摘要：STEM教育具有跨學科性、協作性、實踐性、規範性、藝術性等特徵，由此，STEM教育理念下的通用技術課程教學，應以學生為中心，分五個步驟進行：一是設計基於真實問題的教學情境，二是提出問題，三是學生進行探究、協作式學習，四是教師引導學生進行知識建構，五是實踐解決問題。
關鍵詞：STEM教育；通用技術課程；教學模型；教學設計
STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）的縮寫，是一種融合該四門學科的教育，旨在培養同時具有四門學科知識與能力的複合型人才。通用技術作為一門在高中階段開設的基礎技術性課程，對學生的動手能力與創新思維的鍛鍊具有重要價值。
一、STEM教育的主要特性
STEM教育的提出，離不開各學科的本質屬性以及四門學科融合形成的統一的整體屬性，其在研究與實踐的過程中會呈現出跨學科性、實踐性、協作性、豐富性、規範性等特性。
（一）跨學科性
STEM教育的跨學科性首先體現在形式上，它是由四門學科交叉融合而成的，在理論研究或實踐運用時往往會由一個學科跨到另一個或多個學科。STEM教育的跨學科性，要求學習者對科學、技術、工程、數學的知識與能力進行綜合把握，培養出具有科學的眼光、嚴密的邏輯思維、創新的實驗設計、有效解決問題的綜合性人才。實行分科制度的傳統教育，在一定程度上能夠使學習者在該領域進行潛心、深入的學習，但這種教育使得學科與學科之間、學科與真實世界之間產生了隔閡，學生具有的這種單一學科的能力，不足以解決複雜多樣的實際問題。STEM教育以跨學科融合的理念為指導，使學習者掌握解決問題的多種思維與綜合能力，直面和解決複雜多變的真實問題。在這個過程中，學習者可以靈活選取解決問題的學科知識，在解決問題的過程中強化知識應用、加深知識理解。這種跨學科融合的教育方式，滿足了學生解決實際問題的需要，而且通過多學科的視角來看待與分析問題，對學生的綜合性思維有所鍛鍊，有利於學生更好地適應未來。
（二）協作性
STEM教育往往會直面真實問題，而真實問題往往是複雜多變、難以解決的。因此，學生與學生、學生與教師、教師與教師之間需要進行有效的協作交流，才能順利解決此類問題。學生與學生之間分成小組，根據問題在小組內進行資料的收集、整理與分析，提出可行性假設，並進行實驗驗證；同時對其中面臨的難題進行討論交流，確定有效解決問題的實施方法。STEM教育的協作性，要求學習環境至少包含“協作”和“會話”兩個要素，使學生與學生之間形成一種特定的'夥伴關係，從而有效地解決問題。教師在學習活動中作為組織者與引導者，主要負責教學活動的設計與疑難問題的解答。學生與教師之間的協作，主要表現在教師與學生共同解決困難問題或教師指導學生解決困難問題。這種協作關係有助於教師掌握學習者的學習情況，促使教師在教學或實踐過程中更好地扮演自己的角色，提高教學效益。同時，STEM教育面臨的真實問題，依靠單一學科往往不能有效解決，需要不同學科的教師協作互助，不同教師所擁有的豐富的學科知識，使他們在遇到真實問題時，能夠較為容易地發現問題實質，並能從不同側面綜合地解決這一問題。
（三）實踐性
STEM教育在具體實施過程中，通常採用基於問題解決的方式開展教學活動。基於問題解決的學習方式，要求學習者具有較強的動手實踐能力，因此，STEM教育具有實踐性的特徵。STEM教育中的科學、技術、工程、數學四門學科，均是基於真實問題的學科，強調通過學習獲得問題解決能力與創新能力，進而動手實踐解決真實問題。在學習過程中，學習者在教師設計的學習環境中，應用所學學科知識進行問題分析、方案設計、知識建構、動手實踐等來解決問題。一方面，學習者在參與問題解決的過程中，通過實踐獲取的不僅是結果性知識，更多的是過程性知識；另一方面，動手實踐的機會能讓學習者感受到所學知識的實用性，能激發出更為濃厚的學習興趣。例如PLTW（ProjectLeadTheWay）機構開發的《技術之門》課程，通過向學習者提供“電子魔力”的實踐活動，希望學習者瞭解電子與社會生活的緊密關係。這種通過參與解決真實問題來獲取知識的學習方式，使學習者體會到知識與生活的密切聯絡，對以後的學習具有深遠意義。
（四）規範性
STEM教育中所包含的四門學科，均具有嚴密的邏輯思維與科學規範的特徵，因此在進行問題分析、方案設計、假設驗證時，要特別注意規範性。在教學過程中，教師要引導學生用科學的眼光審視問題，用科學的實驗研究方法分析問題，用科學與數學的嚴密思維設計假設，用科學與工程的手段驗證假設，用規範的工程設計解決問題……這一系列過程，均要在規範的操作下進行，才能幫助學習者認識事物的客觀規律與發現問題的本質。學生在掌握了規範性這一特徵後，在面對真實問題時，才能有條不紊地按照科學的方法與步驟去解決問題。
（五）藝術性
隨著研究的深入，部分研究者在STEM教育中加入“藝術”（Art）學科，提出了STEAM教育，由此看來，STEM教育在其深層次上具有藝術性的特徵。STEM教育的藝術性，要求教師在教學過程中不能只用嚴謹晦澀的語言或材料進行教學，而應在其中穿插一些人文藝術內容，這樣不僅能使學生對教學內容產生興趣，避免課堂的乏味，也能使學生對自然科學瞭解得更為全面透徹。例如，在進行技術知識的教學過程中，可以適當講解技術的起源、現狀、前景以及一些應用中的案例，以此激發學習者的興趣，促進學習者將知識與實際問題聯絡起來。STEM教育的藝術性，除了能促使學生有效解決問題外，還可以在設計的方案、最終的成果等方面提升藝術感與美感，培養學生的審美情趣。
二、STEM教育理念下的通用技術教學模式
通用技術(GeneralTechnology)，是指在日常生活中廣泛運用，並且對未來的發展具有指導意義和價值的技術，具有基礎性強、通用性廣泛、價值性高等特點。在普通高中教育階段，通用技術課程要實現以下目標：一是，關注全體學生的發展，著力提高學生的技術素養；二是，注重學生創造潛能的開發，加強學生實踐能力的培養；三是，立足科學、技術、社會的視野，加強人文素養的教育。通用技術課程的教學目標與STEM教育的理念有一定的相似之處，在STEM教育理念的啟發下構建了以下教學模式：STEM教育理念下的課堂以學生為中心，在基於真實問題的教學情境中，教師提出具體問題，學生分成小組，運用STEM教育中的學科知識進行探究、協作式學習，學生通過問題分析、資料收集、交流探討，設計出解決問題的方案。教師在此過程中引導學生完成對知識的建構，最終落實到實踐，完成問題的解決。通用技術是一門高度綜合的課程，是對學科體系的超越，它強調各學科、各方面知識的聯絡和綜合運用。
結合STEM教育的特性及以上教學模式，可將教學過程分為以下五個步驟：
①教師根據教學內容聯絡實際問題，設計出便於學生理解的教學情境；
②教師根據教學情境，提出適合學生難度的問題；
③學生分成小組，運用STEM教育中的學科知識進行探究、協作式學習；
④教師在學生探究與協作學習的過程中給予學生幫助，引導學生進行知識的建構；
⑤學生依據解決問題的方案，動手實踐以解決問題。根據教學步驟，筆者以廣東科技出版社《通用技術》（必修1）技術與設計1第四章中的“自動開關控制電路的製作實踐”為例，設計以下教學過程：
第一步，設計基於真實問題的教學情境。以生活中的實際問題引入，不僅能激發起學生的學習興趣，也能使學生認識到知識與生活的緊密聯絡，進而帶著激情進入課堂學習。某某小區的路燈壞了，已知問題位於自動開關控制電路，請同學們設計一個自動開關控制電路，並利用已有材料進行電路板安裝，替換出現問題的控制電路，使路燈能正常工作。
第二步，教師提出問題。本節內容為“自動開關控制電路的製作與實踐”，電路圖的設計、電路板的安裝與焊接，以及最終實踐使路燈按需點亮，是本節課的主要任務。在真實情境中提出問題，能使學生在課堂中充滿激情與幹勁，帶著解決問題的決心開始課程學習。
第三步，學生進行探究、協作式學習。學生分成小組，在完成課本知識的學習與資料的收集、整理後，大部分學生對自動開關控制電路有一定了解。在此基礎上教師丟擲第一個問題：設計出能解決問題的電路圖。小組內經過討論交流能設計出較為簡單的電路圖，教師對此電路圖進行指導並提出優化建議，讓學生進一步探究，並且在小組內與小組間進行充分交流，最終設計出所需的電路圖。在此基礎上，教師丟擲第二個問題：依據本組設計的電路圖，進行電路板的安裝與焊接。學生進一步交流探討，完成電路板的安裝與焊接，電路裝好後接上安全電源進行試驗。在此環節中，學生在STEM教育理念下進行探究、協作式學習，教師應特別注意避免直接告訴學生應該怎麼做，而要引導學生進行思考、探究、討論，自行解決問題。
第四步，教師引導學生進行知識建構。學生進行電路試驗，實驗現象為：當光線較暗時，光敏電阻阻值變大，繼電器吸合，電燈開關接通，燈泡點亮；當光線較強時，光敏電阻阻值減小，繼電器釋放，電燈開關斷開，燈泡熄滅。在此過程中，教師需要引導學生完成對以下知識的建構：硫化鎘（CdS）光敏電阻是電路的關鍵元件，在暗光條件下阻值可達10MΩ，在強光條件下僅為幾千Ω；電路中R1選用47kΩ的可調節電阻；工作電壓為12V；電路中的二極體是為了保護三極體而設立的；焊接時先焊接二極體和可變電阻器，再焊接三極體和繼電器，最後連線光敏電阻和電源線。學生建構的此類知識與生活聯絡緊密，有利於學生的牢固掌握與解決生活中的實際問題。
第五步，實踐解決問題。教師將各組同學安裝好的電路板，交由路燈維修人員，由路燈維修人員更換壞掉的自動開關控制電路，最終完成問題的解決任務。在發現自己動手解決實際問題後，學生能體會到知識與生活的緊密聯絡，對所學知識掌握得更為牢固，也會期待下一次的學習。
STEM教育注重學生在真實的問題情境下運用跨學科的綜合能力來解決問題，知識的情境化與聯絡性，是當今教育改革的熱點，在通用技術課程中運用STEM教育理念，是該門課程教學探索的一種新視角，值得廣大一線教師關注。