通用技術(shù)線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究
——以高一《通用技術(shù)（必修二）》“系統(tǒng)的優(yōu)化”教學(xué)為例

邱 博

（沈陽市第十五中學(xué)）

信息技術(shù)的發(fā)展給教育的發(fā)展帶來了契機(jī)，也帶來了挑戰(zhàn)。對(duì)于高中通用技術(shù)學(xué)科而言，要利用信息技術(shù)，打破傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境對(duì)通用技術(shù)學(xué)習(xí)場(chǎng)所的依賴和單純的物理因素對(duì)通用技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境的束縛，努力建設(shè)通用技術(shù)線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，為教師的教與學(xué)生的學(xué)提供便利。

一、通用技術(shù)線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的研究現(xiàn)狀

目前，高中通用技術(shù)課堂教學(xué)環(huán)境存在一些問題，例如：有的學(xué)校通用技術(shù)課程的教學(xué)設(shè)施不全，沒有專門的通用技術(shù)教室，所有的學(xué)習(xí)和實(shí)踐都是在普通教室完成的，并且缺少大量的實(shí)踐操作工具；高中通用技術(shù)課程課時(shí)安排不足，每周只有一節(jié)課，在有限的課堂教學(xué)時(shí)間很難完成教學(xué)任務(wù)，不能給予學(xué)生足夠的時(shí)間進(jìn)行探索與實(shí)踐，也無法保證深層學(xué)習(xí)中學(xué)生的思考時(shí)間；課堂中固定的教學(xué)空間難以支持合作探究型的學(xué)習(xí)活動(dòng)，等等。為了能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生“用技術(shù)”分析和解決問題的思維方式，使學(xué)生獲得高品質(zhì)的學(xué)習(xí)結(jié)果，對(duì)于通用技術(shù)線上學(xué)習(xí)環(huán)境的探索與研究是必不可少的。

筆者通過文獻(xiàn)檢索法得出，目前學(xué)術(shù)界對(duì)通用技術(shù)課程學(xué)習(xí)環(huán)境的關(guān)注度越來越高，相關(guān)研究大致可分為三類：第一類是硬件方面的研究，針對(duì)通用技術(shù)的教室裝備及空間設(shè)計(jì)方面，可稱其為必要條件；第二類是信息技術(shù)應(yīng)用方面的研究，針對(duì)的是信息技術(shù)與通用技術(shù)教學(xué)環(huán)節(jié)的有效整合，可稱其為優(yōu)化條件；第三類是應(yīng)用于課堂學(xué)習(xí)環(huán)境的虛擬學(xué)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與使用方面的研究，可稱其為媒體條件。

本文著眼于線上層面的通用技術(shù)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模式的研究，簡(jiǎn)稱為線上層面，也可稱為通用技術(shù)線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模式。該模式主要為通用技術(shù)線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境規(guī)范化的設(shè)計(jì)流程以及明確的設(shè)計(jì)過程，旨在促進(jìn)通用技術(shù)課堂充分合理利用信息網(wǎng)絡(luò)，獲取更加先進(jìn)的教學(xué)資源，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和獨(dú)立解決問題的能力，從而使學(xué)生各方面素養(yǎng)得到發(fā)展，提高教學(xué)質(zhì)量。

二、通用技術(shù)線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)

（一）研究通用技術(shù)線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模式的必要性

筆者通過對(duì)“喬納森建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)”的研究分析，發(fā)現(xiàn)“喬納森建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)”只提出設(shè)計(jì)的要素（包括問題、情境等），而并沒有給出設(shè)計(jì)模式，看不到要素之間的關(guān)系。華東師范大學(xué)李妍博士對(duì)“喬納森建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境”進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提出了包括問題、案例等七大方面的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)要素；但是，我們也沒有看到一個(gè)規(guī)范化的設(shè)計(jì)過程和明確的設(shè)計(jì)流程。因此，本文受教學(xué)設(shè)計(jì)到教學(xué)模式的形成過程啟發(fā)，提出線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模式的概念。同時(shí)，針對(duì)通用技術(shù)學(xué)科的特點(diǎn)，構(gòu)建能夠支持通用技術(shù)學(xué)科高階思維發(fā)展的線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模式，以期解決通用技術(shù)課堂學(xué)習(xí)環(huán)境不足的問題。

（二）通用技術(shù)線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模式分析

教師在設(shè)計(jì)線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境模式時(shí)，要將各種支持性條件（例如問題情境、資源工具、支架、案例等要件）圍繞著學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)整，并對(duì)各個(gè)要素進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種對(duì)各種支持性條件的統(tǒng)整結(jié)果就產(chǎn)生各種各樣的線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模式。線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模式簡(jiǎn)化了教學(xué)實(shí)施的難度，具有很強(qiáng)的操作性，是線上數(shù)字化學(xué)習(xí)的規(guī)范化操作指南，具體模式如圖1所示。

圖1 通用技術(shù)線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)模式

1.問題重塑

問題重塑是設(shè)計(jì)者在對(duì)于教學(xué)任務(wù)、教學(xué)目標(biāo)的整體把握下，了解學(xué)習(xí)者的興趣、己有經(jīng)驗(yàn)、風(fēng)格、特點(diǎn)，分析問題的情境、表述和操作空間，將重塑分析出的問題要素整合成一個(gè)完整、具體問題的過程。

2.問題呈現(xiàn)

問題呈現(xiàn)階段，教師需要提前設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，包括：以什么方式呈現(xiàn)問題？學(xué)生已有的背景知識(shí)是什么？通過解決這個(gè)問題學(xué)生應(yīng)達(dá)到哪些目標(biāo)？幫助學(xué)生知道可以采取哪些途徑獲得資料？如何確定問題被解決？教師通過對(duì)以上問題的思考，設(shè)計(jì)出學(xué)習(xí)情境、學(xué)習(xí)資源、認(rèn)知工具、學(xué)習(xí)支架、學(xué)習(xí)案例等。

3.問題分解

問題分解階段的重點(diǎn)是分解問題序列，教師指導(dǎo)學(xué)生如何切入問題——學(xué)生通過調(diào)查研究、收集與共享信息，理解、分析與技術(shù)問題相關(guān)的背景知識(shí)；學(xué)生通過角色扮演、分析問題，了解該技術(shù)引起的問題成因及影響；學(xué)生產(chǎn)生解決方案。這一階段，最關(guān)鍵的是教師要賦予學(xué)生問題解決者的角色，這樣他們就能自然地投入到問題情境中去。

4.交流展示

交流展示包括學(xué)生通過討論或辯論的方式陳述觀點(diǎn)、學(xué)生撰寫案例分析報(bào)告等，對(duì)該環(huán)節(jié)的具體設(shè)計(jì)策略本文將在“關(guān)鍵要素設(shè)計(jì)”部分進(jìn)行表述。之后是學(xué)習(xí)效果形成性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，雖然在這里設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)效果形成性評(píng)價(jià)的環(huán)節(jié)，但實(shí)際上學(xué)習(xí)效果形成性評(píng)價(jià)貫穿整個(gè)教學(xué)過程的始終，是針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評(píng)價(jià)，教師要及時(shí)適當(dāng)?shù)貙?duì)學(xué)生階段性學(xué)習(xí)成果給予適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)與指導(dǎo)。由于該模式是促使學(xué)生在學(xué)習(xí)環(huán)境的支持下建構(gòu)知識(shí)、自主探索認(rèn)知，及時(shí)的評(píng)價(jià)與指導(dǎo)可以幫助學(xué)生把握學(xué)習(xí)方向而不偏離學(xué)習(xí)內(nèi)容。

三、通用技術(shù)線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)用案例

高一《通用技術(shù)》必修模塊“技術(shù)與設(shè)計(jì)2”第三單元第二節(jié)“系統(tǒng)的優(yōu)化”主要是讓學(xué)生“理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義，能結(jié)合實(shí)例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素”。

（一）教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能：理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義；能分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的各個(gè)因素之間存在相互關(guān)聯(lián)、相互制約的關(guān)系；能夠?qū)σ粋€(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)運(yùn)用最優(yōu)化的方法進(jìn)行分析。

過程與方法：培養(yǎng)自主探究、協(xié)作學(xué)習(xí)的能力；學(xué)會(huì)多角度、多方位思考問題，發(fā)展辯證思維能力，用發(fā)展、聯(lián)系的觀點(diǎn)看待多元素之間的關(guān)系。

情感態(tài)度與價(jià)值觀：體驗(yàn)系統(tǒng)優(yōu)化的意義，把系統(tǒng)優(yōu)化的思想延伸到整個(gè)生活和學(xué)習(xí)當(dāng)中。

（二）問題重塑

由于本節(jié)課的重點(diǎn)是能分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的各個(gè)因素之間存在相互關(guān)聯(lián)、相互制約的關(guān)系，能夠?qū)σ粋€(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)運(yùn)用最優(yōu)化的方法進(jìn)行分析?；诖耍P者考慮到幾乎每個(gè)人都有過交通堵塞的體驗(yàn)，因此本節(jié)課期望通過解決“影響交通堵塞的因素有哪些及相互關(guān)系、緩解交通堵塞的辦法”等問題，完成該節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（三）問題呈現(xiàn)

問題呈現(xiàn)階段，主要是指教師圍繞重塑的問題，課前設(shè)計(jì)課堂教學(xué)內(nèi)容。

1.學(xué)習(xí)情境設(shè)計(jì)

以什么方式呈現(xiàn)問題是通過對(duì)學(xué)習(xí)情境的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的。本節(jié)課在線上PPT課件中為學(xué)生播放兩個(gè)交通堵塞的視頻：其一是北京市堵車情況視頻，主要介紹北京市堵車現(xiàn)狀及堵車相關(guān)數(shù)據(jù)，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入問題情境；其二是相關(guān)群眾關(guān)于堵車的態(tài)度、觀點(diǎn)以及解決問題的辦法視頻，引發(fā)學(xué)生對(duì)于堵車問題的思考，帶領(lǐng)學(xué)生融入解決堵車問題的情境之中。

2.學(xué)習(xí)策略設(shè)計(jì)

本課的學(xué)習(xí)策略我選擇了合作學(xué)習(xí)，并將小組成員的人數(shù)控制在3到4人，每一個(gè)小組在釘釘APP上建立討論群。

3.學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)資源的設(shè)計(jì)要考慮學(xué)生可能出現(xiàn)的思考模塊。以本課為例，在解決緩解交通堵塞問題時(shí)需要考慮四個(gè)模塊——什么是交通堵塞；影響交通堵塞的因素有哪些；影響交通堵塞因素之間的關(guān)系；如何緩解交通堵塞。由于線上學(xué)習(xí)時(shí)間有限，這里通過設(shè)計(jì)“交通堵塞單元”的資源網(wǎng)站，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供幫助，不僅能夠保證學(xué)生自主學(xué)習(xí)，同時(shí)也避免學(xué)生在浩瀚的網(wǎng)絡(luò)世界中查找資料浪費(fèi)時(shí)間。

資源網(wǎng)站首頁設(shè)計(jì)（見圖2）：知識(shí)模塊包括四個(gè)方面——交通堵塞、影響因素、緩解辦法、我的空間；工具欄是學(xué)生在分析、整理、收集資料時(shí)所需要的處理工具；搜索欄為學(xué)生提供資源庫以外的其他知識(shí)以及學(xué)生可隨時(shí)在搜索欄中搜索相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

圖2 交通堵塞單元的資源網(wǎng)站首頁

在圖2中，工具欄包括收藏、標(biāo)記筆、批注欄、截圖、截頻五個(gè)資源處理工具。收藏——當(dāng)學(xué)生需要收集一些文字、圖片、視頻、網(wǎng)站時(shí)，單擊收藏工具，就會(huì)將需要收藏的資源按類型歸類到“我的空間”里。標(biāo)記筆——學(xué)生在閱讀資源時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，單擊標(biāo)記筆工具，鼠標(biāo)將變成筆的形象，學(xué)生可通過單擊拖動(dòng)鼠標(biāo)方法進(jìn)行標(biāo)記。標(biāo)記完成后，單擊標(biāo)記筆按鈕，便恢復(fù)鼠標(biāo)。批注欄——當(dāng)學(xué)生對(duì)資源內(nèi)容有新的想法或需要注明等時(shí)，單擊批注欄按鈕，用鼠標(biāo)單擊需批注的位置，便出現(xiàn)批注欄（使用方法類似word），可配合標(biāo)記筆使用。截圖、截頻——截圖工具不做詳細(xì)介紹，類似于qq截圖工具；截頻工具使用方法：當(dāng)學(xué)生觀看視頻時(shí)，需要特別收藏的部分，在開始點(diǎn)單擊截頻工具，進(jìn)入視頻存儲(chǔ)，在結(jié)束點(diǎn)再次單擊截頻工具，將完成存儲(chǔ)。

知識(shí)類模塊設(shè)計(jì)（見圖3）：針對(duì)交通堵塞、影響因素、緩解辦法的模塊設(shè)計(jì)，以交通堵塞為例，每一個(gè)模塊包括的學(xué)習(xí)資源有視頻、圖片、網(wǎng)址、科研、其他五個(gè)部分。教師提供給能夠幫助學(xué)生學(xué)習(xí)該模塊知識(shí)的有效資源。值得注意的是，教師在為學(xué)生提供資源時(shí)，應(yīng)考慮資源的順序，要將視頻、圖片等影像類資料放在前面，將文字類資料放在后面，這樣可以避免學(xué)生對(duì)知識(shí)的先入為主，讓學(xué)生通過觀看影像資料有自己的思考。

圖3 知識(shí)類模塊設(shè)計(jì)

4.認(rèn)知工具設(shè)計(jì)

本課重在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)多角度、多方位思考問題，發(fā)展學(xué)生的辯證思維能力，使學(xué)生能夠用發(fā)展、聯(lián)系的觀點(diǎn)看待多元素之間的關(guān)系，因此我選擇了Seeing Reason認(rèn)知工具。該工具是一個(gè)實(shí)用的探討因素關(guān)系的工具，將在“學(xué)生解決問題過程設(shè)計(jì)”部分做詳細(xì)介紹。

（四）問題分解

問題分解階段主要是指學(xué)生解決問題的過程，這一部分教師要充分起到指引作用，主要設(shè)計(jì)好學(xué)習(xí)支架。

在問題呈現(xiàn)階段，教師已經(jīng)考慮到學(xué)生要解決“緩解交通堵塞問題”時(shí)，需要解決四個(gè)子問題，那么在引領(lǐng)學(xué)生解決問題時(shí)，就可以基于以上四個(gè)子問題設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)支架。

1.交通堵塞指什么

教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)情境后，提問：“什么是交通堵塞？是指汽車停止或緩慢行進(jìn)嗎？是指高速公路或任何類型的道路？”學(xué)生運(yùn)用交通堵塞單元資源網(wǎng)站“交通堵塞”模塊中提供的學(xué)習(xí)資料進(jìn)行學(xué)習(xí)。這一部分不需要給交通堵塞下一個(gè)精準(zhǔn)的定義，由全班學(xué)生經(jīng)過簡(jiǎn)短的討論形成共識(shí)就可以。

2.影響交通堵塞的因素有哪些

明確交通堵塞的定義后，教師便可以引領(lǐng)學(xué)生開始使用Seeing Reason認(rèn)知工具列出影響因素。教師先引導(dǎo)學(xué)生憑經(jīng)驗(yàn)和直覺以及他們的已有認(rèn)知繪制因素圖，之后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入交通堵塞單元資源網(wǎng)站中“影響因素”模塊，通過對(duì)該模塊資料的分析整理提取出較完整的影響因素。（見圖4）

圖4 交通堵塞的影響因素

3.影響交通堵塞各因素之間的關(guān)系

當(dāng)學(xué)生找尋因素時(shí)，他們經(jīng)常談?wù)撁總€(gè)因素與問題之間的關(guān)聯(lián)。教師引導(dǎo)學(xué)生在Seeing Reason認(rèn)知工具中用箭頭將因素連接以呈現(xiàn)因素關(guān)系圖。表示關(guān)系的句型為“當(dāng)A增加，B減少（或增加）”，例如“當(dāng)汽車數(shù)量增加，交通事故增加?！保ㄒ妶D5）

圖5 影響交通堵塞各因素之間的關(guān)系

4.緩解交通堵塞的辦法

教師要引領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用因果圖和他們的研究，了解交通堵塞如何發(fā)生及如何避免，并草擬解決方案。例如一組學(xué)生通過查閱因果圖（圖6），決定將影響交通堵塞較為關(guān)鍵的因素——“車道數(shù)量”作為研究對(duì)象進(jìn)行研究。

圖6 交通堵塞因果圖

這張因果圖顯示出了降低車道數(shù)量的主要因素有兩個(gè)，即“交通事故”和“拋錨車輛”。根據(jù)這一組的資料，學(xué)生提出以下解決方案：成立一個(gè)由警察和拖吊車組成的事故處理小組，盡快排除故障車輛，處理交通事故；公路雙向各增加一個(gè)車道，并在公路旁建造一條故障車專用道；研究去除公路積雪的化學(xué)藥劑。之后，教師帶領(lǐng)學(xué)生預(yù)測(cè)解決方案對(duì)交通流量改善的程度，并估算每個(gè)新計(jì)劃所需的費(fèi)用。

（五）交流展示階段

運(yùn)用Seeing Reason工具生成因果圖的功能可以展示最新的因果圖，學(xué)生可以將在教師指導(dǎo)下制作的影響交通流量因素及解決方案的圖表，上傳到網(wǎng)絡(luò)并與其他組進(jìn)行討論，也可以將其復(fù)制到期中報(bào)告當(dāng)中。

教師對(duì)學(xué)生做總結(jié)性和形成性評(píng)價(jià)?？偨Y(jié)性評(píng)價(jià)以搜集證據(jù)的質(zhì)量、建議的合理性、簡(jiǎn)報(bào)的效果評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，因果圖不列入評(píng)分，只作為了解交通堵塞原因和解決方法的參考。形成性評(píng)價(jià)，教師可以運(yùn)用Seeing Reason工具中的輔助教師監(jiān)控功能，帶領(lǐng)全班學(xué)生在釘釘APP群中討論某個(gè)因素或討論對(duì)某個(gè)關(guān)系的不同見解，教師對(duì)學(xué)生的描述質(zhì)量及對(duì)問題的理解程度給出即時(shí)評(píng)價(jià)。

通用技術(shù)線上數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深度學(xué)習(xí)，使學(xué)生養(yǎng)成“用技術(shù)”分析和解決問題的思維方式，使他們獲得信息時(shí)代要求的高品質(zhì)學(xué)習(xí)結(jié)果，能夠促進(jìn)學(xué)生分析、綜合、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造等高階思維能力的發(fā)展。