基于產品設計推進深度學習

錢一千

【摘 要】本文以解決校園活動中真實問題“共享雨傘傘筐設計”為例，探討從產品設計與智造的角度組織項目式教學，引導學生開展基于設計與智造的沉浸式深度學習的教學實踐。本文有理有據地提出了深度學習來源于真實情境、植根于跨學科知識、著眼于高階思維、落實于評價反思等教學策略。

【關鍵詞】產品設計；深度學習；設計與智造

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）05-050-02

設計與智造的核心理念就是從產品設計與智造的角度組織項目式教學，融合高中信息技術、通用技術乃至其他學科課程，基于學科大概念設計項目活動，引導學生開展基于設計與智造的沉浸式深度學習，從而發展高階思維，提升技術素養，培養未來的設計師和工程師[1]。深度學習是指在教師引領下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程。本文以“共享雨傘傘筐設計”項目為例闡述以設計與智造為主線，在推進深度學習方面的教學實踐與反思。

深度學習來源于真實情境

共享雨傘傘筐設計來源于校園生活的真實問題。學校校園面積168畝，教學樓與宿舍、食堂、運動場館等區域間并無連廊相通，為了滿足師生在校園內使用雨傘的需求，我們設計投放了一批共享雨傘，用于各建筑物間雨天出行的需求。但共享雨傘的使用帶來一個新的問題：學校各建筑物的出入口處需要一批能放置共享雨傘的傘筐，市場上的雨傘傘筐多為少量雨傘設計，并不能完全符合學校的實際需求。所以我們提出了這樣一個需求：設計能符合學校共享雨傘的傘筐。

真實情境的問題能夠激發學生的責任意識、創新意識和合作意識。共享雨傘傘筐設計體現了“以人為本”的理念，實質就是“我為人人，人人為我”的責任意識。問題的解決能夠方便學校管理和學生生活，學生自然充滿了極大的熱情，積極性很高。該項目激發了學生主動探究、實踐創新的內在學習動機。而且由于傘筐設計問題具有一定的復雜性和挑戰性，需要學生組建團隊，齊心協力完成任務，有助于培養學生的合作意識和能力。

深度學習植根于跨學科知識

本項目融合了高中技術課程中的通用技術和信息技術學科內容，還有三維建模、開源硬件、軟件編程等選修科目內容，甚至還涉及物理材料、外觀設計等其他學科知識，可以幫助學生形成跨學科知識體系。

傘筐設計立足于通用技術學科，是一個產品設計的問題，遵循通用技術學科中設計的一般流程。傘筐應該是一個穩固的結構，故而涉及通用技術學科中結構設計的相關內容。因此，我們按照產品設計的一般過程，制作了項目設計手冊。手冊上提供每個環節必要的知識點，同時真實記錄學生在設計制作過程中的各類學習數據、圖樣圖表，包括發現問題階段設計分析的概念圖、明確問題需要設計條件匯總、方案構思階段使用SCAMPER法和頭腦風暴法獲得的各類奇思妙想、方案權衡階段建立的KANO模型、方案呈現階段設計的草圖及三視圖等、模型制作階段必要的工具、材料使用要求的資源準備、模型呈現的實物照片，還有作品完成后進行評價的自評、互評及師評的雷達圖等。

傘筐設計離不開信息技術學科，信息技術作為必要的工具與手段一直貫穿傘筐設計的始終。在發現和明確問題階段，學生使用網絡搜索引擎進行資料的收集整理，產品的調研和分析；在方案構思階段，部分學生使用計算機軟件繪制設計圖樣；在作品評價階段使用在線投票評價系統進行自評和師生互評。

傘筐設計還涉及其他科目內容。在模型制作階段，學生通過3Done軟件建模和打印部分零件；學生設想智能傘筐App，通過傳感網及時反映全校各供應點的雨傘數量，方便管理和維護。這就涉及開源硬件、軟件編程等相關知識了。

深度學習著眼于高階思維

傘筐設計以設計與智造為主線，開展沉浸式深度學習，就是將設計思維、工程思維、計算思維作為培養學生技術素養的關鍵。這三種思維方式的綜合運用有利于打造良好的技術創新思維，有利于提升學生技術創新素養。項目教學的深度體現在思維的可視化。被可視化的“思維”更有利于理解和記憶，可以有效提高信息加工及知識傳遞的效能[2]。

設計思維是一種以人為本的產品設計態度與方法，具有普遍適用性和跨學科跨領域的特點，是一種可以發現問題解決方案并以多種方式激發創新思維的途徑。國際上普遍認同的設計思維包括同理心、需求定義、方案構思、快速原型和測試迭代五個階段。在傘筐設計的過程中，教師提供了設計思維的多種學習腳手架和可視化工具，如同理心地圖、頭腦風暴、九宮格、SCAMPER法、KANO模型等，有效地幫助學生構思了多種傘筐模型，完成了項目挑戰，讓人耳目一新。

工程思維是以系統分析和比較權衡為核心的一種籌劃性思維，在產品的方案構思及權衡時都要用到。傘筐是一個穩固的結構，也是一個簡單的系統，因此學生要形成人機關系、形態轉換、決策權衡、工程建模等技術思想和方法，實現整體與部分、抽象與具體、有形與無形之間的思維轉換，提升和發展工程思維。

計算思維是個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。在面對復雜的問題情境，對其進行抽象、分解和建模的過程中，我們都在運用計算思維。傘筐設計的過程中，學生要使用計算機進行數據整理、結構分析、任務分解、模型建構等各種思維過程，鍛煉了計算思維。

深度學習落實于評價反思

深度學習的推進離不開伴隨式的評價與反思。學習手冊的使用正是契合技術意識、高階思維、圖樣表達、物化能力和創新設計等核心素養來設計的，能夠最大程度地客觀呈現和評價學生在技術課程中的整個學習過程。

傘筐設計項目以學習手冊為中心，從設計草圖的呈現到模型制作的實踐再到最終作品評價的全過程，伴隨式評價貫穿始終，個人的自評、小組同伴的互評和不同階段的師評，幫助學生及時發現問題、調整方法、改善學習，從而使學生不斷反思，不斷改進，不斷發展，學生才對整個學習產生了積極的情感。學生興趣一旦被激發，就更容易發現學習的意義和價值，體驗創造的快樂。

綜上，通過“共享雨傘傘筐設計”項目，學生以設計與智造為主線體驗了沉浸式的深度學習方式。學生在校園生活的真實情境中發現并明確問題，全身心投入到傘筐設計活動中，主動探究、手腦并用，實踐創新，實現了知識與經驗的結構化建構，鍛煉了設計思維、工程思維和計算思維等高階思維方式，在學習手冊支持的伴隨式評價中，形成較強的自我學習效能感，具備良好的自主學習品質。

在后疫情時代，我們將發掘更多的設計與智造項目，深入研究深度學習的教學策略，落實基于網絡的學習平臺，更好地支持學生的個性化混合學習，達到更深層次的深度學習。

注： 本文系2019年江蘇省基礎教育前瞻性教學改革實驗項目“設計與智造：統整理念下高中生學習方式的變革”的階段性成果

參考文獻

夏燕萍. 高中技術課程融合的校本實踐研究[J]. 中小學信息技術教育，2022（6）：47-50.

夏燕萍. 技術素養導向的“設計與智造”教學策略[J]. 中國信息技術教育，2021（23）：28-31.

作者單位：江蘇無錫市第一中學

編? ?輯：馮艷艷