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本文已經(jīng)發(fā)表在《中國信息技術(shù)教育》2021年第23期！

技術(shù)素養(yǎng)導向的設(shè)計與智造教學策略

——以三維設(shè)計項目為例

無錫市第一中學 夏燕萍

【摘要】技術(shù)教育是素質(zhì)教育的基本組成部分，是培養(yǎng)學生技術(shù)素養(yǎng)的重要途徑。設(shè)計與智造是我校江蘇省基礎(chǔ)教育改革前瞻性項目的核心理念，旨在融合信息技術(shù)和通用技術(shù)課程、轉(zhuǎn)變高中生學習方式，培養(yǎng)能設(shè)計會智造的高素質(zhì)技術(shù)人才。本文以三維設(shè)計與智造課程為例，闡述了主要的教學策略是項目內(nèi)容的情境化和整體性、學習活動的實踐性和自主性、學習思維的可視化和深度化，學習評價的過程性和伴隨性。

【關(guān)鍵詞】設(shè)計與智造 技術(shù)素養(yǎng) 教學策略

【正文】

“設(shè)計與智造：統(tǒng)整理念下高中生學習方式的變革”于2019年獲批江蘇省前瞻性教學改革項目，擬解決的核心問題是如何培養(yǎng)高中生技術(shù)素養(yǎng)，提升高中生實踐創(chuàng)新能力。在近兩年的教學實踐中，我們首先開發(fā)了課程體系，以“設(shè)計與智造”項目融合信息技術(shù)和通用技術(shù)的必修、選擇性必修和選修模塊，積極探索國家課程的校本化實施，力求有效融合內(nèi)容相近、技術(shù)相通的課程模塊，濃縮課程精華，提高教學效率。其次是強調(diào)基于真實情境的“設(shè)計與智造”項目學習，將課程內(nèi)容與學生的生活、經(jīng)驗、情感和生命相連接，使學習更有意義，使學生更投入，從而促進學生深度學習，最大化地提高其技術(shù)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

“三維設(shè)計與智造”是一門校本融合課程，統(tǒng)整了通用技術(shù)和信息技術(shù)的學科內(nèi)容和育人目標。課程的宗旨是讓學生在教師的指導下，學習相關(guān)技術(shù)，并運用所學知識與技能，遵循設(shè)計思維的方法論，進行有目的的設(shè)計與智造，以形成具有一定功能或智能的電子作品或物化產(chǎn)品作為最終成果。在教學內(nèi)容方面，本課程融合了2017版高中通用技術(shù)課程標準中的必修模塊《技術(shù)與設(shè)計1》、《技術(shù)與設(shè)計2》，選擇性必修《技術(shù)與創(chuàng)造》系列模塊，以及高中信息技術(shù)的選擇性必修模塊《三維設(shè)計與創(chuàng)意》等的相關(guān)內(nèi)容，課程項目及統(tǒng)整模塊如圖所示。課程教學目標則是培養(yǎng)學生的信息意識和技術(shù)意識、計算思維和工程思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達和物化能力、信息社會責任等技術(shù)學科核心素養(yǎng)。

“三維設(shè)計與智造”課程的教學主要采用項目化學習，強調(diào)“做中學、學中做”的學習理念，引領(lǐng)學生在“設(shè)計與智造”的項目實踐過程中學會“設(shè)計與智造”。課程的教學策略主要是項目內(nèi)容的情境化和整體性、學習活動的實踐性和自主性、學習思維的可視化和深度化，學習評價的過程性和伴隨性。通過教與學方式的統(tǒng)整與變革，引導學生實現(xiàn)技術(shù)知識與實踐技能的遷移，思維水平和技術(shù)素養(yǎng)的提高。

一、項目內(nèi)容的情境化和整體性，有助于建構(gòu)系統(tǒng)的知識技能結(jié)構(gòu)。

項目學習是一種系統(tǒng)化的教學方法，通過一個基于真實情境的、較復雜的問題或任務(wù)，引導學生進行問題解決、產(chǎn)品設(shè)計、或調(diào)研活動等，最終以問題解決方案、作品、產(chǎn)品等形式提交成果。“三維設(shè)計與智造”課程中的項目主要基于學生生活經(jīng)驗，首先通過七巧板、魯班鎖、骰子、花瓶、手機支架等小型設(shè)計項目，讓學生逐步了解三維設(shè)計軟件的功能，學會基本的建模操作和設(shè)計思維方法。然后通過臺燈設(shè)計（半開放）和文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計（全開放）這兩個大項目，與通用技術(shù)必修課融合，讓學生充當設(shè)計師、工程師等角色，體驗產(chǎn)品設(shè)計的全過程，通過解決各種實際問題，整合所學的技術(shù)知識與技能，綜合運用設(shè)計思維、工程思維和計算思維等方法，設(shè)計出產(chǎn)品模型，進而提交物化產(chǎn)品。

知識和技能具有情境性，只有與真實的情境聯(lián)系起來才容易被學生理解和運用，學習才會真正地發(fā)生。真實的情境將抽象的知識、技能與形象的應(yīng)用場景聯(lián)系起來，將枯燥的課本理論與生動的實踐運用聯(lián)系起來，使學生直觀感受到知識、技能的豐富內(nèi)涵和價值意義，是知識技能通往核心素養(yǎng)的重要途徑。七巧板是學生熟悉的創(chuàng)意玩具。在三維建模軟件中設(shè)計和拼接七巧板，需要用到實體分割、草圖拉伸、實體上色和移動等操作。作為建模入門的小項目，七巧板可以拼接成各種動物、人物和建筑圖形，使學生對實體移動操作樂此不疲，而且他們會根據(jù)拼接移動的場景靈活地選擇點到點移動、動態(tài)移動這兩種方式，熟練地掌握了最基本的建模操作，為后續(xù)學習奠定了基礎(chǔ)。

知識和技能具有整體性。知識和技能是人類認識與改造自然、社會的成果或結(jié)晶，而自然世界、人類社會的所有事物之間都有著千絲萬縷的聯(lián)系，具有一定的整體性和系統(tǒng)性。學習的實質(zhì)就是知識的建構(gòu)和組織。而項目學習的真實情境特性，又決定了項目中涉及的知識技能具有跨學科性、復雜性和綜合性。創(chuàng)意小臺燈項目是高一通用技術(shù)必修一的經(jīng)典項目，其中包含設(shè)計的流程、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、材料和工藝等通用技術(shù)主干內(nèi)容，又涉及升壓電路、電子元件、聲光電傳感器、電子控制系統(tǒng)等物理知識。本課程的項目進度則與通用技術(shù)課一致，指導學生采用3D軟件設(shè)計臺燈的底座、支撐和燈罩，幫助學生把組件打印出來后用于臺燈的后期組裝，從而完成一個跨越三個學科（物理、通用技術(shù)和信息技術(shù)）、歷時兩個多月（16課時）的頗具挑戰(zhàn)性的綜合項目。依托臺燈項目學習，可以讓學生在整體中、在聯(lián)系中、在比較中學習，將已有的各學科知識與新知識融匯貫通，形成立體、開放、系統(tǒng)的知識技能結(jié)構(gòu)。

二、學習活動的實踐性和自主性，有助于形成良好的自主學習品質(zhì)。

素養(yǎng)導向的技術(shù)課程強調(diào)實踐學習，設(shè)計與智造的項目學習強調(diào)做中學、學中做，強調(diào)手腦并用、知行合一，是典型的實踐學習。在項目活動的過程中，學生是實踐學習的主體，會遭遇各種問題和挑戰(zhàn)。他們要用眼觀察、用手操作、用嘴交流、用耳傾聽、用腦思考，鍛煉自己的觀察、動手、表達、思維等能力，全身心地感受完整的項目過程，內(nèi)化知識與技能，理解技術(shù)的本質(zhì)與價值，從而實現(xiàn)技術(shù)素養(yǎng)的提升。例如，魯班鎖是一種益智玩具，與中國古代建筑中的榫卯結(jié)構(gòu)頗有淵源。這個項目的開篇環(huán)節(jié)就是玩轉(zhuǎn)魯班鎖，讓學生領(lǐng)會其中蘊含的設(shè)計智慧、嚙合技巧和關(guān)鍵工藝。建模環(huán)節(jié)中的重難點——DE面偏移、圓角造型就是為了解決鎖棒之間的嚙合問題。在學生遭遇問題時，教師的適時點撥和微課演示，正好讓學生有的放矢、學以致用。這正是體現(xiàn)了設(shè)計的功能性和技術(shù)的價值性，對學生技術(shù)意識、設(shè)計思維和物化能力等都有啟發(fā)和提升。

以實踐為主的設(shè)計與智造項目學習需要網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支持。其一，實踐學習的特點決定了學生的進度無法整齊劃一。因此，教師借助網(wǎng)絡(luò)課堂提供項目學案、微課等多媒體學習資源，對支持學生的數(shù)字化學習具有重要作用。其二，網(wǎng)絡(luò)課堂組建了線上的學習共同體，有助于學生們的作品交流，也營造了競爭與合作的學習氛圍。其三，網(wǎng)絡(luò)課堂的積分制、創(chuàng)意值能夠滿足學生的表現(xiàn)欲和成就感，有助于培養(yǎng)學習的自主性，也為教師提供過程性評價依據(jù)。“三維設(shè)計與智造”課程采用了3Done學習社區(qū)提供的學校SIM云平臺，能全方位滿足學校在課程資源管理、班級學生管理、作業(yè)作品管理、比賽活動組織等方面的需求，使用效果良好。

素養(yǎng)導向的技術(shù)課程強調(diào)自主學習，設(shè)計與智造的項目學習成效主要取決于學生的自主學習品質(zhì)，如學習的主動性、獨立性、專注度、自制力和責任心等。自主學習是一種元認知監(jiān)控的學習，主要體現(xiàn)在學生的自我規(guī)劃、自我調(diào)整、自我評價和自我管理上。在教學中，教師要對學生的學習潛能給予充分的信任，對學生學習的獨立性給予足夠的尊重，把學習的主動權(quán)和責任權(quán)還給學生，堅持以學論教、因?qū)W定教，實現(xiàn)“少教多學”和“教是為了不教”。

因此，設(shè)計與智造的項目為學生的自主學習提供一定的選擇性和開放度，使學習更有意義，學生更有責任。在項目學習中，技術(shù)領(lǐng)域的核心概念、主干知識和關(guān)鍵技能是確定不移的，而產(chǎn)品的外觀、材料和工藝等因素則是可以由學生自主決定的，臺燈項目就是如此。再如，花瓶設(shè)計項目中，教師通過微課講解了實體組合、旋轉(zhuǎn)造型、放樣造型、掃掠與變形等主要造型方法，最終學生提交的作品只要能靈活運用這些方法，設(shè)計出不同于教師樣例的花瓶造型，就證明其掌握了技術(shù)要領(lǐng)，完成了項目作品。當學生被賦予了一定的選擇權(quán)和自由度，就更容易發(fā)現(xiàn)學習的意義，體驗創(chuàng)造的樂趣，形成較強的自我學習效能感，具備良好的自主學習品質(zhì)。又如校園文創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計是個全開放的項目，從主題、設(shè)計軟件，到材料、工藝都是開放的。學生們設(shè)計了回形針、手賬本、手機殼、校慶徽章、收納盒等多種作品，用到了平面及三維設(shè)計、激光切割等軟件，材料有3D打印的PLA塑料、激光切割的椴木板、亞克力板等等。教師只是在課上提到了激光切割軟件，提供了兩節(jié)微課，學生就能舉一反三，創(chuàng)意無限，令人驚喜。

三、學習思維的可視化和深度化，有助于培養(yǎng)良好的技術(shù)創(chuàng)新思維。

設(shè)計與智造是一種從理論到實踐，從思維到行為的實踐學習活動過程。技術(shù)素養(yǎng)導向的設(shè)計與智造項目關(guān)鍵是培養(yǎng)學生的設(shè)計思維、工程思維和計算思維能力。設(shè)計思維是一種以人為本的產(chǎn)品設(shè)計態(tài)度與方法，具有普遍適用性和跨學科跨領(lǐng)域的特點，是一種可以發(fā)現(xiàn)問題解決方案、并以多種方式激發(fā)創(chuàng)新思維的途徑。國際上普遍認同的設(shè)計思維包括同理心、需求定義、方案構(gòu)思、快速原型和測試迭代這五個階段。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，在產(chǎn)品的方案構(gòu)思及權(quán)衡時都要用到。計算思維是個體運用計算機科學領(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。在面對復雜的問題情境，對其進行抽象、分解和建模的過程中，我們都在運用計算思維。這三種思維方式的綜合運用有利于打造良好的技術(shù)創(chuàng)新思維，有利于提升學生技術(shù)創(chuàng)新素養(yǎng)。

素養(yǎng)導向的項目教學要注重思維的可視化。思維可視化是指運用一系列圖表技術(shù)把本來不可視的思維(思考方法和思考路徑)呈現(xiàn)出來，使其清晰可見的過程。被可視化的“思維”更有利于理解和記憶，可以有效提高信息加工及知識傳遞的效能。在項目教學中，我們使用思維導圖、概念圖整理知識體系；采用同理心地圖分析用戶、發(fā)現(xiàn)問題；使用九宮格法、SCAMPER法發(fā)散思維、集思廣議；通過用戶畫像、KANO模型進行方案的比較權(quán)衡；運用草圖繪制、三維軟件、物理模型給出快速原型……為學生的設(shè)計與智造活動提供了多種學習腳手架和可視化工具，有效地幫助學生完成項目挑戰(zhàn)。

素養(yǎng)導向的項目教學要注重思維的深度化，即促進學生的深度學習，提升學生的思維水平。事實上，項目活動的真實情境和復雜問題正是促使學生多角度、多層次分析問題、深入思考的源動力。項目內(nèi)容的整體性又能使學生把握學科核心概念和主干知識，理解學科特有的思維方式及其價值內(nèi)涵，建構(gòu)較完整、開放而有深度的知識體系。例如，在創(chuàng)意臺燈項目中有兩條學習線路。明線是學習活動，以臺燈為載體，學生運用設(shè)計思維、工程思維等方法進行產(chǎn)品設(shè)計，體驗了產(chǎn)品設(shè)計的一般過程，學會了電子電路的焊接，實現(xiàn)了臺燈主要部件的設(shè)計與裝配。暗線是思維過程，學生在項目實踐中了解了結(jié)構(gòu)、流程和系統(tǒng)等通用技術(shù)核心概念和基本原理，形成了技術(shù)價值、系統(tǒng)思想、設(shè)計創(chuàng)新等觀念，初步具備了工程建模、權(quán)衡決策、改進優(yōu)化等技術(shù)思想和方法，培養(yǎng)了創(chuàng)造性思維和批判性思維等思維品質(zhì)。

四、學習評價的過程性和伴隨性，有助于教學相長與質(zhì)量提升。

素養(yǎng)導向的項目學習強調(diào)過程性評價。由于設(shè)計與智造項目具有較強的技術(shù)實踐性和設(shè)計階段性，不能單單從項目成果來評價學習質(zhì)量。以創(chuàng)意臺燈項目的評價為例，早期的1.0版就是根據(jù)臺燈成品打分的。中期的2.0版根據(jù)臺燈的設(shè)計草圖和臺燈成品綜合打分。目前的3.0版采用了項目學習手冊，按照設(shè)計思維的一般過程，記錄了學生各階段的學習數(shù)據(jù)和圖表，包括發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計分析（概念圖）、明確問題、方案構(gòu)思（SCAMPER法、頭腦風暴）、方案權(quán)衡（KANO模型）、方案呈現(xiàn)（草圖、三視圖等）、模型制作（工具、材料、照片等）、作品評價（自評、互評和師評雷達圖）、附錄（相關(guān)學習材料）。學習手冊全方位的真實記錄了學生的項目學習過程和成果，既有助于教師從技術(shù)意識、工程思維、圖樣表達、物化能力和創(chuàng)新設(shè)計這五個核心素養(yǎng)維度來客觀評價學生學業(yè)質(zhì)量，也幫助教師診斷項目實施的質(zhì)量，以便對項目的設(shè)計進行改進和優(yōu)化。

素養(yǎng)導向的項目學習期待伴隨式評價。“伴隨式評價”有三大特征：第一，伴隨生活全領(lǐng)域；第二，伴隨學習全過程；第三，伴隨個體自適應(yīng)。而要實現(xiàn)“伴隨式評價”信息技術(shù)是不可或缺的。伴隨式評價在數(shù)字時代迎來了發(fā)揮作用的機會，因為數(shù)字時代才能實時的監(jiān)控數(shù)據(jù)和反饋，很多評價才能實時發(fā)生。設(shè)計與智造項目的學習過程一般比較長，從1課時到16課時不等，伴隨式評價能夠及時幫助師生及時發(fā)現(xiàn)問題、調(diào)整方法、改善學習，起到非常關(guān)鍵的反饋、激勵、調(diào)控和導向的作用。目前還沒有理想的網(wǎng)絡(luò)平臺能支持伴隨式評價。三維設(shè)計與智造課程是借助前文所述3Done學習社區(qū)中的學校SIM云平臺，關(guān)注學生的線上學習狀況，及時評價和交流。

綜上所述，學科活動是技術(shù)素養(yǎng)形成的主要路徑，項目學習是設(shè)計與智造課程的主要學習活動和學習方式。在項目內(nèi)容中突出情境性和整體性，有助于知識建構(gòu)；在項目實施中強調(diào)實踐性和自主性，可改善學習品質(zhì)；在項目教學中注重可視化和深度化，可提高思維能力；在項目評價中重視過程性和伴隨性，有利于質(zhì)量提升。在設(shè)計與智造課程中，只有妥善實施上述教學策略，才能真正培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設(shè)計能力，提升技術(shù)素養(yǎng)。

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本文系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”的階 段性成果。