讓通用技術(shù)與物理的學(xué)科融合真正發(fā)生
——以“易剎車輪”思創(chuàng)項(xiàng)目為例

文云全

(江蘇省啟東中學(xué)，江蘇 南通 226200)

學(xué)科融合已成為新課程改革的發(fā)展趨勢(shì)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要載體。中學(xué)通用技術(shù)與物理學(xué)科均為國(guó)家課程方案中的必修課程，兩門學(xué)科之間存在諸多相近或關(guān)聯(lián)之處，許多教師致力于這兩門學(xué)科的融合，以更好地促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。[1][2]然而，由于教育理念、學(xué)科性質(zhì)、實(shí)施設(shè)備、評(píng)價(jià)要求、師資隊(duì)伍等多種因素影響，通用技術(shù)與物理學(xué)科之間往往只是以簡(jiǎn)單相加的形式結(jié)合，學(xué)科融合難以真正發(fā)生。學(xué)科融合不是簡(jiǎn)單的跨學(xué)科教育，[3]學(xué)科融合真正發(fā)生需要適切的項(xiàng)目實(shí)施平臺(tái)和策略。

筆者以自主開(kāi)發(fā)并收錄于《融浸：STEM項(xiàng)目案例薈萃》一書(shū)的“易剎車輪”思創(chuàng)項(xiàng)目為例，[4]談?wù)劥龠M(jìn)通用技術(shù)與物理學(xué)科融合的實(shí)踐與思考，以期能為學(xué)生提升綜合素質(zhì)，發(fā)展核心素養(yǎng)，促進(jìn)他們?nèi)娑袀€(gè)性發(fā)展，為教師開(kāi)展跨學(xué)科教育提供參考。

1 思創(chuàng)教育與通用技術(shù)和物理的內(nèi)在關(guān)聯(lián)

“思”是指動(dòng)腦思考，進(jìn)行科學(xué)思維；“創(chuàng)”是指動(dòng)手實(shí)踐，創(chuàng)新創(chuàng)造。思創(chuàng)結(jié)合，體現(xiàn)了陶行知的手腦并用、知行合一的創(chuàng)造教育理念。思創(chuàng)教育正是在這一創(chuàng)造教育理念指導(dǎo)下，以發(fā)展科學(xué)思維和創(chuàng)新創(chuàng)造能力為核心，采用項(xiàng)目學(xué)習(xí)和STEM活動(dòng)方式，在生產(chǎn)、生活、工作和學(xué)習(xí)中提出真實(shí)問(wèn)題，通過(guò)問(wèn)題聚焦、分析構(gòu)想、設(shè)計(jì)制作、展示評(píng)價(jià)、拓展應(yīng)用等環(huán)節(jié)加以創(chuàng)造性解決，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。思創(chuàng)教育一般通過(guò)校本課程開(kāi)發(fā)，以項(xiàng)目化、特色化、跨學(xué)科融合等方式進(jìn)行，具有綜合性、實(shí)踐性、探究性和創(chuàng)新性等特點(diǎn)。思創(chuàng)項(xiàng)目是實(shí)施思創(chuàng)教育的重要載體，需要跨學(xué)科融合，尤其需要通用技術(shù)與物理學(xué)科的融合。

從核心素養(yǎng)視角看，思創(chuàng)教育與通用技術(shù)和物理學(xué)科之間存在著非常緊密的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)包括技術(shù)意識(shí)、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、圖樣表達(dá)和物化能力，物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。不難看出，思創(chuàng)教育的問(wèn)題聚焦、分析構(gòu)想、設(shè)計(jì)制作、展示評(píng)價(jià)、拓展應(yīng)用等環(huán)節(jié)均與通用技術(shù)和物理學(xué)科核心素養(yǎng)之間有著不同程度的內(nèi)在關(guān)聯(lián)(圖1)。

圖1

結(jié)合“易剎車輪”案例來(lái)看,為實(shí)現(xiàn)思創(chuàng)育人目標(biāo)，按照思創(chuàng)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程的一般環(huán)節(jié)與通用技術(shù)和物理學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，“易剎車輪”項(xiàng)目選取并聚焦路面交通事故中的“擅闖”(擅自闖入)問(wèn)題，重點(diǎn)從客觀車輛因素——與車輪有關(guān)的剎車問(wèn)題導(dǎo)致的擅闖入手，開(kāi)發(fā)設(shè)置了五個(gè)環(huán)節(jié)共11項(xiàng)活動(dòng)，畫(huà)出“易剎車輪”思創(chuàng)項(xiàng)目的STEM活動(dòng)地圖(圖2)?！耙讋x車輪”思創(chuàng)項(xiàng)目以“擅闖”問(wèn)題為主線，借助通用技術(shù)與物理學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)設(shè)置相應(yīng)項(xiàng)目環(huán)節(jié)和活動(dòng)方案，從而達(dá)成思創(chuàng)項(xiàng)目的各項(xiàng)目標(biāo)，同時(shí)促進(jìn)通用技術(shù)與物理的學(xué)科融合真正發(fā)生。

圖2

2 思創(chuàng)教育促進(jìn)通用技術(shù)和物理融合的活動(dòng)設(shè)計(jì)

讓通用技術(shù)與物理的學(xué)科融合真正發(fā)生，服務(wù)思創(chuàng)教育項(xiàng)目的活動(dòng)需要根據(jù)思創(chuàng)項(xiàng)目與兩學(xué)科核心素養(yǎng)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，結(jié)合新時(shí)代教育背景與新課程改革要求，深入分析學(xué)科融合的育人內(nèi)涵，因地制宜地發(fā)揮相關(guān)教育資源優(yōu)勢(shì)，從目標(biāo)、內(nèi)容、過(guò)程和評(píng)價(jià)等方面著手進(jìn)行活動(dòng)設(shè)計(jì)。

2.1 目標(biāo)共建，發(fā)掘核心素養(yǎng)交叉點(diǎn)

目標(biāo)確立是思創(chuàng)活動(dòng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。打通學(xué)科間的壁壘，首先是找準(zhǔn)學(xué)科間的相似之處、相向之處、相通之處。核心素養(yǎng)是學(xué)科育人的靈魂和重點(diǎn)，讓通用技術(shù)與物理的學(xué)科融合真實(shí)發(fā)生，首先需要從兩學(xué)科的核心素養(yǎng)出發(fā)，發(fā)掘其中的交叉點(diǎn)，然后分析其與思創(chuàng)項(xiàng)目相關(guān)環(huán)節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而共建思創(chuàng)項(xiàng)目活動(dòng)的目標(biāo)。通用技術(shù)與物理學(xué)科核心素養(yǎng)的交叉點(diǎn)，正是思創(chuàng)項(xiàng)目活動(dòng)目標(biāo)建立的切入點(diǎn)。如物理觀念與技術(shù)意識(shí)、科學(xué)探究與創(chuàng)新設(shè)計(jì)和圖樣表達(dá)、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任與物化能力等，都有著不同程度的交叉；科學(xué)思維與工程思維都以思維方法和領(lǐng)悟創(chuàng)意為核心，特別是在創(chuàng)新設(shè)計(jì)為目標(biāo)指向的構(gòu)思中，通過(guò)啟發(fā)引導(dǎo)，產(chǎn)生靈感，形成問(wèn)題解決的優(yōu)化方案，可以更好地促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展和個(gè)性養(yǎng)成。據(jù)此，在“易剎車輪”項(xiàng)目中，根據(jù)通用技術(shù)與物理學(xué)科核心素養(yǎng)的交叉之處，包括觀念、意識(shí)責(zé)任、科學(xué)創(chuàng)新思維、動(dòng)手探究實(shí)踐等要素共建目標(biāo)。一是通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)運(yùn)用DIS(數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng))及相關(guān)傳感器，體驗(yàn)與摩擦力、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、電磁感應(yīng)、技術(shù)與設(shè)計(jì)、測(cè)量統(tǒng)計(jì)、函數(shù)、算法初步、分類討論、圖表分析、數(shù)形結(jié)合、轉(zhuǎn)化與化歸、信息搜索等相關(guān)的知識(shí)和技能；二是通過(guò)軟件仿真，學(xué)會(huì)運(yùn)用iRobotQ3D仿真機(jī)器人軟件，探究影響剎車距離的因素；三是通過(guò)創(chuàng)新研究，運(yùn)用工程思維和技術(shù)創(chuàng)新方法，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的“易剎車輪”方案，并論證其可行性；四是通過(guò)動(dòng)手制作，運(yùn)用相關(guān)器材和工具制作“易剎車輪”項(xiàng)目的模型，或運(yùn)用3D打印技術(shù)將“易剎車輪”項(xiàng)目的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)打印出來(lái)(圖3)。除了相關(guān)知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)、器材的選擇和工具的使用外，還可以根據(jù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和拓展研究需要，學(xué)習(xí)傳感器、無(wú)線傳輸、單片機(jī)、自動(dòng)控制、圖像識(shí)別等技術(shù)，以及工程報(bào)告書(shū)的撰寫(xiě)等。

圖3

當(dāng)然，除通用技術(shù)與物理共建目標(biāo)以外，思創(chuàng)項(xiàng)目的活動(dòng)目標(biāo)確立還應(yīng)在充分的學(xué)情分析基礎(chǔ)上進(jìn)行，考慮與主題相關(guān)的學(xué)科核心素養(yǎng)以及思創(chuàng)項(xiàng)目的特點(diǎn)和育人訴求。一是根據(jù)創(chuàng)新育人的根本訴求，確立創(chuàng)新發(fā)展或創(chuàng)造力發(fā)展目標(biāo)；二是根據(jù)立德樹(shù)人根本任務(wù)的要求，確立德育或其他綜合性活動(dòng)育人目標(biāo)；三是結(jié)合除主體學(xué)科以外的其他關(guān)聯(lián)學(xué)科特點(diǎn)和核心素養(yǎng)要求，確立多學(xué)科融合、多維度建構(gòu)、多渠道育人的多元立體活動(dòng)目標(biāo)。中學(xué)思創(chuàng)項(xiàng)目實(shí)踐往往需要多學(xué)科融合，可依托STEAM(科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué))項(xiàng)目開(kāi)展，不僅涉及通用技術(shù)、物理、數(shù)學(xué)等多門學(xué)科的知識(shí)原理和技術(shù)方法，還要求緊緊圍繞問(wèn)題解決過(guò)程，收集整理信息，生成新型、獨(dú)特和可行的解決方案，并通過(guò)研討論證和實(shí)踐檢驗(yàn)，不斷進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，同時(shí)體現(xiàn)問(wèn)題解決的新型性、創(chuàng)造性、實(shí)用性和可行性，這就與普通的STEAM項(xiàng)目中的多學(xué)科融合不同，思創(chuàng)項(xiàng)目要求把創(chuàng)新作為靈魂，培養(yǎng)具有科學(xué)家潛質(zhì)的創(chuàng)新人才。

2.2 內(nèi)容共生，打通問(wèn)題解決關(guān)鍵點(diǎn)

活動(dòng)內(nèi)容是思創(chuàng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的主體，國(guó)家課程內(nèi)容確定原則除思想性、時(shí)代性、基礎(chǔ)性、選擇性外，還包括關(guān)聯(lián)性，關(guān)注學(xué)科間的聯(lián)系與整合，而思創(chuàng)課程項(xiàng)目活動(dòng)內(nèi)容的確定也不例外。同時(shí)思創(chuàng)項(xiàng)目活動(dòng)設(shè)計(jì)還需要以解決真實(shí)問(wèn)題為主線，運(yùn)用相關(guān)學(xué)科知識(shí)、方法，打通學(xué)科之間有利于問(wèn)題解決的關(guān)鍵點(diǎn)，開(kāi)發(fā)基于問(wèn)題解決、利于學(xué)科共生發(fā)展的活動(dòng)內(nèi)容?！耙讋x車輪”基于生活中的交通問(wèn)題，不僅真實(shí)，有一定的挑戰(zhàn)性，而且與通用技術(shù)和物理有著相當(dāng)緊密的聯(lián)系，屬于典型的共生內(nèi)容。思創(chuàng)項(xiàng)目往往需要讓學(xué)生在生活中尋找發(fā)明課題、解決真實(shí)問(wèn)題，這不僅可以讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際運(yùn)用鞏固知識(shí)，讓理論與實(shí)踐相結(jié)合，增強(qiáng)物理觀念，還能培養(yǎng)技術(shù)意識(shí)，提升觀察思考能力、創(chuàng)新思維能力、動(dòng)手操作能力，同時(shí)還能在工程問(wèn)題構(gòu)思與設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)科學(xué)知識(shí)與探究方法的運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、圖樣表達(dá)能力和綜合實(shí)踐能力。

“易剎車輪”項(xiàng)目在分析構(gòu)想環(huán)節(jié)活動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，為讓調(diào)查體驗(yàn)助力問(wèn)題分析與創(chuàng)造性方案構(gòu)想，促進(jìn)通用技術(shù)與物理相關(guān)知識(shí)技能的共生發(fā)展，設(shè)計(jì)了“測(cè)量車速”活動(dòng)?；顒?dòng)提供的器材包括車輪、馬達(dá)、電池盒、電池、軟尺、DIS軟件、光電門傳感器、小磁塊、雙面膠等，要求學(xué)生研討：測(cè)量車速的方法有哪些？(如利用估測(cè)、速度計(jì)、計(jì)時(shí)器、光電門、頻閃照相、運(yùn)動(dòng)軌跡、旋轉(zhuǎn)齒輪、旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)筒、電流計(jì)、電磁流量計(jì)、單擺、脈沖信號(hào)、多普勒效應(yīng)、旋轉(zhuǎn)光源、激光散斑等)如何讓測(cè)量車速更加準(zhǔn)確而省力？在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)測(cè)量方案并實(shí)際動(dòng)手體驗(yàn)操作。活動(dòng)不僅涉及車速測(cè)量的原理、誤差分析、數(shù)據(jù)處理等物理知識(shí)與方法，還涉及傳感器、信息技術(shù)、機(jī)械結(jié)構(gòu)等技術(shù)手段。同時(shí)，本活動(dòng)依托實(shí)驗(yàn)專用軟件及計(jì)數(shù)傳感器，為師生探究活動(dòng)提供數(shù)據(jù)采集與處理的互動(dòng)式精確化探究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比具有獨(dú)特的優(yōu)越性，使實(shí)驗(yàn)效率得到空前提高，在切實(shí)減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)的同時(shí)，為培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、創(chuàng)新能力提供了整體解決方案。數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)了以綜合、探究、創(chuàng)新為理念的新課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，有利于實(shí)施自主、合作探究等學(xué)習(xí)方式。

2.3 過(guò)程共軸，抓住知行合一關(guān)聯(lián)點(diǎn)

圖4

思創(chuàng)項(xiàng)目中設(shè)計(jì)共軸活動(dòng)過(guò)程，需要兼顧活動(dòng)主線、原則和策略。一是在思創(chuàng)活動(dòng)主線上，需要讓問(wèn)題解決、活動(dòng)體驗(yàn)、學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展和綜合素質(zhì)提升全程共軸，互相促進(jìn)。二是在思創(chuàng)活動(dòng)原則上，需要抓住知行合一關(guān)聯(lián)點(diǎn)。思創(chuàng)項(xiàng)目活動(dòng)設(shè)計(jì)需要體現(xiàn)動(dòng)手與動(dòng)腦的結(jié)合、科學(xué)與技術(shù)的結(jié)合、抽象與具體的結(jié)合、知識(shí)與能力的結(jié)合、思維與行動(dòng)的結(jié)合，讓通用技術(shù)與物理等相關(guān)學(xué)科真正融合，從而突破問(wèn)題解決中概念和原理理解的難點(diǎn)。三是在思創(chuàng)活動(dòng)策略上，需要在知行合一理念指導(dǎo)下，加強(qiáng)學(xué)生手腦并用訓(xùn)練，發(fā)動(dòng)學(xué)生開(kāi)展發(fā)明創(chuàng)造，自制教具學(xué)具，盡量讓學(xué)生多參與實(shí)驗(yàn)，多動(dòng)手操作，讓通用技術(shù)和物理學(xué)習(xí)與生產(chǎn)生活實(shí)際緊密聯(lián)系，自然實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐結(jié)合、感性與理性結(jié)合、課內(nèi)與課外結(jié)合，從而真正實(shí)現(xiàn)讓教育與生產(chǎn)勞動(dòng)相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)提升。

2.4 評(píng)價(jià)共融，培植創(chuàng)新發(fā)展生長(zhǎng)點(diǎn)

評(píng)價(jià)是教育實(shí)施有效性的工具、結(jié)果和保障。如“易剎車輪”項(xiàng)目設(shè)置了“易剎車輪展示與評(píng)價(jià)”活動(dòng)，本環(huán)節(jié)是在項(xiàng)目報(bào)告撰寫(xiě)完成的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生分享設(shè)計(jì)過(guò)程、展示設(shè)計(jì)成果，并開(kāi)展針對(duì)研究小組和研究作品的評(píng)價(jià)。教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧整個(gè)思創(chuàng)活動(dòng)過(guò)程，撰寫(xiě)“易剎車輪”項(xiàng)目報(bào)告。然后分享設(shè)計(jì)過(guò)程，展示設(shè)計(jì)成果，并按照“易剎車輪”項(xiàng)目的新穎性、創(chuàng)造性、實(shí)用性、科學(xué)性、可行性、完整性、融合性、合作性、美觀性、有效性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的思創(chuàng)項(xiàng)目的核心作用在于培植創(chuàng)新發(fā)展的生長(zhǎng)點(diǎn)，而它具有的跨學(xué)科性和綜合性決定了其評(píng)價(jià)原則、要素和方式的多元共融。一是在評(píng)價(jià)原則上，需要體現(xiàn)過(guò)程性、發(fā)展性和激勵(lì)性共融。學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展是漸進(jìn)過(guò)程，深刻體會(huì)到真實(shí)物理情境在發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)上的作用。評(píng)價(jià)任務(wù)設(shè)計(jì)應(yīng)該符合中學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，能提高學(xué)生在物理情境中提取信息、建立模型、分析綜合、創(chuàng)造性地解決實(shí)際問(wèn)題的能力。二是在評(píng)價(jià)要素上，需要體現(xiàn)知識(shí)與能力、共性與個(gè)性、過(guò)程與結(jié)果共融。進(jìn)行基于核心素養(yǎng)的教育，不但要讓學(xué)生掌握知識(shí)與技能，更強(qiáng)調(diào)通過(guò)實(shí)踐探究，實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展和終身學(xué)習(xí)，尤其要重視人與社會(huì)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。[5]三是在評(píng)價(jià)方式上，需要體現(xiàn)形成性與表現(xiàn)性、自評(píng)與互評(píng)、定性與定量共融。無(wú)論何種評(píng)價(jià)方式，均需要有利于啟迪好奇心，培育想象力，激發(fā)創(chuàng)造力，讓學(xué)生敢于批判質(zhì)疑，探索解決問(wèn)題，勤于動(dòng)手，善于反思，具有一定的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

3 結(jié)語(yǔ)

通用技術(shù)與物理的真正融合有利于在思創(chuàng)教育中培養(yǎng)創(chuàng)新人才, 但是如果技術(shù)學(xué)習(xí)初期就強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造，學(xué)習(xí)的知識(shí)積累極易形成空中樓閣。[6]科學(xué)將繼續(xù)從分化、深入走向交叉、綜合、統(tǒng)一，從簡(jiǎn)單有序走向復(fù)雜有序，這讓科學(xué)與技術(shù)整合發(fā)展具有更加廣闊的天地，也為思創(chuàng)教育促進(jìn)學(xué)科融合創(chuàng)造了更多更好的機(jī)會(huì)。無(wú)論涉及多少學(xué)科融合，思創(chuàng)教育都應(yīng)依托項(xiàng)目活動(dòng)，以問(wèn)題為導(dǎo)向，讓學(xué)生在實(shí)踐動(dòng)手與問(wèn)題解決的過(guò)程中，不斷養(yǎng)成社會(huì)化品格和創(chuàng)造性思維，以及責(zé)任態(tài)度和擔(dān)當(dāng)精神，為培養(yǎng)創(chuàng)新人才奠定基礎(chǔ)。