工程思维在高中通用技术学科素养培养中的实践探索

引言

当前高中通用技术教学存在重知识轻实践、重结果轻过程的现象，学生解决复杂实际问题的能力培养不足。工程思维强调系统分析、设计优化与实践验证，是技术学科核心素养的重要组成部分。将工程思维融入教学，引导学生像工程师一样思考和工作，在真实项目中体验技术创造的全过程，对于提升学生的综合技术素养具有现实意义。

一、当前教学痛点与工程思维的契合点

当前高中通用技术课程教学存在两个主要问题：一是过于注重理论知识的讲解，学生缺乏实践机会；二是实践环节往往停留在简单的手工制作层面，缺乏系统性。这两种情况导致学生难以掌握解决复杂技术问题的能力。

工程思维为解决这些问题提供了有效途径。工程思维包含五个关键环节：准确定义问题、系统设计方案、动手制作模型、严格测试验证、持续优化改进。这种思维方式要求教学活动从学生熟悉的生活场景出发，设计真实的项目任务。通过这样的教学方式，学生能完整经历技术实践的各个环节。这种做中学的方式，可帮助学生真正掌握技术知识，培养解决实际问题的能力。

二、课堂实践：工程思维落地的具体策略

（一）项目驱动，问题真实化

教师可以组织学生观察校园环境，发现需要改进的具体问题。比如针对教室垃圾分类需求，可以设定设计教室垃圾分类装置的项目任务。这个任务需要明确具体要求：装置需要区分至少三类垃圾，体积不超过课桌大小，使用环保材料，制作成本控制在 50 元以内。同时要规定完成时限为两周，并制定具体的评价标准，包括功能性、美观性、实用性等维度。通过设置这些真实约束条件，让学生体验设计师在实际工作中面临的各种限制。在项目启动阶段，教师要引导学生进行需求调研，比如统计班级垃圾种类和数量，测量教室空间尺寸，了解同学们的使用习惯等。这种基于真实问题情境的驱动，能够激发学生主动探究的热情，促进其问题意识、批判性思维及精准定义问题的能力，契合核心素养培养目标。

（二）设计先行，方案系统化

确定项目任务后，核心在于引导学生进行‌系统性‌的方案设计。此阶段需强调‌思维先行于动手‌，要求学生将重心放在周密的思考与规划上。垃圾分类装置项目‌，教师应引导学生组织分组进行‌头脑风暴‌，鼓励发散思维，提出多样化的解决方案（如针对垃圾桶：分层抽屉式、旋转桶盖式、脚踏联动式等多种构型） ) 针对每个初步构想，需‌绘制详细的设计草图‌，精确标注关键尺寸、部件连接方式和材料选用说明。接下来要进行方案论证，比较各方案的优缺点，考虑结构强度、制作难度、成本控制等因素。教师需要指导学生制定具体的制作计划，包括所需工具材料清单、制作步骤分解、人员分工安排等。这个阶段特别培养学生系统性思维，让学生明白好的设计需要综合考虑功能、结构、材料、工艺、成本等多方面因素，不能只关注单一指标。

（三）动手实操，设计具象化

设计方案确定后，就进入实物制作阶段。这个环节需要为学生提供充足的实践条件。以制作课桌收纳架为例，实验室需要准备木板、合页、螺丝等材料，以及锯子、电钻、砂纸等工具。教师要示范工具的正确使用方法，强调安全操作规程。在制作过程中，学生会遇到各种实际问题，比如木板切割尺寸偏差、钻孔位置不准确、组装后结构不稳等。这时要引导学生分析问题原因：可能是设计图纸尺寸标注不明确，可能是材料强度不够，也可能是加工工艺不熟练。通过问题解决过程，学生能够切身感知设计图纸与实物制作间的差距，系统理解工程实践中工艺适配、公差配合等关键细节要素。这个阶段教师要鼓励学生自主解决问题，但也要适时给予指导，避免学生因困难而放弃。读万卷书，还需行万里路来印照，通过实践操作真正做到“做中学”“学中思”“思中创”，使通用技术学科更具实际意义，更能体现通用技术学科特点。

（四）测试迭代，方案更优化

完成作品制作后，需要进行严格的测试评估。以改进的校园报架为例，测试内容涵盖：结构稳定性检测，承重能力测试，取放报纸的便利性检测等。教师要指导学生设计科学的测试方法，比如用砝码进行承重测试，组织同学进行使用体验调查。测试结果要详细记录，包括成功的地方和存在的问题。对于发现的问题，比如报架在装满报纸时容易倾倒，要引导学生分析原因：可能是底座面积太小，或者重心设计不合理。基于测试结果，要求学生提出具体的改进方案，比如加大底座面积，或者增加配重。然后进行第二轮制作和测试，直到达到预期效果。通过 2 ～ 3 轮迭代，让学生体验：“设计→测试→优化”闭环，深刻理解工程实践中失败数据的价值。

三、实践案例：以“便携式课桌收纳架”设计为例

书桌收纳架项目，首先要进行详细的问题分析，通过测量课桌尺寸、调查同学使用需求等，明确了设计目标：需要开发一个置于课桌侧边、收纳书本、方便取放且不占用过多空间的收纳装架。在方案设计阶段，学生们集思广益，提出了挂钩式、卡槽式和折叠式三种设计方案，经过充分讨论和草图绘制，最终选择了兼顾实用性和美观性的卡槽折叠方案。

进入制作阶段，学生们选用轻质木板作为主要材料，配以合页连接件，运用锯、钻、砂纸和螺丝等工具进行加工组装。这个过程中，学生们不仅掌握了基本的木工技能，更重要的是理解了材料特性与结构设计的关系。测试阶段暴露出两个主要问题：折叠关节易松动和承重时卡槽变形。面对这些问题，学生们没有气馁，而是运用工程思维寻找解决方案：增加三角形加固件提升稳定性，更换更厚实的木板增强承重能力，同时改进卡槽深度以优化使用体验。经过第二轮测试，改进后的收纳架完全达到了设计要求。这个案例生动展现了工程思维指导下的完整实践过程，让学生在真实项目中获得了宝贵的技术素养提升。

结语

参考文献：

[1] 陆婕 . 核心素养下高中通用技术学科教学路径研究 [J]. 亚太教育 ,2023(4).

[2] 阮武林 . 指向学科核心素养发展的项目化教学研究——以高中通用技术机器人教学为例[J]. 现代中小学教育,2024(3).

[3] 于贺辉 . 基于核心素养的通用技术大单元教学实践项目的选择与实施[J]. 广东教育 ,2024(4).