“系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)”單元教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

湯磊

摘要： 通用技術(shù)課程“系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)”單元教學(xué)中基于學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活中遇到的真實(shí)問(wèn)題，設(shè)計(jì)任務(wù)活動(dòng)，以問(wèn)題串的方式進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生在項(xiàng)目開展和實(shí)施中深化了對(duì)系統(tǒng)內(nèi)涵的認(rèn)知。知識(shí)線、情境線、活動(dòng)線貫穿教學(xué)全過(guò)程，循序推進(jìn)，能幫助學(xué)生構(gòu)建通用技術(shù)學(xué)科知識(shí)體系，促使學(xué)生系統(tǒng)分析和比較權(quán)衡的籌劃性思維得以形成，學(xué)科核心素養(yǎng)得到發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 單元教學(xué) ?系統(tǒng)及其設(shè)計(jì) ?教學(xué)設(shè)計(jì)

通用技術(shù)《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》必修模塊中“系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)”單元需要學(xué)生理解系統(tǒng)的含義、基本構(gòu)成及主要特性；學(xué)會(huì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素；初步學(xué)會(huì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，增強(qiáng)系統(tǒng)思考和工程思維的能力。

“系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)”單元，主題情境以“疫情期間，為了盡量避免接觸，家長(zhǎng)不能進(jìn)入校園，看著返校日校門口同學(xué)們手上的大包、小包，你是否想到嘗試去設(shè)計(jì)一款能幫助他們完成從校門口到宿舍樓進(jìn)行物資運(yùn)送的智能車，以減輕他們的負(fù)擔(dān)？”為切入點(diǎn)。高二學(xué)生具有一定的知識(shí)儲(chǔ)備，對(duì)于技術(shù)已經(jīng)有了初步的認(rèn)識(shí)，但是系統(tǒng)分析、比較權(quán)衡的籌劃性思維欠缺。教學(xué)中設(shè)置了源于生活的三個(gè)技術(shù)問(wèn)題，從而形成了系列性學(xué)習(xí)活動(dòng)，成為學(xué) 習(xí)本單元內(nèi)容的最好切入口，同時(shí)也為本單元深度學(xué)習(xí)打下了關(guān)鍵支撐。本單 元的學(xué)習(xí)內(nèi)容涵蓋了通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的五個(gè)方面，但在工程思維素養(yǎng)方面更為側(cè)重。

一、主題內(nèi)容分析

（一）核心概念

通用技術(shù)《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》模塊“系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)”單元的核心概念如圖1所示。本單元主要包含系統(tǒng)及其構(gòu)成、系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)三個(gè)部分。學(xué)生的學(xué)習(xí)是從系統(tǒng)理解開始的，學(xué)生需要理解系統(tǒng)的內(nèi)涵、系統(tǒng)分析的過(guò)程、系統(tǒng)分析的方法和最優(yōu)方法等核心概念。通過(guò)單元核心概念的深入學(xué)習(xí)，學(xué)生能把握系統(tǒng)的特性，形成基本系統(tǒng)思想，學(xué)會(huì)用最優(yōu)方法解決系統(tǒng)問(wèn)題，在有效系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（二）內(nèi)容主線

“系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)”單元教學(xué)內(nèi)容的主線如圖2所示。通過(guò)本單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了從認(rèn)識(shí)系統(tǒng)、分析系統(tǒng)、設(shè)計(jì)系統(tǒng)、優(yōu)化系統(tǒng)，最后實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的層層推進(jìn)，逐步深入。本模塊旨在幫助學(xué)生領(lǐng)悟系統(tǒng)思想和方法的豐富內(nèi)涵，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)的系統(tǒng)的思想和方法來(lái)解決日常生活和學(xué)習(xí)中遇到的技術(shù)問(wèn)題，減少問(wèn)題處理中的障礙，學(xué)會(huì)理性分析和科學(xué)決策。

（三）教學(xué)過(guò)程

本單元的教學(xué)流程圖如圖3所示。以“自動(dòng)物資運(yùn)送智能車系統(tǒng)設(shè)計(jì)”為主題，情境線、活動(dòng)線和知識(shí)線三條主線貫穿的方式開展教學(xué)。教學(xué)中情境線創(chuàng)設(shè)了“孫宇同學(xué)萌發(fā)為同學(xué)設(shè)計(jì)校園物資運(yùn)送智能車，探究常見的自動(dòng)小車”“分析收集的小車，發(fā)現(xiàn)這些小車不能滿足自動(dòng)運(yùn)送貨物需求后，和同學(xué)一起在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上獨(dú)立設(shè)計(jì)適合運(yùn)送貨物的智能車”“對(duì)運(yùn)送貨物智能車進(jìn)行優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)”等問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)，將知識(shí)的學(xué)習(xí)融入真實(shí)的問(wèn)題情境和問(wèn)題解決中，并循序漸進(jìn)展開，學(xué)生在興趣的引導(dǎo)下達(dá)到本單元課程學(xué)習(xí)的要求?；顒?dòng)線中讓學(xué)生進(jìn)行“小車的安裝、調(diào)試與探究”“用系統(tǒng)的方法分析小車”“團(tuán)隊(duì)討論并構(gòu)思智能車系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型”“對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化和實(shí)現(xiàn)”等技術(shù)實(shí)驗(yàn)、案例分析、系統(tǒng)建模、模擬測(cè)試活動(dòng)，將知識(shí)學(xué)習(xí)和學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)相融合，“學(xué)中做，做中學(xué)”，充分體現(xiàn)通用技術(shù)學(xué)科倡導(dǎo)的合作學(xué)習(xí)、實(shí)踐學(xué)習(xí)等新課程理念。知識(shí)線中帶領(lǐng)學(xué)生從系統(tǒng)的組成、分析、設(shè)計(jì)、優(yōu)化和實(shí)現(xiàn)入手，讓學(xué)生系統(tǒng)掌握本單元的核心知識(shí)點(diǎn)，為學(xué)生處理系統(tǒng)技術(shù)問(wèn)題打下基礎(chǔ)，并讓學(xué)生在活動(dòng)中加深和遷移所學(xué)知識(shí)。

（四）主題學(xué)情分析

教師分析學(xué)生已有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，可以是著眼單元整體描述學(xué)情，也可以是課時(shí)學(xué)情分析的概括。

高二學(xué)生通過(guò)通用技術(shù)必修一內(nèi)容的學(xué)習(xí)對(duì)技術(shù)和設(shè)計(jì)有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。通用技術(shù)必修二“系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)”的學(xué)習(xí)是“結(jié)構(gòu)”和“流程”專題學(xué)習(xí)的延伸和拓展，同時(shí)也為第四單元“控制及其設(shè)計(jì)”的學(xué)習(xí)做好鋪墊。大多數(shù)學(xué)生缺乏系統(tǒng)分析、比較權(quán)衡的籌劃性思維，其是通用技術(shù)學(xué)科的核心要素，是本單元的教學(xué)需要達(dá)成要素之一。教學(xué)中設(shè)置了源于生活的三個(gè)技術(shù)問(wèn)題：（1）探究常見自動(dòng)小車系統(tǒng)；（2）校園物資運(yùn)送智能車的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)；（3）校園物資運(yùn)送智能車系統(tǒng)的優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)系列性學(xué)習(xí)活動(dòng)可以提升學(xué)生學(xué)習(xí)系統(tǒng)知識(shí)的積極性，也使得學(xué)習(xí)更具有整體性和連貫性。

（五）開放性學(xué)習(xí)環(huán)境

通用技術(shù)專用實(shí)踐室：教學(xué)白板、智慧教育平臺(tái)、軟件及課件。

“項(xiàng)目實(shí)踐”準(zhǔn)備：小車套裝若干套、校園物資運(yùn)送智能車套裝若干套、模擬場(chǎng)地一套、螺絲刀、電池等。

二、單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

（一）目標(biāo)確定依據(jù)

課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)本章的要求有兩點(diǎn)：

（1）從技術(shù)應(yīng)用的角度理解系統(tǒng)的含義、基本構(gòu)成及主要特性，結(jié)合實(shí)例學(xué)會(huì)系統(tǒng)分析的基本方法。

（2）通過(guò)技術(shù)探究，分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素，并通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)踐，初步學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，增強(qiáng)系統(tǒng)思考和工程思維的能力。

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容要求，本章承載的學(xué)科核心素養(yǎng)主要是“素養(yǎng)2——工程思維”，通過(guò)教學(xué)應(yīng)達(dá)到如下水平：

水平 1——了解比較、權(quán)衡、優(yōu)化等系統(tǒng)分析的方法；感知系統(tǒng)和工程現(xiàn)象，理解系統(tǒng)的基本特性，形成初步的工程意識(shí)與思維。

水平 2——總結(jié)歸納出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，并能運(yùn)用系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、流程等原理和系統(tǒng)分析方法，進(jìn)行簡(jiǎn)單的技術(shù)設(shè)計(jì)活動(dòng)；能確定一個(gè)生活或生產(chǎn)中的簡(jiǎn)單對(duì)象，分析影響系統(tǒng)的因素。

為落實(shí)技術(shù)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的課程目標(biāo)，基于課程標(biāo)準(zhǔn)要求，本章三節(jié)內(nèi)容圍繞著“校園物資運(yùn)送智能車”這一主題情境安排了六個(gè)活動(dòng)。第一節(jié)“系統(tǒng)及其特性”以“孫宇同學(xué)萌發(fā)為同學(xué)設(shè)計(jì)校園物資運(yùn)送智能車，探究常見的自動(dòng)小車”為情境導(dǎo)入，設(shè)計(jì)了“探究常見自動(dòng)小車的系統(tǒng)組成”任務(wù)，此任務(wù)設(shè)計(jì)兩個(gè)活動(dòng)，活動(dòng)1：調(diào)試、觀察自動(dòng)小車，認(rèn)識(shí)系統(tǒng)、子系統(tǒng)及其組成?；顒?dòng)2：探究自動(dòng)小車系統(tǒng)的基本特性。第二節(jié)“系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)”以“分析收集的小車，發(fā)現(xiàn)這些小車不能滿足自動(dòng)運(yùn)送貨物需求后，和同學(xué)一起在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上獨(dú)立設(shè)計(jì)適合運(yùn)送貨物智能車”為情境導(dǎo)入，設(shè)計(jì)了“校園物資運(yùn)送智能車的系統(tǒng)”任務(wù)，此任務(wù)設(shè)計(jì)兩個(gè)活動(dòng)，活動(dòng)1：分析校園物資運(yùn)送智能車系統(tǒng)。活動(dòng)2：構(gòu)思設(shè)計(jì)校園物資運(yùn)送智能車系統(tǒng)。第三節(jié)“系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)”以“對(duì)運(yùn)送貨物小車進(jìn)行優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)”為情境導(dǎo)入，設(shè)計(jì)了“運(yùn)送貨物小車系統(tǒng)的優(yōu)化與方案實(shí)現(xiàn)”任務(wù)，此任務(wù)設(shè)計(jì)兩個(gè)活動(dòng)，活動(dòng)1：校園物資運(yùn)送智能車系統(tǒng)的優(yōu)化。活動(dòng)2：校園物資運(yùn)送智能車系統(tǒng)方案的實(shí)現(xiàn)。

（二）單元學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）通過(guò)技術(shù)實(shí)踐活動(dòng)，能從技術(shù)的應(yīng)用角度闡明系統(tǒng)的含義及基本構(gòu)成。

（2）通過(guò)技術(shù)案例分析，能從應(yīng)用的角度歸納系統(tǒng)的基本特性。

（3）通過(guò)案例分析和討論，說(shuō)出系統(tǒng)分析的一般過(guò)程，歸納系統(tǒng)分析的基本方法。

（4）經(jīng)歷簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，概述系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要問(wèn)題及一般步驟。

（5）經(jīng)歷簡(jiǎn)單系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化過(guò)程，闡明系統(tǒng)優(yōu)化的意義，探究影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。

（6）經(jīng)歷簡(jiǎn)單系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)，概述系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，增強(qiáng)系統(tǒng)與工程思維的能力。

（三）單元學(xué)習(xí)策略

采用真實(shí)情境下大概念引領(lǐng)大項(xiàng)目的項(xiàng)目教學(xué)策略。如圖4所示，通過(guò)情境導(dǎo)入、任務(wù)引領(lǐng)、問(wèn)題嵌入、活動(dòng)貫穿，最后評(píng)價(jià)量化的方式開展基于項(xiàng)目的通用技術(shù)教學(xué)活動(dòng)。

三、單元設(shè)計(jì)思路

如圖5所示，是校園物資運(yùn)送智能車系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體思路。教學(xué)的過(guò)程中，教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)單元整體教學(xué)情境，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)。設(shè)計(jì)本單元系列性教學(xué)活動(dòng)，活動(dòng)設(shè)計(jì)具有連貫性和關(guān)聯(lián)性，能有效突破教學(xué)中的重難點(diǎn)，讓學(xué)生在“知識(shí)”“實(shí)踐”的切換和融合中，達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)表現(xiàn)期望，實(shí)現(xiàn)本單元通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)。

四、單元教學(xué)總結(jié)與反思

本單元基于學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活中遇到的真實(shí)問(wèn)題創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)與制作。項(xiàng)目載體的選擇經(jīng)過(guò)慎重考慮，起初設(shè)計(jì)方案有風(fēng)能小車、飛機(jī)模型、手電筒、桌面垃圾桶等教學(xué)情境，最終在真實(shí)世界的真實(shí)問(wèn)題背景下被一一否定，選擇了同學(xué)們?cè)趯W(xué)?，F(xiàn)實(shí)生活中遇到的真實(shí)問(wèn)題。

采用任務(wù)引領(lǐng)、問(wèn)題串的方式進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生在項(xiàng)目開展和實(shí)施中不知不覺間實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳遞、遷移和融合，深化了他們對(duì)系統(tǒng)內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)、分析、設(shè)計(jì)、優(yōu)化系統(tǒng)等本單元核心知識(shí)的學(xué)習(xí)。知識(shí)線、情境線、活動(dòng)線貫穿教學(xué)過(guò)程，循序推進(jìn)，構(gòu)建學(xué)科核心知識(shí)。結(jié)合物資運(yùn)送智能車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，學(xué)生親歷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的整個(gè)過(guò)程，充分體現(xiàn)了通用技術(shù)學(xué)科提倡的“做中學(xué)，學(xué)中做”的理念，提高了學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。通過(guò)本單元學(xué)習(xí)，學(xué)生技術(shù)意識(shí)增強(qiáng)，工程思維提升，創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力提高，圖樣表達(dá)準(zhǔn)確，物化能力發(fā)展，同時(shí)也提高了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和交流表達(dá)能力，很好地實(shí)現(xiàn)了課程單元教學(xué)目標(biāo)。

智慧課堂除了具有多媒體教學(xué)效果，在師生的互動(dòng)交流、活動(dòng)成果的實(shí)時(shí)展示等方面也有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，給學(xué)生帶來(lái)了生成性的課堂。在教學(xué)中融合了技術(shù)、科學(xué)、藝術(shù)、數(shù)學(xué)和工程等多學(xué)科知識(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力，拓展了學(xué)生知識(shí)面，發(fā)散了學(xué)生思維。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧建軍，吳鐵軍等.普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）解讀［M］.北京：高等教育出版社，2020.

[2]顧建軍.普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）解讀［M］.北京：高等教育出版社，2018.

責(zé)任編輯：趙瀟晗