资源简介

普 通 高 中 教 科 书
《通用技术》选择性必修10：科技人文融合创新专题
第一章 科技人文融合创新概述
第一节 认识STEAMS
教学设计
教学背景
习近平总书记在全国教育大会上强调，要在党的坚强领导下，全面贯彻党的教育方针，坚持马克思主义指导地位，坚持中国特色社会主义教育发展道路，坚持社会主义办学方向，立足基本国情，遵循教育规律，坚持改革创新，以凝聚人心、完善人格、开发人力、培育人才、造福人民为工作目标，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，加快推进教育现代化、建设教育强国、办好人民满意的教育。
教学目标：
知识与技能目标:
1.理解STEAMS的概念，掌握STEAMS的结构分析。
2.了解国际上STS、STEM、STEM+理念的发展历程。
3.理解学习领域融合对知识创新的意义。
4.体会多学科融合创新的重要性。
教学内容分析:
以《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《标准》）为依据，以全面贯彻落实《标准》所倡导的以提高学生的技术素养和创新能力为目标。本模块的核心价值在于多学科知识的综合运用，科技人文融合创新项目的实施以兴趣、问题、活动等为中心，充分结合科学、技术、工程、艺术、数学、社会等学科知识，适当利用信息技术，注意在教学中融入爱国主义教育和革命传统教育，注意与中华优秀传统文化相结合。
学情分析:
学生对通用技术的了解认识有限，面对未来，他们需要学习有关通用技术的知识。
通过本模块的学习，同学们能理解科学、技术、工程、艺术、数学、社会等各学科之间的紧密联系和科技人文融合创新的重要性；初步掌握相关科学原理及其应用、数学知识及其应用、材料及其加工、模型制作及其工艺等基本知识与基本技能，初步形成在具体领域中运用结构与功能、权衡与优化、设计与创新等技术思想与方法的能力，提高设计创新能力；弘扬劳动精神和创新精神；形成系统思维与工程思维，培养团队意识和合作能力，树立投身我国科技创新以及中华民族伟大复兴事业的人生理想。
教学重难点:
理解STEAMS的概念，掌握STEAMS的结构分析。
了解国际上STS、STEM、STEM+理念的发展历程。
理解学习领域融合对知识创新的意义。
体会多学科融合创新的重要性。
教学策略:
以案例或项目引入，介绍从事科技人文融合创新项目活动的基础条件，工具、材料、图样、工艺、技术参数等技术要素，以及性能需求、生命周期、标杆分析和反求工程等的分析方法在科技人文融合创新项目活动中的独特作用。以技术与工程问题为牵引，以项目实践为指引，通过设计多种专题实践项目，让同学们经历科技人文融合创新项目活动的全过程。通过这些实践活动，同学们可了解技术与工程项目所蕴含的科学、技术、工程、艺术、数学、社会等因素，并能通过比较、权衡等方法剖析这些因素间的制约关系和通约特性。
教学准备:
展示用的图片、其他技术产品、多媒体课件。
教学过程:
情景导入:
老师：本节课我们学习《通用技术》选择性必修10：科技人文融合创新专题　第一章 科技人文融合创新概述　第一节 认识STEAMS。
在科学、技术、工程、艺术、数学、社会之间存在着一种相互支撑、相互补充、共同发展的关系。如果要更好地了解它们，尤其是它们之间的关系，就不能独立地看其中某个部分，只有在交互中、在相互的碰撞中，才能对它们有更深层次的认识和理解。
科技人文融合创新，有别于传统的单学科、重书本知识的教育方式，是更加重视实践的多学科融合学习。
一、STEAMS的概念
STEAMS是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）、社会（Society）的合称，其核心是跨学科的融合。
案例
活塞式内燃机汽车（图1-1）（参见教材P2）依靠内燃机工作提供动力，内燃机的工作过程是一个将化学能转化为机械能的过程，通过气缸活塞来实现能量的转化，这个应用就是“科学”的应用；工厂加工气缸和活塞等零部件，是一个“技术”的过程；汽车有许多零部件，将它们组合成一辆汽车，这个过程称为“工程”；有的汽车外观设计得很漂亮，深受人们的喜爱，这就有“艺术”的因素；汽车重心的高低、风阻的大小等，对汽车运动过程中的安全性、可靠性是有影响的，要经过严密的计算，这就应用了“数学”；汽车成为一种交通工具，方便人们出行，提高了人们的生活品质，汽车也成为一种运输工具，推动了社会发展，同时也产生交通拥堵和环境污染等“社会”问题。
讨论
在汽车的设计中如果忽略STEAMS中的某一要素，你认为会产生什么影响？
分析
表1-1列出了汽车的某些元素，分析其作用，在空格里填写STEAMS中的某一字母（可加中文标注）。
表1-1 分析汽车的某些元素与STEAMS的关系
元 素 属于STEAMS中的哪一项
油箱加油口盖内侧贴有轮胎充气气压的值
车标
精密齿轮
挡风玻璃上贴的环保标志
除雾原理
师傅给汽车加装倒车雷达
驾驶座位前后高低可以调节
思考
汽车生产企业需要哪些人才？平常我们应该关注和学习哪些知识以适应未来的职业发展？
二、STEAMS的发展历程
STEAMS经历了以下四个发展阶段：STS→STEM→STEAM→STEAMS。
阅读
STS：
STS是科学（Science）、技术（Technology）和社会（Society）的合称。它探讨和揭示科学、技术和社会三者之间的复杂关系，研究科学、技术对社会产生的正负效应。其目的是改变科学和技术分离，科学、技术和社会脱节的状态，使科学、技术更好地造福于人类。
STS教育是科学教育改革中兴起的一种新的科学教育构想，其宗旨是培养具有科学素质的公民，它要求教育面向公众，面向全体，强调理解科学、技术和社会三者的关系，重视科学与技术在社会生产、人们生活中的应用，重视科学的价值取向，要求人们在从事任何科学时，都要考虑社会效应，并能为科技发展带来的不良后果承担社会责任。
STS研究和STS教育始于20世纪60—70年代西方发达国家，当时科学技术迅速发展，带来了经济发展、社会繁荣、人们生活水平提高，但与科学技术发展有关的重大社会问题（如环境、生态、人口、能源、资源等）也随之不断出现。为了解决这些问题，STS研究和STS教育应运而生。STS研究和STS教育的产生是社会发展的需要。
我国在20世纪80年代中期引进了有关STS教育的理论，并对大学、中小学STS教育进行了理论和实践的研究。
STEM：
STEM代表科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）。STEM教育就是科学、技术、工程和数学的教育。欧美一些发达国家政府的STEM计划是一项鼓励学生主修科学、技术、工程和数学领域的计划，并不断加大科学、技术、工程和数学教育的投入，培养学生的科学素养。
STEAM：
STEAM代表科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）以及数学（Mathematics）。STEAM教育就是集科学、技术、工程、艺术和数学多学科融合的综合教育。
STEAM是从STEM教育计划演变而来的，STEM是由发达国家政府主导的一项教育计划，旨在打破学科疆域，通过对学科素养的综合应用解决实际问题，同时培养综合性的人才。
STEAM比STEM计划多了一项艺术，相对来说，STEAM比STEM注重的元素更加多元化，要求的学科能力更丰富多样。
STEAMS：
STEAMS就是在STEAM的基础上增加社会（Society）的一项内容，强调不要忽视社会效果，为科技发展带来的不良后果承担社会责任。STEAMS教育的核心主张跨学科的融合，形成学科综合的视野，能综合运用科学、技术、工程、艺术、数学和社会的知识、方法和基本技能，形成系统的方法论和工程思维，提高创新能力。
讨论
（1）你认为STEAMS还可能怎样发展？
（2）结合本校所开设的课程（包括校本课程），讨论在STEAMS教育中，各学科所属元素。
案例
张先生打电话联系一家工厂，请工厂给他加工一个零件。工厂联系人听了他的表述后，请他使用即时聊天软件交流。张先生不愿意，希望在电话里说清楚他的意图。联系人说，在电话里是很难说清楚的，最好用图来表达，用即时聊天软件可以截图。张先生却说他不会截图。工厂联系人说：“对不起，我们没办法为您提供准确的服务！”
分析
张先生的知识结构里缺少什么素养？我们在平时的学习当中要注意什么问题？
三、知识创新
知识创新是指通过科学研究，包括基础研究和应用研究，获得新的基础科学和技术科学知识的过程。知识创新的目的是追求新发现、探索新规律、创立新学说、创造新方法、积累新知识。知识创新是技术创新的基础，是新技术和新发明的源泉，是促进科技进步和经济增长的革命性力量。知识创新为人类认识世界、改造世界提供新理论和新方法，为人类文明进步和社会发展提供不竭动力。
讨论
（1）近期有哪些新的知识是过去没有的？这些知识是怎样产生的？
（2）图1-2（参见教材P5）是人类思维思想自我循环原理示意图，简述人类知识体系是如何形成和发展的？学习领域融合对知识创新有什么意义？
案例
机器人制作是中小学科技创新教育中常见的活动（图1-3）（参见教材P96，我国许多省市每年都举行中小学机器人竞赛。竞赛中用到的机器人套件，常常有一个称为“RCU”的模块，是机器人的“大脑”。其核心是一块被称为“单片机”的集成电路，这种集成电路与一般集成电路不同，它的引脚（简称IO口）的输入输出功能是可以通过编写程序的方式来改变的，而通常的集成电路的引脚功能在出厂时就已经固定。“单片机”编程一般用汇编语言或者C语言，往往涉及比较深奥的计算机知识，这些知识对中小学生来说是比较难掌握的。为了解决这个问题，专家设计了图形化编程软件，把各种功能的程序集合成各种模块，通过模块化的图形连接，就可以快速设计出单片机的程序，满足中小学生编程的需求，也由此衍生出相应的课程。
讨论
（1）为什么说机器人图形化编程软件是知识创新的成果？这种创新有什么意义？
（2）你认为机器人技术融合了哪些方面的知识？
四、多学科融合创新
多学科融合创新要注意学科间的相互联系，不但要重视和提升动手实践能力，而且要不断提高创新意识。
延伸阅读
发明故事：Nanoleaf Bloom，一种不需要调光器的可调光灯泡
小小的灯泡可以创新吗？朱嘉钧、Tom Rodinger、闫思成（图1-4）（参见教材P7）这三名来自多伦多大学毕业生的发明让人眼前一亮。
2001年，他们结识于多伦多大学工业设计系。三人曾一起在学校的太阳能车队的研发团队工作，用绿色科技改变世界的共同梦想使他们走到一起。
考虑到市面上的照明产品，没有任何一款能够将能源利用的效率最优化，他们决定以重新发明灯泡的方式为世界带来一道璀璨的光！很快，他们共同创办了Nanoleaf照明公司。之所以选择Nanoleaf作为名称，是因为这个词结合了科技与绿色。2010年初，他们放弃了原本待遇丰厚的工作，来到世界LED产业的中心——深圳，开始全职研发产品原型。
为了解决灯泡能耗问题，一年时间里，他们为封装技术跑遍了深圳200多家封装厂，因为好的封装是LED灯降低能耗的基础。一家LED公司被他们的产品设计理念打动，决定把最先进的封装生产线独家用于Nanoleaf。终于，他们成功研制出“全世界最省电的纳米LED灯泡”“史上第一款不需要调光器的可调光灯泡”——Nanoleaf Bloom（图1-5）（参见教材P8）。
看到Nanoleaf Bloom的第一眼，惊艳感就扑面而来。完美的几何形状，棱角分明，果然和普通灯泡不一样。
不过，这些都不是重点，它真正的创新之处为Nanoleaf Bloom是全球第一款不需要调光器的可调光灯泡。使用普通的开关就能随意调节灯光亮度，用家里最传统的电灯开关也可以，不用连接APP，也无须购买任何额外的配件。
为了实现这一功能，设计师在灯泡里加入一块特制专利芯片，它可以直接从任何传统开关截取信号。正常按动开关，光线就会从最暗逐渐变亮，到合适的光线强度时快速按动两次开关即可将亮度锁定，再快速按动两次开关就会从最亮逐渐变暗，到合适的亮度后，相同操作即可将亮度锁定。最亮的时候，它的亮度相当于75W的灯泡甚至更亮，但耗电却不超过10W。光调得越暗，就越省电（图1-6）（参见教材P9）。
Nanoleaf Bloom还自带夜灯模式，开启后只有5%的亮度，能耗仅为0.5W，这个亮度当夜灯最适合不过了。只要快速按动电源开关三下，就能迅速切换到夜灯模式。除此之外，Nanoleaf Bloom在节能和耐用方面的表现，同样令人惊艳。它比普通LED灯泡省电88%；而且为了让灯泡更加坚固，开发团队采用了一种叫PCB印刷板的材料作灯体，经由折叠，灯泡形成了11面体，比传统的玻璃灯泡更加耐用，且不易打碎。
Nanoleaf Bloom灯泡有11面，每面镶嵌了3颗LED节能灯珠，通过这33颗灯珠，灯泡每瓦可输出120 lm的光通量。这样的设计还可以让灯泡更有效地散热，即使在灯最亮的时候，用手直接抓握灯泡也不会感觉发烫。
2013年1月，Nanoleaf Bloom上线Kickstarter后随即获得了全球81个国家的支持，众筹金额瞬间达27万美元，远超当初目标的10倍。2013年11月，李嘉诚亲自与3位创始人面谈后就决定投资了！Nanoleaf还获得了2015年SEAD全球环保节能奖章和大名鼎鼎的德国红点设计奖。
讨论
（1）Nanoleaf Bloom融合了哪些知识和技术？
（2）Nanoleaf Bloom有哪些创新的地方？
（3）你认为怎样才能提高自己的创新意识？Nanoleaf Bloom发明人的哪些品质值得你学习？
课后作业
习 题
（1）上网搜索本省20年来的高考模式，你认为这些模式对培养人才有什么利与弊？
（2）手机与人们的生活息息相关，分析手机所包含的科技人文融合创新要素，用字母填写下表。
手机相关事项 科技人文融合创新要素
形状与外观
通信采用无线电传输
各部件紧密的结构
内藏天线的长短决定了无线电发射与接收的最佳状态
外壳印刷精美的文字
收到诈骗信息
（3）科技人文融合对知识创新有什么意义？对我国深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略有什么作用？
板书设计
第一章 科技人文融合创新概述
第一节 认识STEAMS
一、STEAMS的概念
二、STEAMS的发展历程
三、知识创新
四、多学科融合创新
通用技术
选择性必修10：科技人文融合创新专题
普 通 高 中 教 科 书
主 编 刘琼发
副 主 编：李 榕 周卫星 朱美健 席春玲
本 册 主 编：徐 明
本册副主编：李鲋瑞 刘海峰
广东教育出版社
广东科技出版社

展开更多......

收起↑