工業(yè)4.0背景下提高中學(xué)生創(chuàng)新能力的探索

湛振弟

摘要：本文從工業(yè)4.0對傳統(tǒng)制造業(yè)的影響入手，分別從更新觀念，領(lǐng)悟工業(yè)4.0的智能制造對人才創(chuàng)新能力提出的新要求;考慮工業(yè)4.0對人才創(chuàng)新能力的要求，合理進(jìn)行通用技術(shù)場室的建設(shè)、教學(xué)載體的選擇;合理選擇通用技術(shù)教學(xué)實(shí)施的項(xiàng)目，有助于培養(yǎng)出符合工業(yè)4.0本質(zhì)的個性化創(chuàng)新人才;工業(yè)4.0的實(shí)現(xiàn)，能對學(xué)生創(chuàng)新能力實(shí)施有效評價等幾個方面，論述工業(yè)4.0理念對通用技術(shù)教學(xué)的影響以及應(yīng)對的措施。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0通用技術(shù) 創(chuàng)新能力

未來社會的發(fā)展取決于我們擁有怎樣的人才。人才的培養(yǎng)需要教育的支撐，需要課程的落實(shí)。2003年國家實(shí)施新一輪課改時，增加了通用技術(shù)課程，目的就是為了培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展的人才。2017課標(biāo)修訂提出通用技術(shù)課是一門立足實(shí)踐，注重創(chuàng)造、體現(xiàn)科技與人文相統(tǒng)一的課程，并將創(chuàng)新設(shè)計(jì)作為通用技術(shù)學(xué)科的五大核心素養(yǎng)之一，重點(diǎn)突顯出在通用技術(shù)課培養(yǎng)創(chuàng)新能力的任務(wù)與要求。

通用技術(shù)的目標(biāo)之一就是要為未來培養(yǎng)更多的人才。因此用工業(yè)4.0相關(guān)理念指導(dǎo)通用技術(shù)課程的建設(shè)，有助于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)和課程的健康發(fā)展。

一、更新觀念，領(lǐng)悟工業(yè)4.0的智能制造對人才創(chuàng)新能力提出的新要求

在18世紀(jì)以前，大多數(shù)家庭是以家庭小作坊的方式進(jìn)行生產(chǎn)，以自己的手工藝來養(yǎng)活自己和家人，過著自給自足的生活。學(xué)成一技之長，就可以以技養(yǎng)家，并且可以世代相傳。幾千年來形成的這種觀念在人們腦海中根深蒂固，并一直持續(xù)影響至今，所以現(xiàn)在還有部分人提出要充分利用通用技術(shù)課，來強(qiáng)化學(xué)生技能的學(xué)習(xí)。對此，我也有過切身的體會，在通用技術(shù)課剛開設(shè)初期，曾有安排學(xué)生鋸木塊、鋸鐵片的活動。學(xué)生積極投入，但一節(jié)課下來累得滿身大汗，才能鋸出一小塊形狀。后來引進(jìn)了電鋸、機(jī)床等新設(shè)備，大大降低了對體力、技能的要求。這讓我認(rèn)識到人類的技能會被機(jī)器代替，機(jī)器追使很多人必須進(jìn)行職業(yè)轉(zhuǎn)移，并且這種轉(zhuǎn)移速度會越來越快。農(nóng)業(yè)機(jī)械化大生產(chǎn)促使很多農(nóng)民走進(jìn)工廠成為工人，而工廠的流水線生產(chǎn)方式和近年快速發(fā)展的人工智能技術(shù)，又把工人從工廠里解放出來，他們又需要尋找新的工作。工業(yè)4.0的智能制造，會進(jìn)一步削弱對人技能的要求，進(jìn)而強(qiáng)化對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，強(qiáng)化人的創(chuàng)新能力。這是社會發(fā)展對人才的創(chuàng)新能力提出了新的要求。

國家主席習(xí)近平指出，我國要在科技創(chuàng)新方面走在世界前列，必須在創(chuàng)新實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)人才、在創(chuàng)新活動中培育人才、在創(chuàng)新事業(yè)中凝聚人才，必須大力培養(yǎng)造就規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)優(yōu)良的創(chuàng)新型科技人才。這是國家發(fā)展對人才的創(chuàng)新能力提出了新的要求。

工業(yè)4.0對人才的結(jié)構(gòu)和能力也提出了要求：不僅要擁有分析處理問題的能力，要具備跨學(xué)科的學(xué)習(xí)能力和系統(tǒng)解決問題的能力，還應(yīng)具備以信息化素養(yǎng)為首的綜合能力。尤其是對數(shù)學(xué)、信息、科學(xué)和工程方面的素質(zhì)要求大大增加。這是對創(chuàng)新能力要求的進(jìn)一步明確和要求，與國家和社會對人才的要求相一致。

作為引領(lǐng)高中學(xué)生進(jìn)入技術(shù)之門的課程

通用技術(shù)的教師，是培養(yǎng)適應(yīng)工業(yè)4.0人才的入門的領(lǐng)路人，在思想和方法上要適應(yīng)時代的變化，甚至要有超前的意識。要加強(qiáng)學(xué)習(xí)，認(rèn)真領(lǐng)悟課標(biāo)與教材，理論聯(lián)系實(shí)際，了解當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的趨勢，及時更新自己的育人觀念，重視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，才能培養(yǎng)更多未來需要的復(fù)合型創(chuàng)新人才。

二、考慮工業(yè)4.0對人才創(chuàng)新能力的要求，合理進(jìn)行通用技術(shù)場室的建設(shè)、教學(xué)載體的選擇

在通用技術(shù)教學(xué)過程中，我曾有過兩次不同的嘗試。一次我給學(xué)生提供做無線尋跡小車的材料是電路板和電子元件，學(xué)生需要通過焊接的方式來組裝，預(yù)計(jì)給學(xué)生兩節(jié)課來完成，因?yàn)楹附蛹寄艿南拗?，結(jié)果非常不理想，到預(yù)定的時間沒有一半同學(xué)完成。另一次則把材料中的電路板換成面包板和導(dǎo)線，學(xué)生連接電路不受焊接技能的限制，效果比預(yù)期的要好很多，絕大部分同學(xué)一節(jié)課就可以完成了。很明顯第二次選擇的載體能讓學(xué)生更高效完成電路連接，更加方便、靈活地進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)。相比焊接技能，電路設(shè)計(jì)的能力更符合工業(yè)4.0的要求，也更不容易被機(jī)器代替。

良好的教育環(huán)境、合適的教學(xué)載體，有利于創(chuàng)新活動的開展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。工業(yè)4.0要求我們要具有創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。然而創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該怎么配備相關(guān)設(shè)備每間學(xué)校甚至每個老師都會有不同的思考，但有幾點(diǎn)原則我們必須要把握：

1.要圍繞教學(xué)目標(biāo)的有效達(dá)成來選擇合理的設(shè)備或材料;

2.要根據(jù)學(xué)校的實(shí)際和特色，與學(xué)生生活緊密結(jié)合;

3.要有利于設(shè)計(jì)能力、綜合能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng);

4.要能體現(xiàn)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的方向;

5.要根據(jù)地方特色，因地制宜。

根據(jù)以上的原則，以前勞技課用的金工室、木工室，過于強(qiáng)調(diào)單一的技能和單一的村料，會限制學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致創(chuàng)新的形式和活力不足，不能滿足通用技術(shù)教學(xué)的要求。根據(jù)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的形式，工業(yè)4.0不管網(wǎng)絡(luò)化還是數(shù)字化，最前端都將是智能化，但所有的這些都將離不開傳感器。因此通用技術(shù)教學(xué)實(shí)施載體，我們首先考慮的就是要加強(qiáng)云計(jì)算平臺、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能、知識工作自動化等軟件，以及工業(yè)機(jī)器人、傳感器、3D打印、智能物流（AGV）、數(shù)據(jù)采集器、工業(yè)交換機(jī)等硬件的建設(shè)。尤其傳感器、互聯(lián)設(shè)備、電子設(shè)備等應(yīng)成為通用技術(shù)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室配備的首選并且這些材料或元件，來源多樣，類型多樣、成本低廉、加工簡單、功能豐富，更加適合學(xué)生應(yīng)用在他們的設(shè)計(jì)作品中。

三、合理選擇通用技術(shù)教學(xué)實(shí)施的項(xiàng)目，有助于培養(yǎng)出符合工業(yè)4.0本質(zhì)的個性化創(chuàng)新人才

工廠的產(chǎn)品，都是以項(xiàng)目化的形式進(jìn)行生產(chǎn)和管理的，也許我們曾以為，工廠生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，都是干篇一律的。然而工業(yè)4.O的本質(zhì)，就是通過數(shù)據(jù)流動自動化技術(shù)，從規(guī)模經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向范圍經(jīng)濟(jì)，以同質(zhì)化規(guī)?；某杀荆瑯?gòu)建出異質(zhì)化定制化的產(chǎn)業(yè)。這說明工業(yè)4.O的本質(zhì)強(qiáng)調(diào)個性化，個性化恰恰體現(xiàn)通用技術(shù)要求的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

項(xiàng)目化不止存在于企業(yè)或工廠，項(xiàng)目化對培養(yǎng)綜合型創(chuàng)新人才的諸多優(yōu)點(diǎn)，也被不斷的引入到教育領(lǐng)域中。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是通過學(xué)生對完整、系統(tǒng)的項(xiàng)目加以完成，以此實(shí)現(xiàn)教學(xué)任務(wù)的一種教學(xué)方法。通用技術(shù)的課標(biāo)建議必修一模塊“教學(xué)實(shí)施的全過程可以采取大項(xiàng)目加輔助案例的形式”。必修二模塊“可以采用大概念引導(dǎo)大項(xiàng)目的方式進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)置”?？梢婍?xiàng)目化是通用技術(shù)課程實(shí)施的必然選擇。

項(xiàng)目內(nèi)容的選擇是項(xiàng)目教學(xué)的關(guān)鍵，直接決定著人才培養(yǎng)的效果和質(zhì)量。對于流程的設(shè)計(jì)這部分內(nèi)容，我曾嘗試用過有兩個項(xiàng)目。一個是組裝彈簧圓珠筆，一個是為校運(yùn)會設(shè)計(jì)一個決出鉛球前八名的比賽方案。經(jīng)過對比我們發(fā)現(xiàn)，組裝彈簧圓珠筆幾乎只能按部就班，最后結(jié)果都是干篇一律;而對于鉛球比賽是投完一次就測一次成績、還是先標(biāo)點(diǎn)后測量，選擇什么樣的測量工具等問題，學(xué)生有更多的思考空間，最后每個學(xué)生提供的方案都不盡相同。顯然鉛球比賽項(xiàng)目，更能進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，更符合工業(yè)4本質(zhì)要求，更有利于學(xué)生個性和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

課標(biāo)提供了一些項(xiàng)目供我們參考使用，但我認(rèn)為這些例子之間的聯(lián)系不大，不能將必修1和必修2的內(nèi)容有效串接起來。項(xiàng)目千千萬，好的項(xiàng)目要突顯通用技術(shù)重創(chuàng)新設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，能突顯學(xué)生的個性化，有利學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在教學(xué)項(xiàng)目的選取時我們可以參考以下原則：項(xiàng)目目標(biāo)明確、項(xiàng)目可操作性強(qiáng)，在項(xiàng)目的學(xué)習(xí)中學(xué)生能理解知識的建構(gòu)和親歷技術(shù)過程，同時要兼顧我們本地區(qū)、本區(qū)域的民俗、習(xí)俗和文化特點(diǎn)。

在實(shí)際教學(xué)中，我做了如下嘗試，考慮到我校地處嶺南水鄉(xiāng)，橋梁眾多，區(qū)內(nèi)擁有廣汽汽車研發(fā)中心、思科智慧城等高科技的產(chǎn)業(yè)園和研究中心。我校希望能有效借助相關(guān)的社會力量，構(gòu)想出通過橋梁承重比賽、汽車模型制作賽、汽車模型競速賽等一個個小項(xiàng)目，把路、橋、車結(jié)合起來，形成一個關(guān)于交通的大主題，把課程的設(shè)計(jì)、工藝、材料選擇、測試、優(yōu)化、結(jié)構(gòu)、流程、系統(tǒng)、控制的多方面知識有機(jī)聯(lián)系起來。項(xiàng)目融合了課標(biāo)要求與DBL（Disign-Based Learning基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)）和PBL（Project-Based Learning基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)）。通過這個項(xiàng)目的實(shí)施，項(xiàng)目主題與學(xué)生的生活密切相關(guān)，搭建了實(shí)際知識應(yīng)用場景，讓學(xué)生以實(shí)際問題為切人點(diǎn)，以技術(shù)課標(biāo)為知識范圍，關(guān)注社會、關(guān)注生活，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。項(xiàng)目以學(xué)生為中心，以教材為輔助，讓學(xué)生因需而學(xué)，老師應(yīng)求而教，優(yōu)化了傳統(tǒng)的師生學(xué)習(xí)模式。實(shí)現(xiàn)了工程、技術(shù)、科學(xué)、藝術(shù)、數(shù)學(xué)、人文等學(xué)科的跨學(xué)科綜合學(xué)習(xí)，通過在不同項(xiàng)目的設(shè)計(jì)并完成過程中，學(xué)習(xí)并運(yùn)用通用技術(shù)的課標(biāo)知識，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，創(chuàng)新能力和綜合性技術(shù)應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目標(biāo)。

四、工業(yè)4.0的實(shí)現(xiàn)，能對學(xué)生創(chuàng)新能力實(shí)施有效評價

學(xué)?，F(xiàn)行采用紙筆考試為主的評價方式最受人詬病的地方在于一是評價只能反映結(jié)果，不能體現(xiàn)過程;二是著重反應(yīng)理論知識而不利于呈現(xiàn)動手和實(shí)操的能力;三是結(jié)果是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化答案，缺乏對個性創(chuàng)意的評價。而這些卻正是通用技術(shù)評價的核心和精華所在，所以很多人極力反對用現(xiàn)行的這種評價模式對通用技術(shù)進(jìn)行評價。缺乏有效的評價，就不能有效地推動課程實(shí)施、調(diào)動學(xué)生積極參與。

工業(yè)4.0借助生產(chǎn)過程的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，能很好實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的過程管理和結(jié)果管理，用其互聯(lián)、互通的智能生產(chǎn)模式，生產(chǎn)出一個個充滿個性的產(chǎn)品。而我們對學(xué)生的評價為什么不能反應(yīng)過程、能力，和個性化？歸根到底，就是因?yàn)槲覀內(nèi)狈τ行У臄?shù)據(jù)，因此要改變只以紙筆考試進(jìn)行評價的模式，核心就要是將過程進(jìn)行數(shù)字化。借助工業(yè)4.0的實(shí)現(xiàn)方法，我們可以把學(xué)生的活動過程進(jìn)行數(shù)字化記錄。這是也有探索先例可參考的。現(xiàn)在初中中考的實(shí)驗(yàn)考查，就是使用數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)考試系統(tǒng)，通過系統(tǒng)可對操作過程進(jìn)行錄像，實(shí)驗(yàn)的過程的各種數(shù)據(jù)可通過系統(tǒng)的自帶傳感器進(jìn)行收集、或手動把數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。用過Photoshop的老師都知道，Photoshop操作的每一個步驟，都會形成一個歷史記錄，這是軟件自帶的過程性記錄功能。很多軟件都有這樣的功能，利用這些功能，實(shí)際上可以把學(xué)生的思維過程進(jìn)行數(shù)字化呈現(xiàn)洧了數(shù)據(jù)，就能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化洧數(shù)據(jù)、有網(wǎng)路再進(jìn)行過程性、個性化、精準(zhǔn)性的評價就不是難事了。

每一個過程都能得到有效的跟蹤，每一個有個性的作品都能得到合理的評價，學(xué)生的創(chuàng)新能力就能得到激發(fā)。所以要對學(xué)生創(chuàng)新能力實(shí)施有效評價，我們需要借助工業(yè)4.0指引。

五、結(jié)束語

工業(yè)4.0是一種理念，一種標(biāo)準(zhǔn)，也是一種新技術(shù)革命。深入學(xué)習(xí)工業(yè)4.0，有助于促進(jìn)通用技術(shù)課程健康、良性發(fā)展。工業(yè)4.0的建設(shè)在路上，通用技術(shù)課程的發(fā)展也在路上，還有很多問題，需要我們不斷去探索，去研究。我們期待能用工業(yè)4.0引領(lǐng)通用技術(shù)獲得更好地發(fā)展，同時期待通過通用技術(shù)能為工業(yè)4.0培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才，從而促進(jìn)我國科技發(fā)展更快、更好！

參考文獻(xiàn)

[1]張海波.“工業(yè)4.0”背景下高職院校專業(yè)設(shè)置的問題及優(yōu)化研究.[J].牡丹江教育學(xué)院學(xué)報.2018（1）

[2]普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn).[M].北京，人民教育出版社

[3]呂芳，工業(yè)4.0背景下德國職業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)向.[J]，世界教育信息.2017（11）

[4]闞雷，閑話工業(yè)4.0（經(jīng)濟(jì)透視）.[N].人民日報，2016年06月06日（22版）.