深度學習理念下自制簡易桔槔模型的學科融合設計

程勝 陳建繁 沈旭紅 朱偉龍 夏建兵

1 武漢市江夏區實驗高級中學 武漢 430208 2 武漢市江夏區金口中學 武漢 430208 3 武漢市新洲高級職業中學 武漢 430418

0 引言

深度學習是在教師引領下，學生基于真實情境，積極深度參與，師生之間與社會實際情境發生真實的交互。深度學習是落實核心素養的重要路徑，深度契合學生核心素養的培育方式，提供了教學中基本問題的解決思路，為教學改革提供模型和路徑。核心素養以“全面發展的人”為根本出發點和最終歸宿，是新時期教育的育人目標，而深度學習以培養學生核心素養為根本追求，解決問題，生成智慧，所以核心素養的落實依賴于深度學習[1]。深度學習促進核心素養落地，立足現實世界的技術實踐，解決具體問題。基于深度學習的教學必須對教材內容進行再加工和整理，確保學習行為真實發生，促使淺表學習轉向深度學習，引導學生自我反思和學會學習[2]。深度學習以尊重人的學習規律為基礎，注重培養學生的核心素養，為學生創設一個真實的情境，讓學生綜合運用所學知識和積累的直接或間接經驗，解決實際問題或者為解決實際問題提供可能的方案[3]。深度學習是基于真實問題開展的項目式教學，聚焦深度學習理論，學習的主要內容具有挑戰性，目的是讓學生自己主動學習，學會掌控學習[4]。綜上所述，在通用技術課程中，通過學科融合實現深度學習是核心素養實現的必要途徑。

1 通用技術課程的教學現狀

1.1 通用技術課程

高中通用技術課程存在著活動開展不夠深入、專業性過強和活動重難點不突出等問題[5]。通用技術教材中，關于技術的描述很簡潔，可以很快讓學生明白技術在科技發展中的作用。課程的重點在于用技術解決問題，學科課程表現出理論與實踐相融合的特點。在教學過程中，教師應該放大通用技術學科融合的特點，使用STEAM 教學法，拓展學科融合的深度，這對學生通用技術學科核心素養的培養有重要作用，可以讓學生在技術實踐上真正獲得技能，很好地實現實踐與理論的對接。

1.2 通用技術教學的設施與條件限制

在很多學校中，通用技術教學的專業工具和材料缺乏，設施和裝備的條件也不夠，信息化設備沒有啟用，教師運用新技術的能力不足，導致現實中通用技術課程的開展不被重視，教師的教學和學生的學習積極性都很低。

1.3 技術的操作性和復雜性

在通用技術教學中，教師需要創設情境化的學習環境，解決真實的問題。通常，實踐活動課的課堂氛圍很熱鬧，但是課程的目的性不強。實踐活動有嚴格的操作規范且專業性很強，但是學生動手能力不強且勞動能力差，加上課本講述的知識雖廣泛但是不深入，導致實踐活動課看似簡單，操作起來卻難度較大。

1.4 課程重視度很低

通用技術課在很多省份是非高考科目，勞動與技術不被重視，導致社會和學校普遍只重視純知識的、理論性的學科。通用技術學科是實踐性很強的學科，包含了很多內容，知識框架和知識點之間的聯系不強，課本中介紹的知識和技能較為零散，整個課程容易給人走馬觀花、華而不實的感覺。

1.5 教師配備與能力培養

通用技術課教師不是某一專門技術門類的教師，而是掌握多門學科、有綜合技能的教師。書本上的理論知識很多教師可以照本宣科，但是應用與實踐、生活技能、生產技能，教師不一定都會。學校普遍缺少通用技術課涉及的各專業都懂、所有技能都會的通用技術老師，教師的時間與精力也不允許其對所有技能都擅長。

2 設計教學的要求

2.1 深度學習的設計

深度學習理論使用項目式教學，教學設計中通過任務把技術學習變成解決問題的過程，培養實踐能力。深度學習要求搭建問題與能力之間的橋梁，以解決挑戰性問題，培養學科核心素養。以往的課堂教學偏重于介紹理論，重視理論的識記，而缺乏實踐，這既不符合認知規律，也不利于學生掌握和使用技術。教師應該遵循知識產生的過程，在原有知識經驗上構建新的知識體系，即先有實際問題，再從實際問題中總結規律。特別是在實踐類的課程中，學生要先有充分的實踐體驗，在做中學到知識。通用技術中的技術與工程知識，只有具體操作才能獲得。教師先通過情境引入和技術體驗、實驗等，引入理論知識學習，讓學生建構基本理論知識，再進行綜合實踐，深入學習。教師在教學過程中，要通過實踐來教授理論知識，以便于學生接受。學生接受教師傳授的知識后，要通過實踐來深度學習，實現理論與實踐融合，做到真正的“做中學”[5]。

2.2 STEAM 教學設計

通用技術中桔槔模型的原理是初中物理的杠桿原理，是省力杠桿的應用。杠桿原理在中國古代人民的生活生產中應用得非常普遍。通用技術學科以技術為核心，所以深度學習的目標體現在用科學技術解決問題上。在任務設計教學中，首先根據項目式學習的理念設計項目，制定流程，將任務分解為可以操作的具體過程。在每一個流程對應的小項目中，分別融合相應的學科教學進行設計。在難度設置上，結合深度學習的理念，創設情境，形成難度梯度，讓學生階梯升級式解決問題，突破重難點——模型設計和制造模型。這既解決了挑戰性的問題，也實現了核心素養的培養目標。具體的項目流程設計為：確定項目，制定流程，分析問題，設計方案，科學計算，準備材料，設計圖紙，制作模型，成果評比。

在STEAM 理念下，教學中融入其他學科，可使課堂豐富多彩、更有價值。比如與語文相融合，理解課本“鑿木為機，后重前輕，掣水如抽，數如泆湯”。分析古人描述的情景，發現桔槔原理可能是杠桿原理。比如與科學相融合，主要是物理學科，因為杠桿原理是桔槔模型的知識主體，設計過程中要注意通過物理手段來應用技術，把物理的原理圖和基本公式變成技術中的設計圖和計算公式。這里也體現了通用技術學科的技術意識、工程思維，把科學應用到技術上，擴展科學的寬度，同時科學也構成技術的基礎。比如與歷史學科相融合，提到杠桿原理，對比中國的桔槔模型和古希臘阿基米德的杠桿原理，了解科技的形成歷史和發展過程，擴充學生的知識面，對古人和今人作出評價，同時在教學中融入對傳統文化的熱愛和對國家科技實力的認同感。在教學中融入工程學知識，比如具體的畫圖和設計模型、填寫實踐報告，在具體的實踐過程中，加強技術與工程的聯系，增強學生的勞動素養和工匠精神。與美術相融合，在設計模型圖和確定作品造型上，培養了學生的審美觀。這里體現了核心素養中的圖樣表達、物化能力。還可以融入生命安全教育、勞動教育等。學生通過技術體驗創造的過程，獲得成就感，在具體實踐中，變淺層學習為深度學習，獲得勞動技能，培養解決問題的能力。

技術的綜合性涉及多個學科，與STEAM 教育是一致的。因為技術本身要綜合多種學科：工程、數學、藝術等等。技術來源于科學，也發揮了科學的實踐價值，促進了科學的研究和發展；科學則擴展了技術的使用范圍，成為技術的重要基礎。科學促進技術發展，技術促進科學進步[6]。

2.3 安全設計

實踐操作中安全非常重要，因為學生使用電鉆、熱熔膠機、刀、鋸等各種工具時，可能會有割傷、刺傷等危險，加上學生平時很少動手操作勞動，缺乏生活經驗和勞動技能，受傷的可能性很大。所以在進行實際操作前，一定要讓學生樹立安全意識，牢記安全生產要求，以減少實踐活動中的意外事件。教師在講課時，可以插入實際的安全風險案例，既提醒學生要安全生產、實踐，又展示國家的科學技術，培養學生的愛國情感，同時彰顯勞動人民的偉大，樹立學生的勞動價值觀。

2.4 創新設計

創新問題：水桶不容易進入水中，如何做到水桶入水就沉入水中快速取水？

預設1：改變桶繩長度，讓水桶傾斜入水。

預設2：改變桶的形狀，讓桶斜插入水。

預設3：改變桶的質量分布，在桶壁上加入重物，使桶入水時不平衡，從而傾斜入水。

創新問題：桶繩用幾根效果較好，三根還是兩根？對桶的穩定性有沒有影響？方便桶進入水中嗎？

預設1：兩根桶繩時，把繩不對稱丟入水中，提水時，靠重力回正并取水。

預設2：課本上是三根桶繩，絕對的穩定，導致入水困難。

創新問題：如何做到改變提水的距離？提示：杠桿原理省力，杠桿角度。

預設：杠桿原理是省力不省功的，所以提水時，要注意調節杠桿桿長比值。比如，從河里取水，水很深岸很遠，物體端的移動量很大，盡量讓動力臂和阻力臂的臂長接近，加長支架長度，使杠桿轉角最大，移動距離最大，但是省力不省功。

創新問題：桶和重物的繩長設置多少可以剛好提到水，不做無用功？

預設：根據井深和臂長計算重物移動的距離，做到剛好重物落下，水提起。

創新問題：河邊取水模型中如何設置轉向，可不可以，有沒有必要？

預設：用繩子代替橫桿，可以改向了。

創新問題：桶和水質量和重物質量之間的關系，以及與桿的長關系如何？

預設：使用杠桿原理進行物理推算。

2.5 勞動設計

在實踐活動的設計中，讓學生參與勞動創造價值的過程，在真實的情境中，經歷勞動和生產的過程，形成一定的能力，也要培養學生崇尚勞動的價值觀、實踐應用能力與創新精神，把自然物體加工成為有使用價值的人造物品，技術生成于實踐，實踐使技術由科學模型變成現實成品[6]。

勞動是技術和實際成品之間的橋梁，無論是體力勞動如具體操作，還是腦力勞動如設計和模型構建，甚者是拍照、講解、團隊管理、活動記錄等，都是勞動。

在新的社會環境下，勞動教育的內涵也增加了，教師除了教學生基本技能外，還要教他們懂得勞動的價值、具備勞動精神、懂得尊重勞動，客觀評價勞動，對勞動有一個正確的認識。

勞動教育體現了技術的實踐性。技術的實踐性體現在人與客觀世界的互動關系上，技術聯系物與人，使人通過技術，傳導自己的目的和意志，改變勞動對象。技術本身作為人認識和改造自然的工具，是人主動聯系外界的媒介和手段。各種形態的技術，只有通過生產實踐才能發揮現實作用[7]。

所以勞動教育必須與生產生活實際相結合，勞動教育借助教學情境和教學工具得以實施，貼近生活的情境使勞動教育的價值得以體現。通用技術課要培養學生的勞動素養，為滿足未來的人才需求提供保障。

2.6 評價設計

實踐課的評價設計，分為成果評價、設計評價、整體評價。成果評價又分為成品的模型評價和實用評價。對模型的要求有美觀、實用、設計人性化、節省材料、方便、安全等因素。設計評價，考查學生的實踐報告，突出設計圖紙和制作過程、融合學科、創新、解決問題方面的效果。整體評價是對學生的配合和團隊協作、活動參與情況進行評價。

在具體的課堂教學設計中，以游戲的方式開展作品評比活動。提水比賽是對課堂成品的檢驗，也是對學生實踐能力的考查。改變以往的單一評價方式，用游戲和比賽的形式教學并且對成果評價，游戲和比賽增加了學生的學習興趣和參與度，讓學生沉浸在學習中，挑戰自己的極限，達到深度學習的目的。具體設計為，學習小組按照組別，分別派代表進行提水比賽，在3 分鐘內比賽誰提的水更多。活動中，在老師和學生中抽選評委，對學生的流程設計、制作過程、團隊合作等進行評價，通過綜合成果評價、設計評價、整體評價對學生課堂學習效果進行考核。

3 結束語

綜合整個課程設計，STEAM 教育的學科融合是手段，深度學習是實現核心素養的途徑。在貫徹基本理念的情況下，融合安全、勞動教育等因素，培養未來的復合型人才。

通用技術學科的教學設計與其他學科的教學設計有所不同，實踐性是其教學中的關鍵，處理好實踐過程中的問題也是逐步達到了核心素養目標，解決了深度學習指向的問題，所以，教學中教師除了處理教學內容之間的關系，還要讓學生親自實踐。只有從實際問題出發，學生才能真正學會用技術去解決問題，一邊解決問題一邊形成能力和素養。