术课程性质和课程理念,并且在课程目标中将通用技术学科核心素养分为技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力这五个方面,希望学生学习通用技术课程后,思维品质能够得到改善,思维方式能够得到重构,问题解决能力能够提高。其中工程思维作为一个新的概念在课程标准中频繁出现,如何让学生在高中通用技术课程中形成并学会运用工程思维解决实际问题,成为一线教师亟待解决的问题。
  2 解读高中通用技术课程中的工程思维
  对大家来说,工程思维并不陌生,工程活动是社会中基础性的实践活动,每一种实践中的工程活动都伴随着一定形式的工程思维。工程思维具有很多特性,如科学性、逻辑性、集成性、可靠性和容错性等。高中通用技术课程立足于学生的个人经验和亲身经历,提倡学生在做中学和学中做,包括真实问题的解决过程,具备工程思维属性,这其中的工程思维更关注技术和工具,强调学生用技术和工具有效地解决实际问题。在高中通用技术课堂上培养学生的工程思维,首先要弄清何为通用技术课程中的工程思维,需要立足以下三点。
  工程思维是以系统分析和比较权衡为核心的一种筹划性思维  无论是实际生活中的工程活动,还是通用技术课堂上的工程活动,都是一项复杂的系统性活动。任何一个工程活动都是依据工程思维方法,都必须经历设计规划、制作实施和测试优化这三个阶段。从设计规划自己的工程开始,学生就需要对自己的工程进行系统的分析和各个层次的比较权衡,这是一个复杂的筹划性过程,整个过程都渗透着工程思维。
  工程是一个系统,其中每一个部分都是相互关联的,工程思维的系统性表现在无论是工程设计还是工程实施,都要用系统的观点来思考。解决实际问题时,系统分析的思维方式尤其重要,系统分析的目的是能够发挥系统的整体功能,从而得到解決问题的最佳决策。系统分析的一般操作步骤可以描述为:明确问题、设立目标→收集资料、制订方案→分析计算、评价比较→核验核实、作出决策。通用技术课堂上进行项目教学时,要引导学生认清项目中各个部分的紧密结合性和复杂相关性,能够逐渐学会对遇到的问题进行系统分析和比较权衡,然后作出最终的决策。
  工程思维是以解决实际问题为目标的一种指向性思维  在通用技术课堂上,要让学生明白工程的最终目的是明确的,即达到预先的设计结果或制造出符合应用要求的成品,无论是实物的制造还是原型的完成。工程思维是以解决具体问题为导向的,这个解决方法哪怕是权宜之计也没关系。理论研究带有试错性质,好比在海洋中探索,不知道会捉到一条大鱼还是一只虾米。而工程思维却截然不同,就像是海洋的深处有一条大鱼,需要考虑并应用各种办法把那条鱼捉回来,捉不回来那条大鱼,再多的努力也是徒劳。
  比如在电子控制与设计课堂上,要求学生解决一个问题:厕所灯的设计与制作。以学生的知识储备,立刻就会提出三种方案:红外线控制、声音控制和触摸控制。这时候就要启发提示学生:设计厕所灯最终想达到的目的是什么?明白后再去考虑什么样的实现方法最可能达到这个目的。学生经过讨论会总结出厕所灯的最佳状态,即白天不会亮,夜晚没人进入的时候也不会亮;当有人进入后,厕所灯会发光,而当人离开后,灯会熄灭。这是最理想的状态,既方便智能又节能省电。确定了想达到的目的,再把提出的三个方案拿出来,比较权衡看哪种方案最能达到预定的目的。
  工程思维是以价值目标为导向和以价值目的为灵魂的一种实践性思维  工程是一种价值化的实体或人为化的实体。这就决定了工程思维方式不可能是虚体思维,而只能是实体思维;但又不是一般的实体思维,而是价值化的实体思维[1]。在通用技术课堂中用工程思维解决的对象都是实实在在存在的实体。项目教学的初期阶段,学生不用考虑自己工程的优缺点和可行性,天马行空也没关系;真正到筹划阶段就需要遵循一定的价值目标,使自己的想法不致成为空想和幻想。教师最终也会依据一定的价值标准对项目完成的结果作出好坏、优劣的价值评价与判断。
  工程思维的技巧是要比生活超越一个层级去看待解决问题,从数学和物理上的权限来看待解决问题,而不是凭借直觉、想象甚至毫无逻辑的推理;直觉和常识非常有用,但由生活环境产生且缺乏认知的直觉会误导人们的认知,相反,工程思维会突破认识的局限并看清事情的本质。比如开发一个APP,工程思维关注的是需求实施的过程,包括目标、计划、方案、执行等,而一般人只会觉得就是自己下载到桌面的那一部分;实际上在工程思维的范围内,那只是很小的一部分,除了客户端还包括注册域名、购买服务器、带宽、注册开发者账号、技术选型、框架选择、服务端开发等一系列问题。所以,在通用技术课堂上要引导学生抛开传统习惯思维方式的束缚,多使用工程思维来考虑解决问题。   3 如何在高中通用技术课程教学中培养学生的工程思维
  教学方式的转变:知识本位转向素养本位  掌握某一学术领域的基本观念,不但包括掌握一般原理,还包括培养对待学习和调查研究、对待推测和预感、对待独立解决难题的可能性态度。通用技术课程旨在提高学生的技术核心素养,希望学生学习通用技术课程后,思维品质能够得到改善,技术素养能够得到提高。在一线教师意识中,通用技术是一门实践类课程,主要目的是提高学生的动手能力,所以在教学中注重的仍然是知识的应用和技巧的训练,却一直忽视学生内在品格的塑造。
  为了提高学生的技术素养,教师的教学方式必须要发生改变。从知识本位到素养本位的改变,首先要厘清知识和素养的关系,二者的关系是相辅相成的,知识是学生在学习过程中习得的,素养则是通过引出自身内化了的知识而发挥作用。知识内容很重要,而学习这些知识内容的学习方式和思维方式更为重要。教师在通用技术课堂中,不仅要让学生了解动手做的技术是什么,怎么做的技术,更重要的是要知道为何做的技术。
  在教授通用技术电子控制这一部分时,有很多的知识性内容,如色环电阻的阻值识别、电容器的容量识读、二极管三极管的引脚排列等。在以往的教学中,教师都会单独作为教学目标拿出来讲授,要求学生熟悉记牢。而教学方式从知识本位转向素养本位更注重的是学生在设计控制系统时考虑问题的方式也就是思维方式。在网络或书本上可以查到的知识性内容没有必要让学生死记硬背,而是蕴含在设计制作控制系统的真实情境中。目的并不是让学生知道某一知识的特性和内容,而是培养学生在今后的人生中可以无意识提取使用的思维品质。
  学习方式的转变:浅层学习转向深层学习  通用技术课堂中的学习和语文、数学、英语等考试学科不同,它不是教师单向传递知识的活动,也不是单纯记忆知识的活动,而是通过师生之间的交互作用,在实际的体验过程中展开知识探究,让学生掌握学习方法的活动。而培养学生的工程思维不是浅层的知识学习可以实现的,钟启泉教授提出深度学习,需要通过“问题产生”“问题分享”“问题深化”展开学习,才能进一步深化问题、产生新的可能,形成可持续学习。
  那么在通用技术探究式教学过程中,问题如何产生,进而怎样深化问题,都是学生要一步步慢慢掌握的。这就需要教师不断引导和强化,可以采用两种方式。
  一是教师设计好项目设计计划书,在项目产生前发给学生。项目设计计划书中包括项目产生的背景、创意创新点、采用的技术方案、与同类事物相比的不同点和优点等,并鼓励附上草图,要求标明各个组成部分的名称和作用。
  二是在工程项目设计制作过程中,引导学生学会自我六问。①如何解决问题?②如何更好更快更新地解决问题?③有没有别的没尝试过的解决问题的辦法?④如何避免走弯路?⑤参数的变化是否影响结论?如果不影响,不去较真。⑥关注最本质的、最重要的东西,相对较少关注表面的东西,比如排版设计、行间距等,整齐即可。
  以上文提及的厕所灯的设计制作为例,学生进行自我六问。①怎样能实现厕所灯智能又节能?②除了光控、声控等方法外,还有更好的解决方法吗?③尝试下红外线传感器的灵敏度是否比声控更加方便?④在黑暗中进入厕所可能会找不到触摸开关,直接把触摸控制排除,不再尝试。⑤光敏电阻中参数的变化是否影响厕所灯对光线的感应度呢?⑥最本质、最重要的是要实现智能和节能,是否方便安装、是否美观暂时不需要去关注。
  评价方式的转变:课内评价转向课赛结合  以往通用技术教学中的评价方式一般分为过程性评价、结果性评价或者两者结合。过程性评价主要以学生在完成项目的过程中的表现作为评价对象,而不去过多关注最终的结果。而结果性评价主要以最终项目的完成情况作为对象。两者结合的方式用得比较多,最终的课程成绩中两者各占一定的比例。随着创客和STEM教育的兴起,笔者所在学校开始探究用“课赛结合”的方式作为课程的评价方式。学生在江苏省科技创新大赛中获得很好的成绩,而学生的作品大部分是在通用技术课堂上酝酿出雏形而后完善成型的。
  从课程方面来看,“课赛结合”更好地将必修和选修结合起来,根据比赛的要求,在课堂上能更有针对性地学习,逐渐将通用技术知识内化成为自身的技术素养。从学生方面来看,以赛促学,以学促赛,课赛结合,通过比赛让学生能够接触更多平时在学校里接触不到的创意和技术,结合比赛学习通用技术更有目标性和动力,并且学以致用,提高了学生的动手能力,系统分析和比较权衡的工程思维方式也潜移默化地得到提升改善。
  参考文献
  [1]王荣良.信息技术课程之工程思维辨析[J].中国教育技术装备,2012(21):24-26.
  [2]徐长福.理论思维与工程思维[M].重庆:重庆出版社,
  2003:42-43.
  [3]李松林,杨静.基于学科思想方法的整合性教学研究[J].中国教育学刊,2011(1):43-46.
  [4]钟启泉.从“知识本位”转向“素养本位”[N].北京:中国教育报,2017-11-15(05).
  [5]钟柏昌,李艺.信息技术课程内容组织的三层架构[J].电化教育研究,2012(5):17-21,35.
  作者:王子,江苏省锡山高级中学(214174)。
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