五育融合視角下學(xué)生工程思維培養(yǎng)實踐探究 論文

2022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文五育融合視角下學(xué)生工程思維培養(yǎng)實踐探究 ——以“帶自動滴灌系統(tǒng)的花園建設(shè)”為例 摘要：

《普通高中通用技術(shù)課程標準》（2017年版，2020年修訂）里指出，通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達、物化能力。筆者發(fā)現(xiàn)在實際教學(xué)中，學(xué)生的工程思維培養(yǎng)是難點?！暗轮求w美勞”五育融合是當(dāng)下基礎(chǔ)教育的趨勢。本文以校園情境為依托，在五育融合的視角下，通過打造“帶自動滴灌系統(tǒng)的花園”，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程思維作了實踐探究。關(guān)鍵詞：工程思維；學(xué)科核心素養(yǎng)；五育融合；校園情境；花園建設(shè)為什么說作為學(xué)科核心素養(yǎng)之一的工程思維培養(yǎng)是個難點？一、問題背景《普通高中通用技術(shù)課程標準》（2017年版，2020年修訂）學(xué)科核心素養(yǎng)里第一次出現(xiàn)了工程思維培養(yǎng)目標。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。課程標準要求學(xué)生能認識系統(tǒng)與工程的多樣性和復(fù)雜性；能運用系統(tǒng)分析的方法，針對某一具體技術(shù)領(lǐng)域的問題進行要素分析、整體規(guī)劃，并運用模擬和簡易建模等方法進行設(shè)計；能領(lǐng)悟結(jié)構(gòu)、流程、系統(tǒng)、控制等基本思想和方法并加以運用；能進行簡單的風(fēng)險評估和綜合決策。[1]目前國內(nèi)對于工程思維的相關(guān)研究雖然較多，但是關(guān)注高中通用技術(shù)課程中學(xué)生工程思維培養(yǎng)的相關(guān)研究較少，起步較晚，成熟的適合推廣和借鑒的教學(xué)、學(xué)生活動案例更少。有很多專家學(xué)者提出了工程活動的階段劃分方法，引用率比較高的是2007年殷瑞鈺等人提出的觀點，殷瑞鈺等人在《工程哲學(xué)》一書中，將工程活動劃分為工程理念與工程決策、工程規(guī)劃與工程設(shè)計、工程組織與調(diào)控、工程實施、工程運行與評估、工程更新與改造六個階段[2]。粵教版教材是以“技術(shù)設(shè)計的一般過程”（發(fā)現(xiàn)問題、收集信息資料、設(shè)計構(gòu)思、分析比較權(quán)衡選定方案、實施設(shè)計，評價優(yōu)化等環(huán)節(jié)）指導(dǎo)學(xué)生活動。兩者表述不同，但意義相似。教材上的“三峽工程”“山村路燈的設(shè)計”案例只能作為理論學(xué)習(xí)，不能讓學(xué)生實施。12022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文2019年中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《中國教育現(xiàn)代化2035》文件中提出：“更加注重全面發(fā)展，大力發(fā)展素質(zhì)教育，促進德育、智育、體育、美育和勞動教育的有機融合”。如何在通用技術(shù)學(xué)科學(xué)生活動中將“五育”培養(yǎng)特別是“勞動教育”和學(xué)科核心素養(yǎng)中的“工程思維”融合實施呢？二、常態(tài)化開設(shè)的項目概況分析通用技術(shù)是一門以實踐為主的學(xué)科。我們努力踐行教育家陶行知先生的“行是知之始”，杜威的“‘從做中學(xué)’也就是‘從活動中學(xué)’”教育理念，開展了一系列有一套完整操作、評價流程的活動項目（活動剪影展板見文章后）。見表1：表1常態(tài)化開設(shè)的項目概況分析項目名稱意義不足讓科技點亮夢想——2018年科技周活動設(shè)計課題開放，以個人或小組形式參加，學(xué)生積極性高，參與度廣，很好地完成三維目標的培養(yǎng)。1、科技周活動主題開放，不好管理，評價難度大2、時裝設(shè)計活動從設(shè)計制作到表演，因欠缺統(tǒng)籌規(guī)劃，教師參與過多。3、工程思維都有所體現(xiàn)，但“比較權(quán)衡”、“籌劃性”、“風(fēng)險評估”和“綜合決策”等思維培養(yǎng)沒有體現(xiàn)。4、勞動教育體現(xiàn)不明顯2020時裝設(shè)計時裝設(shè)計的成果：服裝表演，作為學(xué)校元旦藝術(shù)節(jié)的一個節(jié)目，深受同學(xué)們的期待和歡迎。很好地完成三維目標的培養(yǎng)。水火箭設(shè)計制作每年固定的活動項目，涉及培養(yǎng)技術(shù)意識、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達和物化能力，知識涵蓋設(shè)計、結(jié)構(gòu)、流程、系統(tǒng)，控制等。橋梁模型設(shè)計制作每年固定的活動項目，涉及培養(yǎng)技術(shù)意識、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達和物化能力，知識涵蓋設(shè)計、結(jié)構(gòu)、流程、系統(tǒng)，控制等。2022年第一屆“行知杯”設(shè)計制作大賽設(shè)計主題“為你的家人設(shè)計一款家具”，涉及培養(yǎng)技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達和物化能力，知識主要涵蓋《技術(shù)與設(shè)計1》的第二章至第四章和結(jié)構(gòu)、流程等。工程思維能力的培養(yǎng)，在高中階段，并非只是培養(yǎng)工程師解決工程專業(yè)問題的能力，更重要的是在運用工程思維的過程中，在理論知識與現(xiàn)實世界之間建立真實聯(lián)系，利用自己所學(xué)的知識綜合考慮人、物、環(huán)境、社會等各類因素，進行探究式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。為了很好地貫徹新課程、新教材的教學(xué)理念，我們保留了一部分常規(guī)單元活動項目，也重新設(shè)置了結(jié)合教材的大單元活動項目。綜合考慮五22022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文育融合和學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，在即將選擇的活動項目里，學(xué)生既是設(shè)計師、工程師、建造師，又是組織者、管理者、協(xié)調(diào)人員，既團隊合作，又分工明晰。三、依托校園情境，挖掘契合工程思維培養(yǎng)和五育融合的項目 理論依據(jù)：工程思維具有過程性和連續(xù)性的特征，需要在技術(shù)活動的整個過程中形成和發(fā)展。 具體措施：

（1）理論學(xué)習(xí)學(xué)生對工程思維的概念、知識、作用知道多少？教師通過問卷調(diào)查進行摸底，在理論課上，有針對性地讓學(xué)生對教材上的“三峽工程”、“山村路燈”，補充的“神舟系統(tǒng)飛船”案例進行討論分析，完成理論知識的學(xué)習(xí)，為后面實踐打下基礎(chǔ)。圖1實驗室露臺（2）考察評估徽墨設(shè)計制作？徽派盤景制作？最終根據(jù)“生活性”、“易取材”、“經(jīng)濟性”等原則先選擇實驗樓兩個露臺（見圖1）作試驗，設(shè)計成帶自動滴灌系統(tǒng)的空中花園。作為工程思維培養(yǎng)和五育融合的率先嘗試。重點培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，教師首先要對整個教育教學(xué)活動有系統(tǒng)詳細的統(tǒng)籌規(guī)劃，見表2、圖2。表2花園建設(shè)中工程思維培養(yǎng)目標框架帶自動滴灌系統(tǒng)的空中花園工程項目流程及培養(yǎng)目標工程涉及章節(jié)知識技術(shù)設(shè)計流程核心素養(yǎng)工程流程體現(xiàn)工程思維主要特性五育角色任務(wù)設(shè)計過程、原則評價、系統(tǒng)知識發(fā)現(xiàn)問題、收集資料技術(shù)意識工程思維工程理念與工程決策定向性科學(xué)性價值性德

智案例分析學(xué)生主體教師主導(dǎo)歸納總結(jié)結(jié)構(gòu)與設(shè)計流程與設(shè)計系統(tǒng)與設(shè)計明確問題設(shè)計構(gòu)思、

設(shè)計多種方案圖樣表達創(chuàng)新設(shè)計工程思維工程規(guī)劃與工程設(shè)計求解的非唯一性、科學(xué)性德

智

美

勞學(xué)生主體教師主導(dǎo)小組協(xié)作流程與設(shè)計系統(tǒng)與設(shè)計對多種方案進行分析，比較，權(quán)衡，選定方案圖樣表達工程思維工程組織與調(diào)控集成性、綜合統(tǒng)籌性德

智學(xué)生主體教師主導(dǎo)32022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文結(jié)構(gòu)與設(shè)計流程與設(shè)計系統(tǒng)與設(shè)計控制與設(shè)計模型或原型制作物化能力工程思維工程實施矛盾性協(xié)調(diào)性可靠性可靠性德

智

美

勞學(xué)生主體

教師管理、提供幫助系統(tǒng)與設(shè)計控制與設(shè)計綜合評價

風(fēng)險優(yōu)化評價，提出改進意技術(shù)意識物化能力工程思維工程運行與評估可靠性、工程風(fēng)險智

勞學(xué)生先評

估，后請專家、領(lǐng)導(dǎo)現(xiàn)場評估，指出改進建議綜合評價風(fēng)險優(yōu)化優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計物化能力工程思維工程更新與改造容許誤差智

勞

美學(xué)生主體老師主導(dǎo)圖2工程安排及紀律要求四、利用任務(wù)驅(qū)動，融合五育，提升學(xué)生的工程思維 學(xué)生是主體，教師是主導(dǎo)，花園設(shè)計到施工的整個過程，以及要達成什么目標，教師要有清晰的安排。見表3

表3工程流程及培養(yǎng)目標分組（3-4人為一組）工程思維流程學(xué)生具體任務(wù)工程思維培養(yǎng)目標工程理念與工程決策實地勘察，收集資料認識系統(tǒng)與工程的多樣性和復(fù)雜性工程規(guī)劃與工程設(shè)計小組設(shè)計構(gòu)思，拿出小組設(shè)計方案能領(lǐng)悟結(jié)構(gòu)、流程、系統(tǒng)、控制等基本思想和方法并加以運用，模擬和簡易建模、設(shè)計分析、比較、權(quán)衡，競選、優(yōu)化最佳方案工程組織與調(diào)控確定總設(shè)計師，明確小組任務(wù)要素系統(tǒng)分析、整體規(guī)劃重新分組（根據(jù)特長、意愿，4-8人為一組）工程實施圖紙設(shè)計物化、反思、完善在實踐中落實核心素養(yǎng)達成工程運行與評估優(yōu)化測試評估、評價、優(yōu)化改進能進行簡單的風(fēng)險評估和綜合決策42022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文 1．工程理念與工程決策：實地勘察，收集資料

理論依據(jù)：工程理念與工程決策階段是工程思維的籌劃能力培養(yǎng)

的開端。工程思維具有定向性、科學(xué)性、價值性等。教師需要引導(dǎo)學(xué)

生按步驟研究問題是什么？用什么方法、策略、工具去解決這個問

題？達到什么效果？這是一個既具有系統(tǒng)性、全局性的統(tǒng)籌謀劃，又要考慮細節(jié)部分的 圖3實地勘察系統(tǒng)分析。活動設(shè)計：實地勘察、丈量、采訪、查詢（實驗室設(shè)計原稿），交流、數(shù)據(jù)分析。收集數(shù)據(jù)：實驗室露臺長寬高數(shù)據(jù)；夏天西曬嚴重，溫度非常高，對花卉品種有要求；露臺墻體是磚塊水泥實體結(jié)構(gòu)、臺面是鋼筋水泥預(yù)制板，對磚塊數(shù)量、重量的要求；露臺下面是實驗教師辦公室，注意防水；花園設(shè)計與學(xué)校文化觀、生態(tài)觀要一致；便于后期管理、維護等。 目標達成：學(xué)生認識到系統(tǒng)與工程的多樣性和復(fù)雜性，設(shè)計時安全和科學(xué)性放第一位，他們的人際交流、環(huán)境意識、文化藝術(shù)欣賞、綜合分析能力都得到很好鍛煉。 2．工程規(guī)劃與工程設(shè)計：制定出設(shè)計、施工方案

理論依據(jù)：工程思維具有求解的非唯一性，方案的構(gòu)思運用的方法：黑箱法，列舉法，移植借鑒法，篩選法，頭腦風(fēng)暴法、草圖法、聯(lián)想法等（教師提供學(xué)習(xí)輔助材料）。方案科學(xué)合理，符合設(shè)計原則。 活動設(shè)計：（1）各小組設(shè)計構(gòu)思，拿出詳實的設(shè)計方案

要求：花園結(jié)構(gòu)整體布局、局部設(shè)計、花卉品種、花盆設(shè)計、材料來源、工具、成本等進行系統(tǒng)地細致考慮，要求用語言、效果圖、技術(shù)圖紙、模型等表達設(shè)計意圖。 （2）分析、比較、權(quán)衡，競選、優(yōu)化最佳方案

要求：每個小組展示他們的設(shè)計理念、設(shè)計效果圖，成本預(yù)算，怎么實施等，投票選擇最佳設(shè)計方案，全班同學(xué)一起優(yōu)化最佳方案。見圖4圖4活動剪影及設(shè)計圖目標達成：在設(shè)計過程中，同學(xué)們在高效地思考、靈感地碰撞、激發(fā)中展示、鍛煉52022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文了他們的設(shè)計才能、藝術(shù)修養(yǎng)、表達交流的能力；領(lǐng)悟了工程的結(jié)構(gòu)、流程、系統(tǒng)、控制等基本思想和方法。在搭建模型或原型的過程中，同學(xué)們體會到現(xiàn)實與設(shè)計圖紙的差距，需要考慮各種影響因素如工程風(fēng)險和成本控制等。 工程規(guī)劃與工程設(shè)計是工程思維中非常重要的一步，工程設(shè)計階段是工程活動中的核心，設(shè)計成果直接決定工程能否繼續(xù)下去的前提和依據(jù)。3．工程組織與調(diào)控：確定總設(shè)計師，明確小組負責(zé)人及成員，確定小組任務(wù)理論依據(jù)：工程思維具有集成性、綜合統(tǒng)籌性?；顒釉O(shè)計：分組、討論、明確各小組具體任務(wù)。根據(jù)花園設(shè)計需要，分成8個小組，經(jīng)全班同學(xué)運用頭腦風(fēng)暴法討論后，明確了各小組的任務(wù)和工程需要解決的具體問題，教師要求小組分工、合作，發(fā)揮專長，保障花園工程建設(shè)高效、有條不紊，責(zé)任到人，完成空中花園的設(shè)計、施工的所有前期知識儲備和準備工作。工程組織與調(diào)控把任務(wù)具體化、細化，它是花園建設(shè)高效的保證。目標達成：工程組織與調(diào)控這個階段，同學(xué)們通過實踐真正理解了工程集成性、綜合統(tǒng)籌性的意義；樹立了以大局為重的思想觀念，分配任務(wù)時，積極主動；運用集體的力量和智慧將美術(shù)、化學(xué)、生物、材料學(xué)等知識融會貫通。見圖5，圖6花卉花盆負責(zé)人土壤制作負責(zé)人負責(zé)人材料總設(shè)計育肥負責(zé)人團隊負責(zé)人體力技術(shù)支持滴灌勞動負責(zé)人負責(zé)人負責(zé)人圖5分組及確定組長圖6分組及小組任務(wù)4．工程實施：圖紙設(shè)計物化的過程，不斷修改、反思、完善的過程理論依據(jù)：“用理論依據(jù)實踐，用實踐感悟理論”、“做中學(xué)”?；顒釉O(shè)計：“育肥組”同學(xué)提前到飯店、超市、豆腐加工廠，木材加工廠等找到肥料發(fā)酵需要的材料，如過期牛奶、酵母、水果皮蔬菜幫子發(fā)酵液、豆腐渣、木屑等，加62022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文水?dāng)嚢杈鶆?，用黑塑料袋密封放置陽光下。“土壤組”同學(xué)根據(jù)提前考察的信息，經(jīng)學(xué)校同意后，挖掘了一部分的黃泥土，到校園外挖適合茶花種植的紅泥土，到養(yǎng)豬廠拉發(fā)酵好的肥，上網(wǎng)買顆粒土，到河里挖砂子。根據(jù)設(shè)計需要，考慮承重等因素，買了600塊空心磚和小實心磚，2袋水泥，7袋砂子，需要30根竹子，鋪路的小石子200斤等?！绑w力勞動組”和“材料組”同學(xué)一起搬土、搬磚，砍竹子，搬到實驗室三樓四樓，剖竹子等，按要求完成任務(wù)?！盎ㄅ杞M”和“滴灌組”同學(xué)，從食堂、飯店、家里、汽車修理廠等很多地方，拿來廢棄物品，制作需要的花盆和設(shè)備?！霸O(shè)計組”和所有有空的同學(xué)一起完成花園工程的建設(shè)，拌水泥，做中心花壇和路（原設(shè)計重新修改，注重防水，及后期拆除等，最后完工，成品呈獻。技術(shù)支持組：測算成本，網(wǎng)絡(luò)、線下購物，查詢發(fā)酵、防水、防腐等知識，整理、購買工具：砍柴刀、鋤頭、鋸子、刨子、鐵鍬等。見圖7圖7活動過程剪影及花園成品目標達成：同學(xué)們的工程思維能力、組織協(xié)調(diào)能力、人際溝通、執(zhí)行力、變通能力通過實踐得到極大提升，德育智育美育勞動教育的無聲融入。同學(xué)們發(fā)現(xiàn)問題，停工，尋找解決方法，如果目前沒有條件解決，就修改設(shè)計方案，主動追求完美、卓越。 工程實施是工程思維培養(yǎng)中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，是設(shè)計方案到物化的過程，是學(xué)科核心素養(yǎng)得到培養(yǎng)的最直接的途徑。 5．工程運行與評估、優(yōu)化：測試評估、評價、優(yōu)化改進

學(xué)生自行評估，改進后請領(lǐng)導(dǎo)專家來現(xiàn)場評估。實驗室三樓四樓水壓不夠，水龍頭接水不方便，定時滴灌系統(tǒng)擺放影響美觀，夏天西曬嚴重，如果遮陽？經(jīng)過評估領(lǐng)導(dǎo)支72022年安徽省中小學(xué)教育教學(xué)論文持后，同學(xué)們繼續(xù)改進。工程思維具有矛盾性和協(xié)調(diào)性、容許誤差?；▓@成品與設(shè)計圖紙并不是完全相同，原因是設(shè)計階段沒有考慮到磚塊長寬，景觀路的寬度，如果完全按圖紙施工，則花園太擁擠，中央花壇沿邊是兩層磚，因考慮承重和安全，采用一層磚；這是設(shè)計師們最遺憾的地方。目前花園還沒有花團錦簇，這是后期需要跟進的工作。四、花園工程實踐總結(jié)感動的地方：攪拌后的水泥需要一次性用完，同學(xué)們堅持了三個多小時；第二天早自習(xí)前來澆水防止開裂；每節(jié)課下來，他們都汗流浹背，但他們一句抱怨的話都沒有