五育融合视角下学生工程思维培养实践探究 论文

2022年安徽省中小学教育教学论文五育融合视角下学生工程思维培养实践探究 ——以“带自动滴灌系统的花园建设”为例 摘要：

《普通高中通用技术课程标准》（2017年版，2020年修订）里指出，通用技术学科核心素养主要包括技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力。笔者发现在实际教学中，学生的工程思维培养是难点。“德智体美劳”五育融合是当下基础教育的趋势。本文以校园情境为依托，在五育融合的视角下，通过打造“带自动滴灌系统的花园”，着力培养学生的工程思维作了实践探究。关键词：工程思维；学科核心素养；五育融合；校园情境；花园建设为什么说作为学科核心素养之一的工程思维培养是个难点？一、问题背景《普通高中通用技术课程标准》（2017年版，2020年修订）学科核心素养里第一次出现了工程思维培养目标。工程思维是以系统分析和比较权衡为核心的一种筹划性思维。课程标准要求学生能认识系统与工程的多样性和复杂性；能运用系统分析的方法，针对某一具体技术领域的问题进行要素分析、整体规划，并运用模拟和简易建模等方法进行设计；能领悟结构、流程、系统、控制等基本思想和方法并加以运用；能进行简单的风险评估和综合决策。[1]目前国内对于工程思维的相关研究虽然较多，但是关注高中通用技术课程中学生工程思维培养的相关研究较少，起步较晚，成熟的适合推广和借鉴的教学、学生活动案例更少。有很多专家学者提出了工程活动的阶段划分方法，引用率比较高的是2007年殷瑞钰等人提出的观点，殷瑞钰等人在《工程哲学》一书中，将工程活动划分为工程理念与工程决策、工程规划与工程设计、工程组织与调控、工程实施、工程运行与评估、工程更新与改造六个阶段[2]。粤教版教材是以“技术设计的一般过程”（发现问题、收集信息资料、设计构思、分析比较权衡选定方案、实施设计，评价优化等环节）指导学生活动。两者表述不同，但意义相似。教材上的“三峡工程”“山村路灯的设计”案例只能作为理论学习，不能让学生实施。12022年安徽省中小学教育教学论文2019年中共中央、国务院印发的《中国教育现代化2035》文件中提出：“更加注重全面发展，大力发展素质教育，促进德育、智育、体育、美育和劳动教育的有机融合”。如何在通用技术学科学生活动中将“五育”培养特别是“劳动教育”和学科核心素养中的“工程思维”融合实施呢？二、常态化开设的项目概况分析通用技术是一门以实践为主的学科。我们努力践行教育家陶行知先生的“行是知之始”，杜威的“‘从做中学’也就是‘从活动中学’”教育理念，开展了一系列有一套完整操作、评价流程的活动项目（活动剪影展板见文章后）。见表1：表1常态化开设的项目概况分析项目名称意义不足让科技点亮梦想——2018年科技周活动设计课题开放，以个人或小组形式参加，学生积极性高，参与度广，很好地完成三维目标的培养。1、科技周活动主题开放，不好管理，评价难度大2、时装设计活动从设计制作到表演，因欠缺统筹规划，教师参与过多。3、工程思维都有所体现，但“比较权衡”、“筹划性”、“风险评估”和“综合决策”等思维培养没有体现。4、劳动教育体现不明显2020时装设计时装设计的成果：服装表演，作为学校元旦艺术节的一个节目，深受同学们的期待和欢迎。很好地完成三维目标的培养。水火箭设计制作每年固定的活动项目，涉及培养技术意识、创新设计、图样表达和物化能力，知识涵盖设计、结构、流程、系统，控制等。桥梁模型设计制作每年固定的活动项目，涉及培养技术意识、创新设计、图样表达和物化能力，知识涵盖设计、结构、流程、系统，控制等。2022年第一届“行知杯”设计制作大赛设计主题“为你的家人设计一款家具”，涉及培养技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力，知识主要涵盖《技术与设计1》的第二章至第四章和结构、流程等。工程思维能力的培养，在高中阶段，并非只是培养工程师解决工程专业问题的能力，更重要的是在运用工程思维的过程中，在理论知识与现实世界之间建立真实联系，利用自己所学的知识综合考虑人、物、环境、社会等各类因素，进行探究式学习，培养学生分析问题和解决问题的能力。为了很好地贯彻新课程、新教材的教学理念，我们保留了一部分常规单元活动项目，也重新设置了结合教材的大单元活动项目。综合考虑五22022年安徽省中小学教育教学论文育融合和学科核心素养的培养，在即将选择的活动项目里，学生既是设计师、工程师、建造师，又是组织者、管理者、协调人员，既团队合作，又分工明晰。三、依托校园情境，挖掘契合工程思维培养和五育融合的项目 理论依据：工程思维具有过程性和连续性的特征，需要在技术活动的整个过程中形成和发展。 具体措施：

（1）理论学习学生对工程思维的概念、知识、作用知道多少？教师通过问卷调查进行摸底，在理论课上，有针对性地让学生对教材上的“三峡工程”、“山村路灯”，补充的“神舟系统飞船”案例进行讨论分析，完成理论知识的学习，为后面实践打下基础。图1实验室露台（2）考察评估徽墨设计制作？徽派盘景制作？最终根据“生活性”、“易取材”、“经济性”等原则先选择实验楼两个露台（见图1）作试验，设计成带自动滴灌系统的空中花园。作为工程思维培养和五育融合的率先尝试。重点培养学生的工程思维，教师首先要对整个教育教学活动有系统详细的统筹规划，见表2、图2。表2花园建设中工程思维培养目标框架带自动滴灌系统的空中花园工程项目流程及培养目标工程涉及章节知识技术设计流程核心素养工程流程体现工程思维主要特性五育角色任务设计过程、原则评价、系统知识发现问题、收集资料技术意识工程思维工程理念与工程决策定向性科学性价值性德

智案例分析学生主体教师主导归纳总结结构与设计流程与设计系统与设计明确问题设计构思、

设计多种方案图样表达创新设计工程思维工程规划与工程设计求解的非唯一性、科学性德

智

美

劳学生主体教师主导小组协作流程与设计系统与设计对多种方案进行分析，比较，权衡，选定方案图样表达工程思维工程组织与调控集成性、综合统筹性德

智学生主体教师主导32022年安徽省中小学教育教学论文结构与设计流程与设计系统与设计控制与设计模型或原型制作物化能力工程思维工程实施矛盾性协调性可靠性可靠性德

智

美

劳学生主体

教师管理、提供帮助系统与设计控制与设计综合评价

风险优化评价，提出改进意技术意识物化能力工程思维工程运行与评估可靠性、工程风险智

劳学生先评

估，后请专家、领导现场评估，指出改进建议综合评价风险优化优化创新设计物化能力工程思维工程更新与改造容许误差智

劳

美学生主体老师主导图2工程安排及纪律要求四、利用任务驱动，融合五育，提升学生的工程思维 学生是主体，教师是主导，花园设计到施工的整个过程，以及要达成什么目标，教师要有清晰的安排。见表3

表3工程流程及培养目标分组（3-4人为一组）工程思维流程学生具体任务工程思维培养目标工程理念与工程决策实地勘察，收集资料认识系统与工程的多样性和复杂性工程规划与工程设计小组设计构思，拿出小组设计方案能领悟结构、流程、系统、控制等基本思想和方法并加以运用，模拟和简易建模、设计分析、比较、权衡，竞选、优化最佳方案工程组织与调控确定总设计师，明确小组任务要素系统分析、整体规划重新分组（根据特长、意愿，4-8人为一组）工程实施图纸设计物化、反思、完善在实践中落实核心素养达成工程运行与评估优化测试评估、评价、优化改进能进行简单的风险评估和综合决策42022年安徽省中小学教育教学论文 1．工程理念与工程决策：实地勘察，收集资料

理论依据：工程理念与工程决策阶段是工程思维的筹划能力培养

的开端。工程思维具有定向性、科学性、价值性等。教师需要引导学

生按步骤研究问题是什么？用什么方法、策略、工具去解决这个问

题？达到什么效果？这是一个既具有系统性、全局性的统筹谋划，又要考虑细节部分的 图3实地勘察系统分析。活动设计：实地勘察、丈量、采访、查询（实验室设计原稿），交流、数据分析。收集数据：实验室露台长宽高数据；夏天西晒严重，温度非常高，对花卉品种有要求；露台墙体是砖块水泥实体结构、台面是钢筋水泥预制板，对砖块数量、重量的要求；露台下面是实验教师办公室，注意防水；花园设计与学校文化观、生态观要一致；便于后期管理、维护等。 目标达成：学生认识到系统与工程的多样性和复杂性，设计时安全和科学性放第一位，他们的人际交流、环境意识、文化艺术欣赏、综合分析能力都得到很好锻炼。 2．工程规划与工程设计：制定出设计、施工方案

理论依据：工程思维具有求解的非唯一性，方案的构思运用的方法：黑箱法，列举法，移植借鉴法，筛选法，头脑风暴法、草图法、联想法等（教师提供学习辅助材料）。方案科学合理，符合设计原则。 活动设计：（1）各小组设计构思，拿出详实的设计方案

要求：花园结构整体布局、局部设计、花卉品种、花盆设计、材料来源、工具、成本等进行系统地细致考虑，要求用语言、效果图、技术图纸、模型等表达设计意图。 （2）分析、比较、权衡，竞选、优化最佳方案

要求：每个小组展示他们的设计理念、设计效果图，成本预算，怎么实施等，投票选择最佳设计方案，全班同学一起优化最佳方案。见图4图4活动剪影及设计图目标达成：在设计过程中，同学们在高效地思考、灵感地碰撞、激发中展示、锻炼52022年安徽省中小学教育教学论文了他们的设计才能、艺术修养、表达交流的能力；领悟了工程的结构、流程、系统、控制等基本思想和方法。在搭建模型或原型的过程中，同学们体会到现实与设计图纸的差距，需要考虑各种影响因素如工程风险和成本控制等。 工程规划与工程设计是工程思维中非常重要的一步，工程设计阶段是工程活动中的核心，设计成果直接决定工程能否继续下去的前提和依据。3．工程组织与调控：确定总设计师，明确小组负责人及成员，确定小组任务理论依据：工程思维具有集成性、综合统筹性。活动设计：分组、讨论、明确各小组具体任务。根据花园设计需要，分成8个小组，经全班同学运用头脑风暴法讨论后，明确了各小组的任务和工程需要解决的具体问题，教师要求小组分工、合作，发挥专长，保障花园工程建设高效、有条不紊，责任到人，完成空中花园的设计、施工的所有前期知识储备和准备工作。工程组织与调控把任务具体化、细化，它是花园建设高效的保证。目标达成：工程组织与调控这个阶段，同学们通过实践真正理解了工程集成性、综合统筹性的意义；树立了以大局为重的思想观念，分配任务时，积极主动；运用集体的力量和智慧将美术、化学、生物、材料学等知识融会贯通。见图5，图6花卉花盆负责人土壤制作负责人负责人材料总设计育肥负责人团队负责人体力技术支持滴灌劳动负责人负责人负责人图5分组及确定组长图6分组及小组任务4．工程实施：图纸设计物化的过程，不断修改、反思、完善的过程理论依据：“用理论依据实践，用实践感悟理论”、“做中学”。活动设计：“育肥组”同学提前到饭店、超市、豆腐加工厂，木材加工厂等找到肥料发酵需要的材料，如过期牛奶、酵母、水果皮蔬菜帮子发酵液、豆腐渣、木屑等，加62022年安徽省中小学教育教学论文水搅拌均匀，用黑塑料袋密封放置阳光下。“土壤组”同学根据提前考察的信息，经学校同意后，挖掘了一部分的黄泥土，到校园外挖适合茶花种植的红泥土，到养猪厂拉发酵好的肥，上网买颗粒土，到河里挖砂子。根据设计需要，考虑承重等因素，买了600块空心砖和小实心砖，2袋水泥，7袋砂子，需要30根竹子，铺路的小石子200斤等。“体力劳动组”和“材料组”同学一起搬土、搬砖，砍竹子，搬到实验室三楼四楼，剖竹子等，按要求完成任务。“花盆组”和“滴灌组”同学，从食堂、饭店、家里、汽车修理厂等很多地方，拿来废弃物品，制作需要的花盆和设备。“设计组”和所有有空的同学一起完成花园工程的建设，拌水泥，做中心花坛和路（原设计重新修改，注重防水，及后期拆除等，最后完工，成品呈献。技术支持组：测算成本，网络、线下购物，查询发酵、防水、防腐等知识，整理、购买工具：砍柴刀、锄头、锯子、刨子、铁锹等。见图7图7活动过程剪影及花园成品目标达成：同学们的工程思维能力、组织协调能力、人际沟通、执行力、变通能力通过实践得到极大提升，德育智育美育劳动教育的无声融入。同学们发现问题，停工，寻找解决方法，如果目前没有条件解决，就修改设计方案，主动追求完美、卓越。 工程实施是工程思维培养中非常关键的环节，是设计方案到物化的过程，是学科核心素养得到培养的最直接的途径。 5．工程运行与评估、优化：测试评估、评价、优化改进

学生自行评估，改进后请领导专家来现场评估。实验室三楼四楼水压不够，水龙头接水不方便，定时滴灌系统摆放影响美观，夏天西晒严重，如果遮阳？经过评估领导支72022年安徽省中小学教育教学论文持后，同学们继续改进。工程思维具有矛盾性和协调性、容许误差。花园成品与设计图纸并不是完全相同，原因是设计阶段没有考虑到砖块长宽，景观路的宽度，如果完全按图纸施工，则花园太拥挤，中央花坛沿边是两层砖，因考虑承重和安全，采用一层砖；这是设计师们最遗憾的地方。目前花园还没有花团锦簇，这是后期需要跟进的工作。四、花园工程实践总结感动的地方：搅拌后的水泥需要一次性用完，同学们坚持了三个多小时；第二天早自习前来浇水防止开裂；每节课下来，他们都汗流浃背，但他们一句抱怨的话都没有