指向思維培育的技術(shù)課程項(xiàng)目化實(shí)踐

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普通高中的技術(shù)課程主要包括信息技術(shù)課和通用技術(shù)課，技術(shù)教育是素質(zhì)教育的基本組成部分，是學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)形成的重要途徑，對(duì)落實(shí)立德樹人根本任務(wù)、實(shí)施國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略具有重要的作用。計(jì)算思維是高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，工程思維是高中通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，設(shè)計(jì)思維作為發(fā)展新工科創(chuàng)新教育的一種非常有效的思維模式，是根據(jù)一套方法論和方法體系，以人為本地對(duì)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行創(chuàng)新解決的活動(dòng)，是對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的多元化求解和方案優(yōu)化。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，筆者發(fā)現(xiàn)目前高中生這三方面的思維發(fā)展普遍比較薄弱，算法思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)及物化能力等極為欠缺，因此，筆者通過(guò)對(duì)信息技術(shù)與通用技術(shù)課程的深度融合，以項(xiàng)目化學(xué)習(xí)方式為主，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展其計(jì)算思維、設(shè)計(jì)思維、工程思維等高階思維方式，全面培養(yǎng)技術(shù)素養(yǎng)。

● 指向思維培育的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)模式

計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。筆者結(jié)合新課標(biāo)中計(jì)算思維的描述與英國(guó)南安普敦大學(xué)兩位博士的五要素分析，將計(jì)算思維分為問(wèn)題分析與分解能力、抽象與轉(zhuǎn)化能力、算法思維能力以及評(píng)估與概括能力這四個(gè)方面的能力。工程思維是以系統(tǒng)分析和比較權(quán)衡為核心的一種籌劃性思維。這兩種思維方式與設(shè)計(jì)思維都是學(xué)生適應(yīng)智能時(shí)代發(fā)展的關(guān)鍵高階思維能力。而設(shè)計(jì)思維是以流程形式來(lái)培養(yǎng)高階思維的，主流的設(shè)計(jì)思維模式基本包括調(diào)查和確定用戶需求、探討設(shè)計(jì)方案、原型及原型實(shí)現(xiàn)、評(píng)估和測(cè)試。因此，本研究以“大項(xiàng)目”方式整合學(xué)習(xí)內(nèi)容，基于設(shè)計(jì)思維模式開展項(xiàng)目實(shí)施，構(gòu)建了指向思維培育的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)模式（如下圖）。

● 指向思維培育的項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)踐

筆者在高一年級(jí)開展了項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)踐，下面以項(xiàng)目“家居再設(shè)計(jì)——多功能桌椅的設(shè)計(jì)”為例進(jìn)行說(shuō)明。

1.項(xiàng)目設(shè)計(jì)

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)模塊，筆者根據(jù)核心素養(yǎng)和新課標(biāo)要求，分析教材和學(xué)生情況，整合相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，提出與學(xué)生生活聯(lián)系緊密的項(xiàng)目主題——家居再設(shè)計(jì)之多功能桌椅的設(shè)計(jì)。學(xué)生需要理解與分析項(xiàng)目主題，制訂項(xiàng)目計(jì)劃，此過(guò)程可以有效培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維中的問(wèn)題分析與分解能力;同時(shí)，學(xué)習(xí)人機(jī)關(guān)系、技術(shù)圖樣、材料性能、圖形化編程等相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握技術(shù)圖樣繪制、簡(jiǎn)單木工加工工藝、實(shí)現(xiàn)控制電路等基本技能，為項(xiàng)目實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

2.項(xiàng)目實(shí)施

在項(xiàng)目實(shí)施模塊，遵循設(shè)計(jì)思維，將其分解成共情需求、明確問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、建立模型、測(cè)試評(píng)估等五個(gè)環(huán)節(jié)。

共情需求——教師在項(xiàng)目實(shí)施初期提供豐富的學(xué)習(xí)資源，包括用戶的采訪視頻、市面上流行的多功能家居資料等，配套的小桌子模型教具，以及共情體驗(yàn)工具——同理心地圖，以輔助學(xué)生進(jìn)行共情體驗(yàn)。學(xué)生通過(guò)同理心地圖任務(wù)，發(fā)現(xiàn)用戶的需求。

明確問(wèn)題——教師引導(dǎo)學(xué)生理解與分析上述用戶需求，明確設(shè)計(jì)要點(diǎn)，形成相對(duì)個(gè)性化的設(shè)計(jì)要求。通過(guò)上述兩個(gè)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的抽象與轉(zhuǎn)化能力。

設(shè)計(jì)方案——學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，利用形態(tài)分析法、聯(lián)想法等常用的構(gòu)思方法，比較、權(quán)衡，形成最終的設(shè)計(jì)方案。本項(xiàng)目的重點(diǎn)在于多功能的實(shí)現(xiàn)，學(xué)生的設(shè)計(jì)想法各不相同，有增加儲(chǔ)物功能的，也有考慮智能家居的，如考慮盲人的需求，采用雷達(dá)傳感器和控制板，利用簡(jiǎn)單的圖形化編程實(shí)現(xiàn)智能提醒，當(dāng)有人靠近時(shí)，提醒有障礙物。

建立模型——根據(jù)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行物化實(shí)現(xiàn)，全面考慮設(shè)計(jì)要求和材料特點(diǎn)、限制等因素，利用美工刀、熱熔膠、透明膠帶、小鋸子、木工角尺、砂紙、切割墊等工具，對(duì)兩塊木板和硬板紙進(jìn)行整體規(guī)劃、加工處理，制作出模型。上述兩個(gè)環(huán)節(jié)可以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的算法思維能力。

測(cè)試評(píng)估——學(xué)生對(duì)照設(shè)計(jì)要求，測(cè)試評(píng)價(jià)自己的作品是否滿足，并展示分享，總結(jié)成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)項(xiàng)目實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。此環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的概括與評(píng)估能力。

以上五個(gè)環(huán)節(jié)是一個(gè)非線性的、循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，任何一個(gè)活動(dòng)階段有問(wèn)題都需要返回到可能導(dǎo)致問(wèn)題的環(huán)節(jié)重新開始。在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，教師活動(dòng)作為學(xué)生活動(dòng)的基礎(chǔ)，需要提供豐富的教學(xué)資源、創(chuàng)意支架，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)與創(chuàng)作，支撐學(xué)生的創(chuàng)意生成、創(chuàng)新能力提升和高階思維發(fā)展;學(xué)生活動(dòng)則以設(shè)計(jì)師的思考模式展開，學(xué)生作為設(shè)計(jì)師進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)、圖樣表達(dá)和物化產(chǎn)品。

3.項(xiàng)目反思

在項(xiàng)目反思模塊中，教師對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行反思、改進(jìn)與拓展，以促進(jìn)項(xiàng)目的迭代生成。針對(duì)本項(xiàng)目，后期可以考慮將主題進(jìn)一步放開，如只要求做有實(shí)用價(jià)值的木結(jié)構(gòu)，學(xué)生可以根據(jù)自己的喜好，確定具體的項(xiàng)目任務(wù)，更可以完全放開，由學(xué)生自己提出項(xiàng)目主題，根據(jù)自身情況制訂學(xué)習(xí)計(jì)劃，按需發(fā)展，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)課程統(tǒng)整，整合選修課程、社團(tuán)課程等支撐學(xué)生的項(xiàng)目拓展探索，如對(duì)智能家居感興趣的學(xué)生可以通過(guò)三維設(shè)計(jì)與智造、Arduino創(chuàng)意機(jī)器人等選修課程、社團(tuán)課程等進(jìn)一步探究。

● 教學(xué)反思與建議

經(jīng)過(guò)一學(xué)期的項(xiàng)目化實(shí)踐探索，筆者認(rèn)為指向思維培育的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)模式是有效的，學(xué)生作品的創(chuàng)意設(shè)計(jì)水平有了明顯提升，圖樣表達(dá)和物化能力得到鍛煉，其計(jì)算思維、設(shè)計(jì)思維和工程思維等高階思維能力發(fā)展迅速。

1.重構(gòu)師生活動(dòng)，培養(yǎng)高階思維

基于高階思維培養(yǎng)，組織項(xiàng)目學(xué)習(xí)流程，重構(gòu)教師活動(dòng)和學(xué)生活動(dòng)。學(xué)生活動(dòng)以設(shè)計(jì)師的思維方式開展項(xiàng)目，發(fā)展設(shè)計(jì)思維，教師活動(dòng)則為學(xué)生活動(dòng)提供保障和基礎(chǔ)，給予資源與創(chuàng)意支撐，引導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)順利進(jìn)行。學(xué)生以設(shè)計(jì)師的身份進(jìn)行創(chuàng)意生成、產(chǎn)品開發(fā)，在此過(guò)程中，“構(gòu)思”與“實(shí)現(xiàn)”是他們必須面對(duì)的兩個(gè)問(wèn)題，“構(gòu)思”對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)思維，而“實(shí)現(xiàn)”則更多地與計(jì)算思維相關(guān)聯(lián)，學(xué)生在理解和分析項(xiàng)目主題時(shí)發(fā)展計(jì)算思維之問(wèn)題分析與分解能力，在調(diào)查體驗(yàn)、共情需求、明確問(wèn)題過(guò)程中發(fā)展計(jì)算思維之抽象轉(zhuǎn)化能力，在圖樣表達(dá)、圖形化編程、物化作品過(guò)程中發(fā)展計(jì)算思維之算法思維能力，在測(cè)試評(píng)估、展示交流中發(fā)展計(jì)算思維之概括與評(píng)估能力。

整個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程，都要求學(xué)生具有全局觀，能利用系統(tǒng)分析的方法將復(fù)雜情境任務(wù)具體化，理解與分析項(xiàng)目主題，通過(guò)經(jīng)歷項(xiàng)目設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的多因素分析，了解比較、權(quán)衡和優(yōu)化等系統(tǒng)分析方式，能統(tǒng)籌規(guī)劃、決策分析，形成可能的解決方案，并對(duì)技術(shù)方案做出性能和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，發(fā)展工程思維。例如，在項(xiàng)目作品展示交流時(shí)，有一個(gè)小組總結(jié)的失敗經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)就是小組同時(shí)存在兩個(gè)方案，彼此都不能說(shuō)服對(duì)方，導(dǎo)致最終沒有在課堂中完成模型的制作，而此過(guò)程就是方案的比較和權(quán)衡過(guò)程，教師引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)，促進(jìn)了工程思維的發(fā)展。

2.善用創(chuàng)意工具，支撐設(shè)計(jì)生成

設(shè)計(jì)思維在工業(yè)、藝術(shù)等領(lǐng)域都已具備完善的創(chuàng)新設(shè)計(jì)支持工具，但在教育領(lǐng)域并沒有得到很好的應(yīng)用。教師需要借鑒設(shè)計(jì)思維在其他領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)，為學(xué)生提供相應(yīng)的創(chuàng)意工具，以支撐其設(shè)計(jì)的生成，包括采用頭腦風(fēng)暴法、九宮格法、世界咖啡法、同理心地圖、情境故事法等共情需求、明確問(wèn)題，采用Scamper法、頭腦風(fēng)暴法、用戶畫像等集思廣益、設(shè)計(jì)方案，采用可用性測(cè)試試驗(yàn)、場(chǎng)景模擬、反饋圖等方法進(jìn)行測(cè)試評(píng)估，采用項(xiàng)目學(xué)習(xí)手冊(cè)、情境故事法等方法進(jìn)行項(xiàng)目拓展。實(shí)踐結(jié)果表明，項(xiàng)目主題不一樣，創(chuàng)意工具的選擇也應(yīng)有所不同，本項(xiàng)目使用了同理心地圖工具幫助學(xué)生以人為本地考慮用戶的需求，若項(xiàng)目主題換成“創(chuàng)意小燈的設(shè)計(jì)與制作”，則使用頭腦風(fēng)暴法和Scamper法進(jìn)行效果要好得多，頭腦風(fēng)暴法可以幫助學(xué)生擴(kuò)散思維，通過(guò)交流、反思對(duì)比后，給自己帶來(lái)新的靈感。由美國(guó)心理學(xué)家羅伯特·艾伯爾提出的Scamper法，作為一種綜合性思維策略，代表了組合、替代、改進(jìn)調(diào)整、挪作他用等一系列有章可循的尋找設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)的方法，可以為創(chuàng)意小燈的設(shè)計(jì)方案提供更多的可能性。

3.加深課程統(tǒng)整，促進(jìn)個(gè)性發(fā)展

目前的課程統(tǒng)整僅是在通用技術(shù)與信息技術(shù)的必修模塊展開，將教學(xué)內(nèi)容重新整合，以某個(gè)課程為主開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)，如本項(xiàng)目就是以通用技術(shù)必修1為主，融合信息技術(shù)必修1的相關(guān)內(nèi)容，在通用技術(shù)課堂中實(shí)施項(xiàng)目的。為促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，筆者認(rèn)為可以嘗試在現(xiàn)有項(xiàng)目學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，打通必修課程與校本選修課程、社團(tuán)課程等，融合線上與線下學(xué)習(xí)，進(jìn)一步加深課程整合。不同的校本選修課為學(xué)生的個(gè)性化項(xiàng)目學(xué)習(xí)提供了可能，學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇不同的課程以確定不同的項(xiàng)目主題，自定項(xiàng)目計(jì)劃;在必修課上教師提供必要的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能支持，學(xué)生利用豐富的學(xué)習(xí)資料和實(shí)踐場(chǎng)地開展項(xiàng)目;社團(tuán)課程將促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)意設(shè)計(jì)的深度交流和持續(xù)生成。因此，深度融合課程體系能為學(xué)生的項(xiàng)目化實(shí)踐保駕護(hù)航，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品，在此過(guò)程中發(fā)展設(shè)計(jì)思維、工程思維和計(jì)算思維，提升技術(shù)素養(yǎng)。

本文是2019年江蘇省基礎(chǔ)教育前瞻性教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“設(shè)計(jì)與智造：統(tǒng)整理念下高中生學(xué)習(xí)方式的變革”階段性成果;江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度立項(xiàng)課題“基于計(jì)算思維的高中生設(shè)計(jì)與智造的項(xiàng)目化實(shí)踐研究”階段性成果，課題批準(zhǔn)文號(hào)：D/2020/02/283;江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度青年專項(xiàng)重點(diǎn)資助課題“江蘇省高中STEM教育基地實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究”階段性成果，課題批準(zhǔn)文號(hào)：C-a/2018/02/19。