對技術(shù)學(xué)科教學(xué)整合的探索及思考

錢洪鋒

摘 要： 當(dāng)今社會對高中學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)能力的新要求、學(xué)生個性發(fā)展對技術(shù)學(xué)科的渴望、高考新政策對技術(shù)學(xué)科的新變化，都給技術(shù)學(xué)科帶來挑戰(zhàn)和機遇，同時面臨更多新問題，本文從技術(shù)學(xué)科整合的角度，以建構(gòu)主義、多元化學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，采用具體實踐、個案研究的方法，提出以機器人為載體進行技術(shù)學(xué)科整合的探索和思考。

關(guān)鍵詞： 機器人 技術(shù)學(xué)科 教學(xué)整合

浙江省高考高考改革試點方案于9月19日正式向社會公布，試點改革將從2014屆新入學(xué)高中新生開始，至2017年全面實施。方案提出，考試科目分必考科目和選考科目，必考科目為語數(shù)外，選考科目由考生在思想政治、歷史、地理、物理、化學(xué)、生物、技術(shù)7門高中學(xué)考科目中自主選擇3門，其中技術(shù)學(xué)科包含信息、通用兩門學(xué)科。技術(shù)的概念，在通用技術(shù)課課程計劃中，對技術(shù)的定義是指利用科學(xué)知識改造自然的一切手段的總和，那么信息技術(shù)也當(dāng)然可以包括在內(nèi)，所以將兩門學(xué)科合二為一是有據(jù)可依的，實際上通用技術(shù)課程中已經(jīng)包含《電子控制技術(shù)》、《簡易機器人制作》等與信息技術(shù)密切相關(guān)的選修內(nèi)容。兩門學(xué)科在教學(xué)內(nèi)容上看似大不相同，但其實有很多交集。筆者作為一線教師，分別擔(dān)任過多年的信息技術(shù)和通用技術(shù)的教學(xué)工作，在新高考改革方案出臺后，一直在思考如何才能讓信息和通用在教學(xué)中有機統(tǒng)一起來。這是技術(shù)教學(xué)的需要，也是新高考的需要，只有讓兩門學(xué)科教學(xué)有機整合起來，才更有利于課程的發(fā)展，更有利于教師的課堂教學(xué)，更有利于學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)。

一、新形勢下技術(shù)學(xué)科所處的背景

1.社會對學(xué)生掌握一定技術(shù)能力的要求。如今，技術(shù)深刻影響我們的生活方式，同時是推動社會發(fā)展的重要力量，然而，許多案例表明，面對技術(shù)高速發(fā)展的今天，中學(xué)生對技術(shù)缺乏基本了解，尤其對于日常生活中的技術(shù)缺乏必要的應(yīng)對能力，迫切需要掌握一些與日常生活相關(guān)、與時代接軌的技術(shù)能力。

2.新高考形勢對技術(shù)學(xué)科的需求。浙江省新高考改革方案的實施，對技術(shù)學(xué)科學(xué)習(xí)提出了更高的要求，即學(xué)生不但要完成學(xué)業(yè)水平考試，還要參加技術(shù)學(xué)科的高考。

3.學(xué)生個體發(fā)展對技術(shù)學(xué)科的要求。根據(jù)多元智能理論，很多學(xué)生具有動作技能、操作技能、技術(shù)思維方面的潛能和優(yōu)勢。他們喜歡技術(shù)學(xué)科，并且有技術(shù)方面的特長和天賦，因為技術(shù)學(xué)科使得他們的個性得到發(fā)展，一些傳統(tǒng)意義上的后進生，會因為技術(shù)而重新產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。對他們來說技術(shù)課程完全可以塑造一個全新的人生，一個更快樂的人生。

二、新形勢下技術(shù)學(xué)科所面臨的問題

在上述三個不同層面考慮的背景環(huán)境下，技術(shù)學(xué)科的教學(xué)會出現(xiàn)新問題，筆者從學(xué)校、教師和學(xué)生三個維度說明面臨的難題。

1.學(xué)校對于教學(xué)工作安排、教學(xué)質(zhì)量監(jiān)管和控制的難題。其一，按照學(xué)校以往教學(xué)工安排，信息技術(shù)在高一開設(shè)，每周2個課時，通用技術(shù)在高二開設(shè)，每周2個課時，但是，由于2014屆高一新生在高一學(xué)期結(jié)束時就必須進行高考選考科目的選課，學(xué)生對于技術(shù)學(xué)科了解只是建立在信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，無法對技術(shù)學(xué)科有一個全局性的了解。其二，若各個學(xué)校把信息和通用均合并為技術(shù)安排到高一開設(shè)，又涉及授課教師的問題，是讓兩門課的教師各教各的課，還是同一教師既教通用又教信息？其三，在今后的學(xué)業(yè)水平考試和高考中，技術(shù)是作為單獨一門課程出卷的，那么，如何衡量通用和信息的教學(xué)質(zhì)量？其四，作為高考選考科目，到了高二和高三技術(shù)學(xué)科的課程設(shè)置必然也是會存在的，技術(shù)課程教學(xué)怎么處理？

2.教師對于技術(shù)學(xué)科差異化掌握的難題。在外界看來，現(xiàn)在技術(shù)成了統(tǒng)一的一門學(xué)科，教師如何把握、理解信息和通用兩門不同課程間的差異、特點和價值，最好的方法是把它們當(dāng)做一門課程教，但這需要教師具備一定的專業(yè)知識。目前為止，絕大部分教師對于信息、通用二者學(xué)科之間的特點、共同點、差異點是說不清楚的。

3.學(xué)生對技術(shù)學(xué)科如何正確認(rèn)知的難題。任何一門學(xué)科，總會有一個鮮明的標(biāo)簽，比如物理學(xué)科，它雖然有不同的模塊內(nèi)容，如力學(xué)、電學(xué)等內(nèi)容，但這些包含“運動”、“速度”等元素，這些元素把物理的各個模塊內(nèi)容整合起來，這些元素就是物理的標(biāo)簽，反觀技術(shù)學(xué)科，迄今為止好像并沒有貫穿二者的標(biāo)簽，這就像是一道巨大的鴻溝攔在信息技術(shù)和通用技術(shù)兩門課程中間，學(xué)生認(rèn)為丁是丁、卯就是卯，而怎樣讓丁卯結(jié)合，讓技術(shù)學(xué)科也有一些元素、一些載體、一些特有的標(biāo)簽，讓信息和通用有機結(jié)合，無縫整合，讓學(xué)生認(rèn)識到技術(shù)學(xué)科是一門整體的學(xué)科，這是一個難題。

三、以機器人為載體進行學(xué)科教學(xué)整合的實施思想

筆者工作中曾接觸不少品牌的機器人，如納英特、中鳴、樂高、Arduino等，某些學(xué)校也開設(shè)了該課程，但很多都是以選修課的形式出現(xiàn)的，主要以學(xué)習(xí)信息技術(shù)中的算法為主，如果在機器人教學(xué)中引入通用技術(shù)中的系統(tǒng)、控制、設(shè)計、分析、實踐、試驗等概念及內(nèi)容，并與信息技術(shù)相結(jié)合，是非常有用而且有價值的，也是整合的意義所在。而且以機器人為載體，對技術(shù)學(xué)科教學(xué)整合的想法不是無的放矢。

1.符合建構(gòu)主義理論。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)過程是人們的認(rèn)知思維活動的主動建構(gòu)的過程，是人們通過原有的生活經(jīng)驗與外界信息進行交互活動以獲取、建構(gòu)新知識的過程。機器人教學(xué)僅憑教師的講授是無法能完成各項教學(xué)任務(wù)的，需要學(xué)生自己主動學(xué)習(xí)和操作。學(xué)生與教師、與載體之間的交互活動的行為和知識技能的獲取方式符合建構(gòu)主義理論。

2.符合以學(xué)為中心的理論。學(xué)為中心理論指出，在教學(xué)過程中應(yīng)該以學(xué)生為中心，突出學(xué)生的主體地位，在機器人為載體的技術(shù)學(xué)科教學(xué)中要采取多種如協(xié)作式、個別化、小組討論等教學(xué)形式，學(xué)生可以控制并管理自己的學(xué)習(xí)活動，這是學(xué)為中心的顯著特點。

3.符合學(xué)生多元學(xué)習(xí)的需求。以機器人為載體的學(xué)科整合，包含多元化的學(xué)習(xí)內(nèi)容和技能，根據(jù)加德納的多元智能理論，發(fā)現(xiàn)機器人的設(shè)計教學(xué)可以包含多元智能理論中空間、內(nèi)省智能的學(xué)習(xí)，而在機器人的程序設(shè)計教學(xué)又提供了邏輯智能的學(xué)習(xí)，采取不同形式的教學(xué)方式如合作學(xué)習(xí)、探索學(xué)習(xí)又給學(xué)生創(chuàng)造學(xué)習(xí)人際、存在、自然探索等智能的機會。

4.符合技術(shù)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)。普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)提出，技術(shù)是一門立足實踐、高度綜合、注重創(chuàng)造、科學(xué)與人文相融合的課程，機器人教學(xué)具有知識內(nèi)容具體化、操作性強、可拓展、團隊合作、多種學(xué)科知識融合的特點，非常符合新技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)提出的要求。

四、以機器人為載體進行學(xué)科教學(xué)整合的具體分析

要對信息、通用進行融合，可以選擇很多路徑，而機器人教學(xué)的特點讓它更好地為兩門課程的整合服務(wù)。

1.時代性。機器人技術(shù)毫無疑問是未來整個社會的戰(zhàn)略性高技術(shù)，充滿機遇和挑戰(zhàn)，我國相對于西方國家起步較晚，在現(xiàn)階段的高中學(xué)習(xí)階段引入機器人教學(xué)是有前瞻性和時代意義的。

2.相關(guān)性。機器人教學(xué)涉及內(nèi)容非常廣，與此相關(guān)的學(xué)科內(nèi)容也較多，但主要集中在硬件和軟件，這與信息技術(shù)和通用技術(shù)密切相關(guān)，設(shè)計與技術(shù)、算法與設(shè)計等都與機器人的聯(lián)系非常緊密。

3.契合性。機器人教學(xué)可以說和技術(shù)學(xué)科高度契合，它的教學(xué)內(nèi)容涵蓋信息和通用學(xué)科的所有領(lǐng)域。

4.可操作性。其一是現(xiàn)在出現(xiàn)的如Arduino開放式機器人，它的設(shè)計、成本都大大簡化和降低，這為機器人走近課堂，成為一個常規(guī)教學(xué)工具奠定可操作的基礎(chǔ)。其二是機器人教學(xué)要求學(xué)生有很強的創(chuàng)新能力和實踐動手能力，這都需要學(xué)生在親身操作中實現(xiàn)，對于程序的編寫，也需要利用機器人這個載體進行調(diào)試和試驗，教學(xué)中實踐、操作、探索、研究、合作、體驗等都會得到體現(xiàn)，操作性強，實際效果好。

五、以機器人為載體進行技術(shù)學(xué)科教學(xué)整合的可行性操作

既然機器人教學(xué)涵蓋信息和通用技術(shù)所有內(nèi)容，那么在實際教學(xué)過程中教師又該如何利用這一載體，為技術(shù)學(xué)科的教學(xué)服務(wù)？筆者以爬樓梯機器人為例，闡述在教學(xué)中的探索及研究。

1.以機器人為載體教學(xué)是進行技術(shù)學(xué)科整合的充分必要條件。（1）機器人作為教學(xué)工具的天然優(yōu)勢。機器人作為載體，首先必須是能夠成為一個教學(xué)工具。如何承擔(dān)起技術(shù)學(xué)科整合的任務(wù)？這就需要我們從機器人的結(jié)構(gòu)說起，為了方便大家理解，我用它與人的關(guān)系一一列舉。

從機器人的結(jié)構(gòu)就能看出，其一，機器人具有可分解的特點，單獨使用就是單個模塊的內(nèi)容，傳感器對應(yīng)的是通用技術(shù)的電子技術(shù)，拼搭件或制作件對應(yīng)的就是通用技術(shù)的結(jié)構(gòu)和工藝，算法對應(yīng)的是信息技術(shù)的程序設(shè)計。其二，機器人具有任意組合的特點，如在通用技術(shù)必修2“控制與設(shè)計”章節(jié)的內(nèi)容，自動門、自動路燈等常見的教學(xué)工具都可以通過機器人完成。其三是效果直觀明顯，機器人教學(xué)所見即所得，拼搭簡單，效果顯而易見。

（2）技術(shù)學(xué)科知識的無縫滲透。技術(shù)學(xué)科的內(nèi)容在機器人教學(xué)中都可以得到體現(xiàn)并有機統(tǒng)一。如對機器人的整體設(shè)計對應(yīng)的就是通用技術(shù)必修2中“系統(tǒng)與設(shè)計”章節(jié)內(nèi)容，當(dāng)我要考慮爬樓梯機器人如何上下樓梯，并完成設(shè)定項目時，這對應(yīng)的是通用技術(shù)必修1中“設(shè)計的一般過程”章節(jié)的內(nèi)容，從這個點展開，發(fā)現(xiàn)與明確問題、制訂設(shè)計方案、模型或原型的制作、測試調(diào)試及優(yōu)化等在機器人項目中都能找到一一的對應(yīng)關(guān)系。

（3）教學(xué)過程與方法的靈活應(yīng)用。比如教師在講授單一模塊如傳感器（輸入）的內(nèi)容時就可以使用講授法，傳感器有很多分類，從物理量角度分為光敏、熱敏、力敏等，教師希望學(xué)生能夠舉一反三，這時就可以運用啟示法、問題引導(dǎo)法，當(dāng)需要學(xué)生把傳感器安裝在主板上時，這就涉及學(xué)生的探索和實踐，就是探究法、實踐法。有時候需要小組和團隊共同完成，這就是小組合作法、團隊合作法。

2.以機器人為載體進行技術(shù)學(xué)科知識整合教學(xué)操作。以爬樓梯機器人為例，為了更清晰地反映機器人在教學(xué)中的整合效應(yīng)，采用分模塊的方式展現(xiàn)。我以整體設(shè)計→系統(tǒng)分析→輸入的選擇與安裝→控制系統(tǒng)分析→拼搭件的制作工藝及安裝→算法構(gòu)思及編寫→測試及優(yōu)化為順序呈現(xiàn)。

從整個機器人爬樓梯項目的教學(xué)不難看出，通用技術(shù)的內(nèi)容和信息技術(shù)的內(nèi)容二者是不可分割的，它們統(tǒng)一在一起，各司其職，不分你我，這也是以機器人為載體進行技術(shù)學(xué)科整合的理由。

六、結(jié)語

現(xiàn)如今，新一屆高一新生的技術(shù)學(xué)科選修模塊的學(xué)習(xí)即將被提上日程，尤其是在通用技術(shù)課程中的“電子控制技術(shù)”及“簡易機器人制作”，信息技術(shù)課程中的“算法與程序設(shè)計”及“人工智能初步”幾個選修模塊，其內(nèi)容都可以為機器人課程所完全涵蓋，機器人課程以其強大的技術(shù)學(xué)科整合性和技術(shù)創(chuàng)造力正呼之欲出，由于時代的需要，在不久的將來以機器人為載體的技術(shù)學(xué)科教學(xué)將不再遙遠，必將被賦予真正的生命力。