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高中通用技术系统设计教学中渗透研究性学习 海宁紫微高级中学 夏霖 【内容摘要】通用技术中的系统设计是整个课程中的难点，将研究性学习渗透入系统设计的学习中，转变课堂教学模式。以学生为主体，在教师主导下，充分发挥学生学习潜能，激发学生学习动力。以系统工程处理问题方法论为框架，从知识维、逻辑维和时间维三个维度系统的引导学生开展研究性学习活动，突破教学难点。 【关键词】系统设计 渗透 研究性学习
研究性学习目的是“培养学生具有永不满足、追求卓越的态度，培养学生发现问题、提出问题、从而解决问题的能力。”[1]开展研究性学习是在教师指导下，借助一定情境，按照预设的程序实施，运用各种研究方法作为实施手段进行的活动，在活动过程中不仅仅掌握新知识还在过程中培养研究能力、意识和精神[2]。从中可以看出研究性学习不可能独立存在，没有载体的研究性学习只能是无本之末无米之炊。脱离现有的的课程体系另选知识，不仅与现实教学背离，而且增加了学生负担，因此将研究性学习与课程知识结合，引导学生运用研究性学习的方法和手段渗透课程教学中，引导学生主动学习获取知识，形成研究性学习与文化课程教学质量双赢的结果。 高中通用技术课程是有别于信息技术课程的，体现宽泛性、基础性、通用性的技术课程，其课程目标是以“立足实践、注重创造、高度综合、科学与人文融合”的课程面貌，通过“学生主动建构知识、多元探究”的过程，培养学生具有符合时代需要的技术素养[3] 。通用技术课程分2个学期开设，第一学期开设内容为技术与设计基础知识，第二学期开设内容为专题内容。在专题内容中的系统与设计专题是各专题中难度较高的一个。借助研究性学习的方法，通过研究性学习手段，以学生为主体，在教师引导下，学生主动探究，突破难点。 在通用技术必修课程中，系统与设计单元是整个教材的教学难点之一。系统理论是用数学语言来描述的理论，逻辑性强。教师如果采用简单的讲授方式，会陷入为系统理论讲解一个概念，而必须扩展更多概念的困境，既增加了课程的难度，又超出了《浙江省普通高中学科教学指导意见》（以下简称《意见》）的要求，课堂效率低下。因此有必要转换思路，以学生为主体，用学生的视角，在教师的指导下以研究性学习的方式完成这部分内容学习。 系统设计是整个必修课程的难点，以学生为主体应用研究性学习的方式是否可行？根据布鲁纳的发现学习策略理论，认知发展主要是受环境影响而具有动态性，学习者在内在认知需要的驱动下，模仿科学家科研方式，自主探究和发现未知领域[4]因此，低估学生学习能力的担心是毫无必要的，从学生的认知层次，教师给予适量相关的资源，学生完全可以在自己的认知范围内建构出新的知识。因此，借助美国系统工程专家霍尔的三维结构方法，设计完成整个学习过程的知识维、时间维和逻辑维。教师以班级为单位，在课代表的协助下以6-8人为单位进行分组，分组要求性别比例适中、学习层次高低搭配、学生居住地接近。每组安排2位组长，负责学习管理和研究过程的记录存档。
2.1 时间维——课时重组 按照《意见》要求，本单元分3节内容，每节3课时共9课时[5]，经过重组安排为4个阶段，即：学习规划阶段、难点分析和更新阶段、实施和优化阶段、成果展示反思阶段。前2个阶段是对知识的学习，第3阶段是通过实践活动完成知识的运用，第4阶段为成果展示，通过交流活动，进一步反思，实现知识的内化和升华。其中，学习规划阶段为2课时，主要完成对教材提供章节内容的了解，制定后3个阶段学习的初步进度计划。难点分析、更新阶段是针对教材中遇到的难点，但教材中并未给出说明的部分进行分析，通过研究性学习的文献调查、访谈等手段实现知识的更新扩展，为下一阶段开展实践活动提供理论指导和技术支撑。成果展示反思阶段为1课时，通过展示答辩的交流活动，既是对学习过程结果的具体化，也是对艰苦学习过程的肯定。成果展示交流活动也是一次研究性学习，是建立在通过研究性学习方式吸纳新知识基础上的更高层次的探究活动，将新知识转变为自我认知基础的一部分。除了课堂上提供的9个课时，由于课堂任务的需要，各学习小组利用在校课余时间、假期时间完成课前的准备工作。 2.2 逻辑维——研究方法 逻辑维的研究方法主要分为明确问题、制定方案、系统分析、模型制作、测试与评估和优化。课题内容围绕设计制作手电筒为主线，开展研究活动。 表1 手电筒系统的设计与制作 过程 任务 研究内容 研究手段 明确问题 设计制作一款适合黑暗楼道使用手电筒 手电筒、使用者、环境 文献调查、实地调查、访谈 制定方案 对收集到的信息进行设计分析、并从人、物、环境即使用者的生理和心理特点，手电筒自身结构与功能，使用环境的特点、节能环保可持续发展的要求 ①高中生心理生理特点；②手电筒产品的基本组成；③楼道环境特点 ①问卷调查、数据分析；②超市调查，产品拆解；③实地调查、黑暗环境体验试验 系统分析 对手电筒的设计方案进行系统分析 ①手电筒子系统划分，包括照明子系统、支撑子系统和电源子系统，确定各子系统目标功能和系统内各要素组成②研究各子系统间相互关系 ①研究小组内部交流②导师指导③文献调查 模型制作 根据方案制作手电筒模型 ①选购合适的半成品，或从废旧材料中选取。②选取合适的工具制作模型③制定制作安全预案，考虑可能发生的安全问题及应对策略 ①导师指导②组内交流 测试 对模型进行技术试验得出试验报告 ①制定试验方案，准备试验报告文本②根据试验方案准备试验器材③邀请用户体验 ①导师指导②组内合作③用户体验，并完成体验报告 评估与优化 对技术试验结果进行评估，并据此进行进一步优化 ①对产品结构、功能进行评价②对用户体验进行评价③对产品环境性进行评价④对产品安全性进行评价⑤完成评估报告，撰写优化措施。 ①数据分析②导师指导 2.3 知识维——认知支架 知识维主要包含两方面知识，一类是系统与设计中要求学生了解系统相关知识，另一类是学生在进行系统设计实践的过程中需要补充的其他学科的知识。 系统相关知识的理论需要较高的数学基础才能完成，超越了学生已有的数学基础，因此是采用案例分析的方式，通过具体的案例，用学生已有的经验去理解系统的相关知识，形成初步的系统理论从整体出发看待问题的特点。这部分知识只要求学生通过举例的方式能够说明系统的含义、性质；能够具有用系统整体角度出发，兼顾各要素关系从而全面解决问题的意识即可。 其他学科知识主要包含物理学、机械设计学和人机工程学3个知识。这3个知识分别解决手电筒发电的原理、机械结构的实现、人机关系中的问题。 如，在设计手电筒的过程中，学生考虑到环保的理念，要用发电机来取代干电池。但如何找到适合携带的微型发电机呢？根据物理学的电磁学理论，即电和磁在一定条件下能够相互转换的原理，提出微型马达通电能转动，反过来转动能够使马达发出电能。同学将马达和小灯泡连接为闭合回路，然后用手转动马达，但是小灯泡并未发光。在教师的指导下，将小灯泡换为灵敏电流计，再实验发现确实有电流产生，从电流计中读出电流非常弱。经过讨论和教师指导，学生认为是转速太低，磁通量的变化率低，导致了感应电动势太低。如何提高转速，有同学提出用棉线绕在马达的转子上，然后快速抽出来提高转速。经过实验，小灯泡亮了，但是非常麻烦，小灯泡不能持续发光。受自行车运动的启发，同学提出用齿轮组，以较低速的手摇来获取较高速的马达的转动。为了寻找最佳的齿轮转速比和较高效的人机关系，通过文献调查了解齿轮结构和选购玩具齿轮实际试验，选择出较理想的齿轮组合。在研究任务驱使下，经过教师的引导，学生主动探究，在理论知识指导下较快的寻找到问题的突破点，完成制作任务。
通过在系统设计教学中渗透研究性学习的方式，避免了枯燥的理论的学习的传统情境。用“做中学”的方式，以设计任务为背景，学生有目的、主动学习，不仅完成了学习任务，还将系统与设计知识点之外的其他学科内容应用于实践当中，充分体现了学生作为学习主体，学生是学习的主人的特点。尽管可以看到渗透的深度还只是浅层次的，二者并未完全达到完美融合的最佳境界，但是从实施过程来看，这种方式顺应了教育的发展趋势，符合教育规律。未来研究性学习方法必将与通用技术学科教学深度融合。 【参考文献】 [1] 国家教育部.全日制普通高级中学课程计划（试验修订稿）[M]，2000-1. [2]余清臣等.研究性学习．北京：教育科学出版社，2003-6. [3]顾建军.技术与设计2[M].南京：江苏教育出版社，2010. [4]高文，徐斌艳，吴刚．建构主义教育研究[M]．北京：教育科学出版社，2008．2． [5]浙江省基础教育改革专业指导委员会.浙江省普通高中学科教学指导意见 技术[M].杭州：浙江教育出版社，2012-8.
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