文云全

(江蘇省啟東中學，江蘇 南通 226200)

學科融合已成為新課程改革的發(fā)展趨勢和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要載體。中學通用技術與物理學科均為國家課程方案中的必修課程，兩門學科之間存在諸多相近或關聯(lián)之處，許多教師致力于這兩門學科的融合，以更好地促進學生的發(fā)展。[1][2]然而，由于教育理念、學科性質、實施設備、評價要求、師資隊伍等多種因素影響，通用技術與物理學科之間往往只是以簡單相加的形式結合，學科融合難以真正發(fā)生。學科融合不是簡單的跨學科教育，[3]學科融合真正發(fā)生需要適切的項目實施平臺和策略。

筆者以自主開發(fā)并收錄于《融浸：STEM項目案例薈萃》一書的“易剎車輪”思創(chuàng)項目為例，[4]談談促進通用技術與物理學科融合的實踐與思考，以期能為學生提升綜合素質，發(fā)展核心素養(yǎng)，促進他們全面而有個性發(fā)展，為教師開展跨學科教育提供參考。

1 思創(chuàng)教育與通用技術和物理的內在關聯(lián)

“思”是指動腦思考，進行科學思維；“創(chuàng)”是指動手實踐，創(chuàng)新創(chuàng)造。思創(chuàng)結合，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)造教育理念指導下，以發(fā)展科學思維和創(chuàng)新創(chuàng)造能力為核心，采用項目學習和STEM活動方式，在生產、生活、工作和學習中提出真實問題，通過問題聚焦、分析構想、設計制作、展示評價、拓展應用等環(huán)節(jié)加以創(chuàng)造性解決，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。思創(chuàng)教育一般通過校本課程開發(fā)，以項目化、特色化、跨學科融合等方式進行，具有綜合性、實踐性、探究性和創(chuàng)新性等特點。思創(chuàng)項目是實施思創(chuàng)教育的重要載體，需要跨學科融合，尤其需要通用技術與物理學科的融合。

從核心素養(yǎng)視角看，思創(chuàng)教育與通用技術和物理學科之間存在著非常緊密的內在關聯(lián)。通用技術學科核心素養(yǎng)包括技術意識、工程思維、創(chuàng)新設計、圖樣表達和物化能力，物理學科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度與責任。不難看出，思創(chuàng)教育的問題聚焦、分析構想、設計制作、展示評價、拓展應用等環(huán)節(jié)均與通用技術和物理學科核心素養(yǎng)之間有著不同程度的內在關聯(lián)(圖1)。

圖1

結合“易剎車輪”案例來看,為實現(xiàn)思創(chuàng)育人目標，按照思創(chuàng)項目實施過程的一般環(huán)節(jié)與通用技術和物理學科核心素養(yǎng)的內在關聯(lián)，“易剎車輪”項目選取并聚焦路面交通事故中的“擅闖”(擅自闖入)問題，重點從客觀車輛因素——與車輪有關的剎車問題導致的擅闖入手，開發(fā)設置了五個環(huán)節(jié)共11項活動，畫出“易剎車輪”思創(chuàng)項目的STEM活動地圖(圖2)?！耙讋x車輪”思創(chuàng)項目以“擅闖”問題為主線，借助通用技術與物理學科核心素養(yǎng)的內在關聯(lián)設置相應項目環(huán)節(jié)和活動方案，從而達成思創(chuàng)項目的各項目標，同時促進通用技術與物理的學科融合真正發(fā)生。

圖2

2 思創(chuàng)教育促進通用技術和物理融合的活動設計

讓通用技術與物理的學科融合真正發(fā)生，服務思創(chuàng)教育項目的活動需要根據思創(chuàng)項目與兩學科核心素養(yǎng)之間的內在關聯(lián)，結合新時代教育背景與新課程改革要求，深入分析學科融合的育人內涵，因地制宜地發(fā)揮相關教育資源優(yōu)勢，從目標、內容、過程和評價等方面著手進行活動設計。

2.1 目標共建，發(fā)掘核心素養(yǎng)交叉點

目標確立是思創(chuàng)活動設計的關鍵。打通學科間的壁壘，首先是找準學科間的相似之處、相向之處、相通之處。核心素養(yǎng)是學科育人的靈魂和重點，讓通用技術與物理的學科融合真實發(fā)生，首先需要從兩學科的核心素養(yǎng)出發(fā)，發(fā)掘其中的交叉點，然后分析其與思創(chuàng)項目相關環(huán)節(jié)之間的內在聯(lián)系，從而共建思創(chuàng)項目活動的目標。通用技術與物理學科核心素養(yǎng)的交叉點，正是思創(chuàng)項目活動目標建立的切入點。如物理觀念與技術意識、科學探究與創(chuàng)新設計和圖樣表達、科學態(tài)度與責任與物化能力等，都有著不同程度的交叉；科學思維與工程思維都以思維方法和領悟創(chuàng)意為核心，特別是在創(chuàng)新設計為目標指向的構思中，通過啟發(fā)引導，產生靈感，形成問題解決的優(yōu)化方案，可以更好地促進學生的思維發(fā)展和個性養(yǎng)成。據此，在“易剎車輪”項目中，根據通用技術與物理學科核心素養(yǎng)的交叉之處，包括觀念、意識責任、科學創(chuàng)新思維、動手探究實踐等要素共建目標。一是通過動手實驗，學習運用DIS(數字化實驗系統(tǒng))及相關傳感器，體驗與摩擦力、牛頓運動定律、電磁感應、技術與設計、測量統(tǒng)計、函數、算法初步、分類討論、圖表分析、數形結合、轉化與化歸、信息搜索等相關的知識和技能；二是通過軟件仿真，學會運用iRobotQ3D仿真機器人軟件，探究影響剎車距離的因素；三是通過創(chuàng)新研究，運用工程思維和技術創(chuàng)新方法，設計科學合理的“易剎車輪”方案，并論證其可行性；四是通過動手制作，運用相關器材和工具制作“易剎車輪”項目的模型，或運用3D打印技術將“易剎車輪”項目的關鍵結構打印出來(圖3)。除了相關知識和技能的學習、器材的選擇和工具的使用外，還可以根據創(chuàng)新設計和拓展研究需要，學習傳感器、無線傳輸、單片機、自動控制、圖像識別等技術，以及工程報告書的撰寫等。

圖3

當然，除通用技術與物理共建目標以外，思創(chuàng)項目的活動目標確立還應在充分的學情分析基礎上進行，考慮與主題相關的學科核心素養(yǎng)以及思創(chuàng)項目的特點和育人訴求。一是根據創(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；二是根據立德樹人根本任務的要求，確立德育或其他綜合性活動育人目標；三是結合除主體學科以外的其他關聯(lián)學科特點和核心素養(yǎng)要求，確立多學科融合、多維度建構、多渠道育人的多元立體活動目標。中學思創(chuàng)項目實踐往往需要多學科融合，可依托STEAM(科學、技術、工程、藝術和數學)項目開展，不僅涉及通用技術、物理、數學等多門學科的知識原理和技術方法，還要求緊緊圍繞問題解決過程，收集整理信息，生成新型、獨特和可行的解決方案，并通過研討論證和實踐檢驗，不斷進行優(yōu)化改進，同時體現(xiàn)問題解決的新型性、創(chuàng)造性、實用性和可行性，這就與普通的STEAM項目中的多學科融合不同，思創(chuàng)項目要求把創(chuàng)新作為靈魂，培養(yǎng)具有科學家潛質的創(chuàng)新人才。

2.2 內容共生，打通問題解決關鍵點

活動內容是思創(chuàng)項目設計的主體，國家課程內容確定原則除思想性、時代性、基礎性、選擇性外，還包括關聯(lián)性，關注學科間的聯(lián)系與整合，而思創(chuàng)課程項目活動內容的確定也不例外。同時思創(chuàng)項目活動設計還需要以解決真實問題為主線，運用相關學科知識、方法，打通學科之間有利于問題解決的關鍵點，開發(fā)基于問題解決、利于學科共生發(fā)展的活動內容?！耙讋x車輪”基于生活中的交通問題，不僅真實，有一定的挑戰(zhàn)性，而且與通用技術和物理有著相當緊密的聯(lián)系，屬于典型的共生內容。思創(chuàng)項目往往需要讓學生在生活中尋找發(fā)明課題、解決真實問題，這不僅可以讓學生通過實際運用鞏固知識，讓理論與實踐相結合，增強物理觀念，還能培養(yǎng)技術意識，提升觀察思考能力、創(chuàng)新思維能力、動手操作能力，同時還能在工程問題構思與設計過程中，通過科學知識與探究方法的運用，培養(yǎng)學生的科學思維能力、創(chuàng)新設計能力、圖樣表達能力和綜合實踐能力。

“易剎車輪”項目在分析構想環(huán)節(jié)活動設計時，為讓調查體驗助力問題分析與創(chuàng)造性方案構想，促進通用技術與物理相關知識技能的共生發(fā)展，設計了“測量車速”活動。活動提供的器材包括車輪、馬達、電池盒、電池、軟尺、DIS軟件、光電門傳感器、小磁塊、雙面膠等，要求學生研討：測量車速的方法有哪些？(如利用估測、速度計、計時器、光電門、頻閃照相、運動軌跡、旋轉齒輪、旋轉轉筒、電流計、電磁流量計、單擺、脈沖信號、多普勒效應、旋轉光源、激光散斑等)如何讓測量車速更加準確而省力？在此基礎上設計測量方案并實際動手體驗操作?；顒硬粌H涉及車速測量的原理、誤差分析、數據處理等物理知識與方法，還涉及傳感器、信息技術、機械結構等技術手段。同時，本活動依托實驗專用軟件及計數傳感器，為師生探究活動提供數據采集與處理的互動式精確化探究實驗平臺。數字化探究實驗與傳統(tǒng)實驗相比具有獨特的優(yōu)越性，使實驗效率得到空前提高，在切實減輕學生負擔的同時，為培養(yǎng)學生的探究能力、創(chuàng)新能力提供了整體解決方案。數字化探究實驗創(chuàng)設了以綜合、探究、創(chuàng)新為理念的新課程實驗教學環(huán)境，有利于實施自主、合作探究等學習方式。

2.3 過程共軸，抓住知行合一關聯(lián)點

圖4

思創(chuàng)項目中設計共軸活動過程，需要兼顧活動主線、原則和策略。一是在思創(chuàng)活動主線上，需要讓問題解決、活動體驗、學科核心素養(yǎng)發(fā)展和綜合素質提升全程共軸，互相促進。二是在思創(chuàng)活動原則上，需要抓住知行合一關聯(lián)點。思創(chuàng)項目活動設計需要體現(xiàn)動手與動腦的結合、科學與技術的結合、抽象與具體的結合、知識與能力的結合、思維與行動的結合，讓通用技術與物理等相關學科真正融合，從而突破問題解決中概念和原理理解的難點。三是在思創(chuàng)活動策略上，需要在知行合一理念指導下，加強學生手腦并用訓練，發(fā)動學生開展發(fā)明創(chuàng)造，自制教具學具，盡量讓學生多參與實驗，多動手操作，讓通用技術和物理學習與生產生活實際緊密聯(lián)系，自然實現(xiàn)理論與實踐結合、感性與理性結合、課內與課外結合，從而真正實現(xiàn)讓教育與生產勞動相結合，促進學生綜合素質提升。

2.4 評價共融，培植創(chuàng)新發(fā)展生長點

評價是教育實施有效性的工具、結果和保障。如“易剎車輪”項目設置了“易剎車輪展示與評價”活動，本環(huán)節(jié)是在項目報告撰寫完成的基礎上，讓學生分享設計過程、展示設計成果，并開展針對研究小組和研究作品的評價。教師帶領學生回顧整個思創(chuàng)活動過程，撰寫“易剎車輪”項目報告。然后分享設計過程，展示設計成果，并按照“易剎車輪”項目的新穎性、創(chuàng)造性、實用性、科學性、可行性、完整性、融合性、合作性、美觀性、有效性等方面進行評價。

基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的思創(chuàng)項目的核心作用在于培植創(chuàng)新發(fā)展的生長點，而它具有的跨學科性和綜合性決定了其評價原則、要素和方式的多元共融。一是在評價原則上，需要體現(xiàn)過程性、發(fā)展性和激勵性共融。學生核心素養(yǎng)的發(fā)展是漸進過程，深刻體會到真實物理情境在發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)上的作用。評價任務設計應該符合中學生的認知特點，能提高學生在物理情境中提取信息、建立模型、分析綜合、創(chuàng)造性地解決實際問題的能力。二是在評價要素上，需要體現(xiàn)知識與能力、共性與個性、過程與結果共融。進行基于核心素養(yǎng)的教育，不但要讓學生掌握知識與技能，更強調通過實踐探究，實現(xiàn)全面發(fā)展和終身學習，尤其要重視人與社會之間的協(xié)調發(fā)展。[5]三是在評價方式上，需要體現(xiàn)形成性與表現(xiàn)性、自評與互評、定性與定量共融。無論何種評價方式，均需要有利于啟迪好奇心，培育想象力，激發(fā)創(chuàng)造力，讓學生敢于批判質疑，探索解決問題，勤于動手，善于反思，具有一定的創(chuàng)新精神和實踐能力。

3 結語

通用技術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, 但是如果技術學習初期就強調創(chuàng)造，學習的知識積累極易形成空中樓閣。[6]科學將繼續(xù)從分化、深入走向交叉、綜合、統(tǒng)一，從簡單有序走向復雜有序，這讓科學與技術整合發(fā)展具有更加廣闊的天地，也為思創(chuàng)教育促進學科融合創(chuàng)造了更多更好的機會。無論涉及多少學科融合，思創(chuàng)教育都應依托項目活動，以問題為導向，讓學生在實踐動手與問題解決的過程中，不斷養(yǎng)成社會化品格和創(chuàng)造性思維，以及責任態(tài)度和擔當精神，為培養(yǎng)創(chuàng)新人才奠定基礎。