張月香

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，是學生技術(shù)素養(yǎng)形成的重要途徑，對落實立德樹人根本任務(wù)、實施國家創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略具有重要的作用。計算思維是高中信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)之一，工程思維是高中通用技術(shù)學科核心素養(yǎng)之一，設(shè)計思維作為發(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，以人為本地對復雜問題進行創(chuàng)新解決的活動，是對復雜問題的多元化求解和方案優(yōu)化。通過問卷調(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)計及物化能力等極為欠缺，因此，筆者通過對信息技術(shù)與通用技術(shù)課程的深度融合，以項目化學習方式為主，引導學生發(fā)展其計算思維、設(shè)計思維、工程思維等高階思維方式，全面培養(yǎng)技術(shù)素養(yǎng)。

● 指向思維培育的項目化學習模式

計算思維是指個體運用計算機領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。筆者結(jié)合新課標中計算思維的描述與英國南安普敦大學兩位博士的五要素分析，將計算思維分為問題分析與分解能力、抽象與轉(zhuǎn)化能力、算法思維能力以及評估與概括能力這四個方面的能力。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)計思維都是學生適應智能時代發(fā)展的關(guān)鍵高階思維能力。而設(shè)計思維是以流程形式來培養(yǎng)高階思維的，主流的設(shè)計思維模式基本包括調(diào)查和確定用戶需求、探討設(shè)計方案、原型及原型實現(xiàn)、評估和測試。因此，本研究以“大項目”方式整合學習內(nèi)容，基于設(shè)計思維模式開展項目實施，構(gòu)建了指向思維培育的項目化學習模式（如下圖）。

● 指向思維培育的項目化教學實踐

筆者在高一年級開展了項目化教學實踐，下面以項目“家居再設(shè)計——多功能桌椅的設(shè)計”為例進行說明。

1.項目設(shè)計

在項目設(shè)計模塊，筆者根據(jù)核心素養(yǎng)和新課標要求，分析教材和學生情況，整合相關(guān)教學內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)真實情境，提出與學生生活聯(lián)系緊密的項目主題——家居再設(shè)計之多功能桌椅的設(shè)計。學生需要理解與分析項目主題，制訂項目計劃，此過程可以有效培養(yǎng)學生計算思維中的問題分析與分解能力;同時，學習人機關(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，掌握技術(shù)圖樣繪制、簡單木工加工工藝、實現(xiàn)控制電路等基本技能，為項目實施奠定基礎(chǔ)。

2.項目實施

在項目實施模塊，遵循設(shè)計思維，將其分解成共情需求、明確問題、設(shè)計方案、建立模型、測試評估等五個環(huán)節(jié)。

共情需求——教師在項目實施初期提供豐富的學習資源，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，以及共情體驗工具——同理心地圖，以輔助學生進行共情體驗。學生通過同理心地圖任務(wù)，發(fā)現(xiàn)用戶的需求。

明確問題——教師引導學生理解與分析上述用戶需求，明確設(shè)計要點，形成相對個性化的設(shè)計要求。通過上述兩個環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生計算思維的抽象與轉(zhuǎn)化能力。

設(shè)計方案——學生根據(jù)設(shè)計要求，進行設(shè)計分析，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)計方案。本項目的重點在于多功能的實現(xiàn)，學生的設(shè)計想法各不相同，有增加儲物功能的，也有考慮智能家居的，如考慮盲人的需求，采用雷達傳感器和控制板，利用簡單的圖形化編程實現(xiàn)智能提醒，當有人靠近時，提醒有障礙物。

建立模型——根據(jù)設(shè)計方案，進行物化實現(xiàn)，全面考慮設(shè)計要求和材料特點、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，對兩塊木板和硬板紙進行整體規(guī)劃、加工處理，制作出模型。上述兩個環(huán)節(jié)可以培養(yǎng)學生計算思維的算法思維能力。

測試評估——學生對照設(shè)計要求，測試評價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，為后續(xù)項目實踐奠定基礎(chǔ)。此環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生計算思維的概括與評估能力。

以上五個環(huán)節(jié)是一個非線性的、循環(huán)往復的過程，任何一個活動階段有問題都需要返回到可能導致問題的環(huán)節(jié)重新開始。在整個項目實施過程中，教師活動作為學生活動的基礎(chǔ)，需要提供豐富的教學資源、創(chuàng)意支架，指導學生設(shè)計與創(chuàng)作，支撐學生的創(chuàng)意生成、創(chuàng)新能力提升和高階思維發(fā)展;學生活動則以設(shè)計師的思考模式展開，學生作為設(shè)計師進行創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達和物化產(chǎn)品。

3.項目反思

在項目反思模塊中，教師對項目進行反思、改進與拓展，以促進項目的迭代生成。針對本項目，后期可以考慮將主題進一步放開，如只要求做有實用價值的木結(jié)構(gòu)，學生可以根據(jù)自己的喜好，確定具體的項目任務(wù)，更可以完全放開，由學生自己提出項目主題，根據(jù)自身情況制訂學習計劃，按需發(fā)展，實現(xiàn)個性化學習。在此基礎(chǔ)上，進一步實現(xiàn)課程統(tǒng)整，整合選修課程、社團課程等支撐學生的項目拓展探索，如對智能家居感興趣的學生可以通過三維設(shè)計與智造、Arduino創(chuàng)意機器人等選修課程、社團課程等進一步探究。

● 教學反思與建議

經(jīng)過一學期的項目化實踐探索，筆者認為指向思維培育的項目化學習模式是有效的，學生作品的創(chuàng)意設(shè)計水平有了明顯提升，圖樣表達和物化能力得到鍛煉，其計算思維、設(shè)計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，培養(yǎng)高階思維

基于高階思維培養(yǎng)，組織項目學習流程，重構(gòu)教師活動和學生活動。學生活動以設(shè)計師的思維方式開展項目，發(fā)展設(shè)計思維，教師活動則為學生活動提供保障和基礎(chǔ)，給予資源與創(chuàng)意支撐，引導學生活動順利進行。學生以設(shè)計師的身份進行創(chuàng)意生成、產(chǎn)品開發(fā)，在此過程中，“構(gòu)思”與“實現(xiàn)”是他們必須面對的兩個問題，“構(gòu)思”對應設(shè)計思維，而“實現(xiàn)”則更多地與計算思維相關(guān)聯(lián)，學生在理解和分析項目主題時發(fā)展計算思維之問題分析與分解能力，在調(diào)查體驗、共情需求、明確問題過程中發(fā)展計算思維之抽象轉(zhuǎn)化能力，在圖樣表達、圖形化編程、物化作品過程中發(fā)展計算思維之算法思維能力，在測試評估、展示交流中發(fā)展計算思維之概括與評估能力。

整個項目實踐過程，都要求學生具有全局觀，能利用系統(tǒng)分析的方法將復雜情境任務(wù)具體化，理解與分析項目主題，通過經(jīng)歷項目設(shè)計的一般過程，進行設(shè)計方案的多因素分析，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，并對技術(shù)方案做出性能和風險評估，發(fā)展工程思維。例如，在項目作品展示交流時，有一個小組總結(jié)的失敗經(jīng)驗教訓就是小組同時存在兩個方案，彼此都不能說服對方，導致最終沒有在課堂中完成模型的制作，而此過程就是方案的比較和權(quán)衡過程，教師引導學生體會，促進了工程思維的發(fā)展。

2.善用創(chuàng)意工具，支撐設(shè)計生成

設(shè)計思維在工業(yè)、藝術(shù)等領(lǐng)域都已具備完善的創(chuàng)新設(shè)計支持工具，但在教育領(lǐng)域并沒有得到很好的應用。教師需要借鑒設(shè)計思維在其他領(lǐng)域的成功經(jīng)驗，為學生提供相應的創(chuàng)意工具，以支撐其設(shè)計的生成，包括采用頭腦風暴法、九宮格法、世界咖啡法、同理心地圖、情境故事法等共情需求、明確問題，采用Scamper法、頭腦風暴法、用戶畫像等集思廣益、設(shè)計方案，采用可用性測試試驗、場景模擬、反饋圖等方法進行測試評估，采用項目學習手冊、情境故事法等方法進行項目拓展。實踐結(jié)果表明，項目主題不一樣，創(chuàng)意工具的選擇也應有所不同，本項目使用了同理心地圖工具幫助學生以人為本地考慮用戶的需求，若項目主題換成“創(chuàng)意小燈的設(shè)計與制作”，則使用頭腦風暴法和Scamper法進行效果要好得多，頭腦風暴法可以幫助學生擴散思維，通過交流、反思對比后，給自己帶來新的靈感。由美國心理學家羅伯特·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、改進調(diào)整、挪作他用等一系列有章可循的尋找設(shè)計機會的方法，可以為創(chuàng)意小燈的設(shè)計方案提供更多的可能性。

3.加深課程統(tǒng)整，促進個性發(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，將教學內(nèi)容重新整合，以某個課程為主開展項目學習，如本項目就是以通用技術(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)課堂中實施項目的。為促進學生的個性化發(fā)展，筆者認為可以嘗試在現(xiàn)有項目學習的基礎(chǔ)上，打通必修課程與校本選修課程、社團課程等，融合線上與線下學習，進一步加深課程整合。不同的校本選修課為學生的個性化項目學習提供了可能，學生根據(jù)自己的興趣選擇不同的課程以確定不同的項目主題，自定項目計劃;在必修課上教師提供必要的基礎(chǔ)知識和基本技能支持，學生利用豐富的學習資料和實踐場地開展項目;社團課程將促進學生創(chuàng)意設(shè)計的深度交流和持續(xù)生成。因此，深度融合課程體系能為學生的項目化實踐保駕護航，促進學生創(chuàng)新設(shè)計、實現(xiàn)產(chǎn)品，在此過程中發(fā)展設(shè)計思維、工程思維和計算思維，提升技術(shù)素養(yǎng)。

本文是2019年江蘇省基礎(chǔ)教育前瞻性教學改革實驗項目“設(shè)計與智造：統(tǒng)整理念下高中生學習方式的變革”階段性成果;江蘇省教育科學“十三五”規(guī)劃2020年度立項課題“基于計算思維的高中生設(shè)計與智造的項目化實踐研究”階段性成果，課題批準文號：D/2020/02/283;江蘇省教育科學“十三五”規(guī)劃2018年度青年專項重點資助課題“江蘇省高中STEM教育基地實驗項目的設(shè)計與實踐研究”階段性成果，課題批準文號：C-a/2018/02/19。