工程思维培养之下高中通用技术机器人教学的优化策略分析

前言：

高中通用技术课程是培养学生的技术素质和创新能力的一门核心课程，在教学系统中加入机器人教学既符合科技教育的发展潮流，又担负着培养学生工程思维的重任，工程思维是一种将多学科知识融合在一起，通过系统的方法来进行设计和实践的思维方法，它以系统思维、创新思维、批判思维和协作思维为核心。但是，在目前的高中通用技术机器人教学中，一些教师仍然把重心放在“技能传授”上，侧重于机器人装配和编程的操作性训练，而忽略了对学生工程思维能力的深入培养，致使学生很难把所学到的知识转化为解决复杂问题的能力。因此，从工程思维的角度出发，探讨高中通用技术机器人教学的优化策略，是一项非常有意义的研究课题。

一、工程思维内涵及其在高中通用技术机器人教学中的重要性

（一）工程思维的内涵

工程思维是工程技术人员进行工程实践的一种思维模式，系统思维强调以全局观之，分析各要素间的内在联系；创造性思维鼓励人们打破常规，提出新颖、独特的解决办法；批判性思维促使人们审视和思考现存的计划，并发现潜在的问题；优化思维追求的则是从多个备选方案中选出最佳方案，或者对已有方案加以改进和提升[1]。

（二）工程思维在高中通用技术机器人教学中的重要性

在通用技术机器人教学中，培养学生的工程思维能力是非常重要的，机器人项目往往涉及到机械结构、电子线路、程序控制等方面的知识，要求学生用系统的思维去整合各组成部分。同时，创新思维有助于学生在面对任务与技术挑战时，提出新颖的设计思想，批判性思维可以帮助学生在项目执行过程中发现和修正错误，而优化思维可以使机器人的性能持续改进，达到最优状态，可见，只有培养学生具有较好的工程思维，才能更好的适应未来科技的发展与社会的需要。

二、工程思维培养之下高中通用技术机器人教学的优化策略

（一）重塑教学目标，设计基于工程思维的机器人教学内容

在教学目标的设计中，要把工程思维能力的培养作为一个核心目标，并把它与技能和知识目标有机地结合起来[2]。要注重教学内容的连贯性和衔接性，确保学生在每个阶段都能够获得充分的锻炼和提升。

比如，在机器人设计课程中，除了要使学生掌握机械结构设计、电子电路连接、编程控制等技能之外，还要注重对学生系统思维的培养，让学生能对机器人系统进行整体规划，并对各模块之间的功能和相互关系进行分析。还需提出具有挑战性的问题，激发学生创造性思维，并鼓励他们自己想办法解决问题；在课题实施过程中，引导学生以批判性思维评价与反思设计方案，找出存在的问题并加以改进；同时培养学生优化思维，使学生学会持续优化提升机器人的性能。

（二）改革教学方式，提升学生的学习兴趣和动力

采取多种教学方式，能够激发学生学习兴趣，提高学习积极性，而项目式教学法是一种行之有效的教学方法，它通过对机器人教学内容进行设计，可以使学生能够以小组形式进行学习。在项目实施过程中，学生需要独立探索、合作交流、共同解决问题，这对培养学生的团队合作精神和工程实践能力具有重要意义。而问题导向教学法是一种很有推广价值的教学方法，它能激发学生的学习兴趣，激发他们的创造性思维，如在介绍“机器人传感原理”时，教师可通过“怎样使机器人感觉到周围环境的变化？”问题进行引导，让学生思考内在问题，还可以通过引入虚拟仿真技术，使学生能够在虚拟环境中完成机器人的设计与实验，降低实验成本，提高实验的效率，增强学生的学习体验[3]。

（三）促进学校之间的合作与交流

在高中通用技术课程中，以工程思维培养为导向优化机器人教学意义重大，通过开展机器人教学，不仅能促进学生工程思维发展，还能推动校际合作与教师成长。

为促进学校间合作交流，可建立区域性机器人教学联盟，如几所高中联合成立联盟，定期组织校际机器人教学研讨活动，在活动中，各校教师分享教学案例，像在“智能避障机器人”项目教学中，A 校教师介绍如何引导学生分析避障需求，运用工程思维设计传感器布局和算法逻辑；B 校教师则分享在机器人组装环节，如何让学生考虑结构稳定性与成本控制的经验。通过交流，各校可整合优势资源，共同开发教学课程和实验套件，实现资源共享与优化。

（四）健全教学评价体系，对学生的综合能力进行评价

建立多元化的评价体系，可以对学生的知识掌握、技能应用及工程思维进行综合评价，评价的方法应该包括教师的评价、学生的自我评价以及学生间的相互评价。教师的评价不能只注重学生的工作成绩和考试成绩，还应该注重学生在项目执行过程中的表现，例如团队合作、解决问题、创新思维等，学生自评与互评能使学生对自己的学习过程进行反思，找出自己的长处与短处，并从中吸取别人的长处。评价内容应包括多方面，如“知识与技能”即对学生掌握机器人相关知识与技能的情况进行评价；“过程与方法”维度则主要是对学生学习方法、思维过程进行评价；“情感态度与价值观”维度则评价学生学习机器人的兴趣、态度、价值观等。通过改进评价制度，能使学生的学习状况和能力发展得到全面、客观的反映，对学生进行有针对性的反馈与引导，促进学生的全面发展[4]。

结语：

总之，在高中通用技术机器人教学中对学生进行工程思维的培养，是一项非常有意义的工作，针对目前教学过程中存在的问题，要提出多样化的教学策略，还要针对学生的实际状况以及教学内容的特征，将多种教学方法与评估方法进行灵活运用，为学生营造一个良好的学习环境，培养学生的创新精神与实践能力，让学生更好地适应未来的科技发展与社会需要。

参考文献：

[1] 林裕强.创客教育理念下面向工程思维培养的高中通用技术教学研究[J].福建教育研究, 2024(9):13-15.

[2] 唐华.指向工程思维的学科实践活动设计的三个向度——以高中通用技术教学为例[J].教育与装备研究, 2024, 40(4):30-34.

[3] 赵松兵.基于工程思维培养的高中机器人教学设计研究[D].海南师范大学,2024.

[4] 屠根夫.工程思维在高中通用技术课程中的运用——以校园雨水收集利用系统优化课程为例[J].中小学电教（下）, 2024(11):13-15.

本文系2023 年度柳州市教育科学规划课题《基于工程思维培养的小、初、高机器人教学有效衔接的实践研究》 课题编号：2023-B25