深度學(xué)習(xí)理念下自制簡(jiǎn)易桔槔模型的學(xué)科融合設(shè)計(jì)

程勝 陳建繁 沈旭紅 朱偉龍 夏建兵

1 武漢市江夏區(qū)實(shí)驗(yàn)高級(jí)中學(xué) 武漢 430208 2 武漢市江夏區(qū)金口中學(xué) 武漢 430208 3 武漢市新洲高級(jí)職業(yè)中學(xué) 武漢 430418

0 引言

深度學(xué)習(xí)是在教師引領(lǐng)下，學(xué)生基于真實(shí)情境，積極深度參與，師生之間與社會(huì)實(shí)際情境發(fā)生真實(shí)的交互。深度學(xué)習(xí)是落實(shí)核心素養(yǎng)的重要路徑，深度契合學(xué)生核心素養(yǎng)的培育方式，提供了教學(xué)中基本問(wèn)題的解決思路，為教學(xué)改革提供模型和路徑。核心素養(yǎng)以“全面發(fā)展的人”為根本出發(fā)點(diǎn)和最終歸宿，是新時(shí)期教育的育人目標(biāo)，而深度學(xué)習(xí)以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為根本追求，解決問(wèn)題，生成智慧，所以核心素養(yǎng)的落實(shí)依賴于深度學(xué)習(xí)[1]。深度學(xué)習(xí)促進(jìn)核心素養(yǎng)落地，立足現(xiàn)實(shí)世界的技術(shù)實(shí)踐，解決具體問(wèn)題。基于深度學(xué)習(xí)的教學(xué)必須對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行再加工和整理，確保學(xué)習(xí)行為真實(shí)發(fā)生，促使淺表學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向深度學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生自我反思和學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)[2]。深度學(xué)習(xí)以尊重人的學(xué)習(xí)規(guī)律為基礎(chǔ)，注重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)真實(shí)的情境，讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和積累的直接或間接經(jīng)驗(yàn)，解決實(shí)際問(wèn)題或者為解決實(shí)際問(wèn)題提供可能的方案[3]。深度學(xué)習(xí)是基于真實(shí)問(wèn)題開展的項(xiàng)目式教學(xué)，聚焦深度學(xué)習(xí)理論，學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容具有挑戰(zhàn)性，目的是讓學(xué)生自己主動(dòng)學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)掌控學(xué)習(xí)[4]。綜上所述，在通用技術(shù)課程中，通過(guò)學(xué)科融合實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)是核心素養(yǎng)實(shí)現(xiàn)的必要途徑。

1 通用技術(shù)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 通用技術(shù)課程

高中通用技術(shù)課程存在著活動(dòng)開展不夠深入、專業(yè)性過(guò)強(qiáng)和活動(dòng)重難點(diǎn)不突出等問(wèn)題[5]。通用技術(shù)教材中，關(guān)于技術(shù)的描述很簡(jiǎn)潔，可以很快讓學(xué)生明白技術(shù)在科技發(fā)展中的作用。課程的重點(diǎn)在于用技術(shù)解決問(wèn)題，學(xué)科課程表現(xiàn)出理論與實(shí)踐相融合的特點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)該放大通用技術(shù)學(xué)科融合的特點(diǎn)，使用STEAM 教學(xué)法，拓展學(xué)科融合的深度，這對(duì)學(xué)生通用技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有重要作用，可以讓學(xué)生在技術(shù)實(shí)踐上真正獲得技能，很好地實(shí)現(xiàn)實(shí)踐與理論的對(duì)接。

1.2 通用技術(shù)教學(xué)的設(shè)施與條件限制

在很多學(xué)校中，通用技術(shù)教學(xué)的專業(yè)工具和材料缺乏，設(shè)施和裝備的條件也不夠，信息化設(shè)備沒(méi)有啟用，教師運(yùn)用新技術(shù)的能力不足，導(dǎo)致現(xiàn)實(shí)中通用技術(shù)課程的開展不被重視，教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性都很低。

1.3 技術(shù)的操作性和復(fù)雜性

在通用技術(shù)教學(xué)中，教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境化的學(xué)習(xí)環(huán)境，解決真實(shí)的問(wèn)題。通常，實(shí)踐活動(dòng)課的課堂氛圍很熱鬧，但是課程的目的性不強(qiáng)。實(shí)踐活動(dòng)有嚴(yán)格的操作規(guī)范且專業(yè)性很強(qiáng)，但是學(xué)生動(dòng)手能力不強(qiáng)且勞動(dòng)能力差，加上課本講述的知識(shí)雖廣泛但是不深入，導(dǎo)致實(shí)踐活動(dòng)課看似簡(jiǎn)單，操作起來(lái)卻難度較大。

1.4 課程重視度很低

通用技術(shù)課在很多省份是非高考科目，勞動(dòng)與技術(shù)不被重視，導(dǎo)致社會(huì)和學(xué)校普遍只重視純知識(shí)的、理論性的學(xué)科。通用技術(shù)學(xué)科是實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，包含了很多內(nèi)容，知識(shí)框架和知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系不強(qiáng)，課本中介紹的知識(shí)和技能較為零散，整個(gè)課程容易給人走馬觀花、華而不實(shí)的感覺(jué)。

1.5 教師配備與能力培養(yǎng)

通用技術(shù)課教師不是某一專門技術(shù)門類的教師，而是掌握多門學(xué)科、有綜合技能的教師。書本上的理論知識(shí)很多教師可以照本宣科，但是應(yīng)用與實(shí)踐、生活技能、生產(chǎn)技能，教師不一定都會(huì)。學(xué)校普遍缺少通用技術(shù)課涉及的各專業(yè)都懂、所有技能都會(huì)的通用技術(shù)老師，教師的時(shí)間與精力也不允許其對(duì)所有技能都擅長(zhǎng)。

2 設(shè)計(jì)教學(xué)的要求

2.1 深度學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)

深度學(xué)習(xí)理論使用項(xiàng)目式教學(xué)，教學(xué)設(shè)計(jì)中通過(guò)任務(wù)把技術(shù)學(xué)習(xí)變成解決問(wèn)題的過(guò)程，培養(yǎng)實(shí)踐能力。深度學(xué)習(xí)要求搭建問(wèn)題與能力之間的橋梁，以解決挑戰(zhàn)性問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)。以往的課堂教學(xué)偏重于介紹理論，重視理論的識(shí)記，而缺乏實(shí)踐，這既不符合認(rèn)知規(guī)律，也不利于學(xué)生掌握和使用技術(shù)。教師應(yīng)該遵循知識(shí)產(chǎn)生的過(guò)程，在原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)上構(gòu)建新的知識(shí)體系，即先有實(shí)際問(wèn)題，再?gòu)膶?shí)際問(wèn)題中總結(jié)規(guī)律。特別是在實(shí)踐類的課程中，學(xué)生要先有充分的實(shí)踐體驗(yàn)，在做中學(xué)到知識(shí)。通用技術(shù)中的技術(shù)與工程知識(shí)，只有具體操作才能獲得。教師先通過(guò)情境引入和技術(shù)體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)等，引入理論知識(shí)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生建構(gòu)基本理論知識(shí)，再進(jìn)行綜合實(shí)踐，深入學(xué)習(xí)。教師在教學(xué)過(guò)程中，要通過(guò)實(shí)踐來(lái)教授理論知識(shí)，以便于學(xué)生接受。學(xué)生接受教師傳授的知識(shí)后，要通過(guò)實(shí)踐來(lái)深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐融合，做到真正的“做中學(xué)”[5]。

2.2 STEAM 教學(xué)設(shè)計(jì)

通用技術(shù)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(yīng)用。杠桿原理在中國(guó)古代人民的生活生產(chǎn)中應(yīng)用得非常普遍。通用技術(shù)學(xué)科以技術(shù)為核心，所以深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)體現(xiàn)在用科學(xué)技術(shù)解決問(wèn)題上。在任務(wù)設(shè)計(jì)教學(xué)中，首先根據(jù)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的理念設(shè)計(jì)項(xiàng)目，制定流程，將任務(wù)分解為可以操作的具體過(guò)程。在每一個(gè)流程對(duì)應(yīng)的小項(xiàng)目中，分別融合相應(yīng)的學(xué)科教學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在難度設(shè)置上，結(jié)合深度學(xué)習(xí)的理念，創(chuàng)設(shè)情境，形成難度梯度，讓學(xué)生階梯升級(jí)式解決問(wèn)題，突破重難點(diǎn)——模型設(shè)計(jì)和制造模型。這既解決了挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，也實(shí)現(xiàn)了核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。具體的項(xiàng)目流程設(shè)計(jì)為：確定項(xiàng)目，制定流程，分析問(wèn)題，設(shè)計(jì)方案，科學(xué)計(jì)算，準(zhǔn)備材料，設(shè)計(jì)圖紙，制作模型，成果評(píng)比。

在STEAM 理念下，教學(xué)中融入其他學(xué)科，可使課堂豐富多彩、更有價(jià)值。比如與語(yǔ)文相融合，理解課本“鑿木為機(jī)，后重前輕，掣水如抽，數(shù)如泆湯”。分析古人描述的情景，發(fā)現(xiàn)桔槔原理可能是杠桿原理。比如與科學(xué)相融合，主要是物理學(xué)科，因?yàn)楦軛U原理是桔槔模型的知識(shí)主體，設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意通過(guò)物理手段來(lái)應(yīng)用技術(shù)，把物理的原理圖和基本公式變成技術(shù)中的設(shè)計(jì)圖和計(jì)算公式。這里也體現(xiàn)了通用技術(shù)學(xué)科的技術(shù)意識(shí)、工程思維，把科學(xué)應(yīng)用到技術(shù)上，擴(kuò)展科學(xué)的寬度，同時(shí)科學(xué)也構(gòu)成技術(shù)的基礎(chǔ)。比如與歷史學(xué)科相融合，提到杠桿原理，對(duì)比中國(guó)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(fā)展過(guò)程，擴(kuò)充學(xué)生的知識(shí)面，對(duì)古人和今人作出評(píng)價(jià)，同時(shí)在教學(xué)中融入對(duì)傳統(tǒng)文化的熱愛(ài)和對(duì)國(guó)家科技實(shí)力的認(rèn)同感。在教學(xué)中融入工程學(xué)知識(shí)，比如具體的畫圖和設(shè)計(jì)模型、填寫實(shí)踐報(bào)告，在具體的實(shí)踐過(guò)程中，加強(qiáng)技術(shù)與工程的聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)生的勞動(dòng)素養(yǎng)和工匠精神。與美術(shù)相融合，在設(shè)計(jì)模型圖和確定作品造型上，培養(yǎng)了學(xué)生的審美觀。這里體現(xiàn)了核心素養(yǎng)中的圖樣表達(dá)、物化能力。還可以融入生命安全教育、勞動(dòng)教育等。學(xué)生通過(guò)技術(shù)體驗(yàn)創(chuàng)造的過(guò)程，獲得成就感，在具體實(shí)踐中，變淺層學(xué)習(xí)為深度學(xué)習(xí)，獲得勞動(dòng)技能，培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力。

技術(shù)的綜合性涉及多個(gè)學(xué)科，與STEAM 教育是一致的。因?yàn)榧夹g(shù)本身要綜合多種學(xué)科：工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)等等。技術(shù)來(lái)源于科學(xué)，也發(fā)揮了科學(xué)的實(shí)踐價(jià)值，促進(jìn)了科學(xué)的研究和發(fā)展；科學(xué)則擴(kuò)展了技術(shù)的使用范圍，成為技術(shù)的重要基礎(chǔ)。科學(xué)促進(jìn)技術(shù)發(fā)展，技術(shù)促進(jìn)科學(xué)進(jìn)步[6]。

2.3 安全設(shè)計(jì)

實(shí)踐操作中安全非常重要，因?yàn)閷W(xué)生使用電鉆、熱熔膠機(jī)、刀、鋸等各種工具時(shí)，可能會(huì)有割傷、刺傷等危險(xiǎn)，加上學(xué)生平時(shí)很少動(dòng)手操作勞動(dòng)，缺乏生活經(jīng)驗(yàn)和勞動(dòng)技能，受傷的可能性很大。所以在進(jìn)行實(shí)際操作前，一定要讓學(xué)生樹立安全意識(shí)，牢記安全生產(chǎn)要求，以減少實(shí)踐活動(dòng)中的意外事件。教師在講課時(shí)，可以插入實(shí)際的安全風(fēng)險(xiǎn)案例，既提醒學(xué)生要安全生產(chǎn)、實(shí)踐，又展示國(guó)家的科學(xué)技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情感，同時(shí)彰顯勞動(dòng)人民的偉大，樹立學(xué)生的勞動(dòng)價(jià)值觀。

2.4 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

創(chuàng)新問(wèn)題：水桶不容易進(jìn)入水中，如何做到水桶入水就沉入水中快速取水？

預(yù)設(shè)1：改變桶繩長(zhǎng)度，讓水桶傾斜入水。

預(yù)設(shè)2：改變桶的形狀，讓桶斜插入水。

預(yù)設(shè)3：改變桶的質(zhì)量分布，在桶壁上加入重物，使桶入水時(shí)不平衡，從而傾斜入水。

創(chuàng)新問(wèn)題：桶繩用幾根效果較好，三根還是兩根？對(duì)桶的穩(wěn)定性有沒(méi)有影響？方便桶進(jìn)入水中嗎？

預(yù)設(shè)1：兩根桶繩時(shí)，把繩不對(duì)稱丟入水中，提水時(shí)，靠重力回正并取水。

預(yù)設(shè)2：課本上是三根桶繩，絕對(duì)的穩(wěn)定，導(dǎo)致入水困難。

創(chuàng)新問(wèn)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(yù)設(shè)：杠桿原理是省力不省功的，所以提水時(shí)，要注意調(diào)節(jié)杠桿桿長(zhǎng)比值。比如，從河里取水，水很深岸很遠(yuǎn)，物體端的移動(dòng)量很大，盡量讓動(dòng)力臂和阻力臂的臂長(zhǎng)接近，加長(zhǎng)支架長(zhǎng)度，使杠桿轉(zhuǎn)角最大，移動(dòng)距離最大，但是省力不省功。

創(chuàng)新問(wèn)題：桶和重物的繩長(zhǎng)設(shè)置多少可以剛好提到水，不做無(wú)用功？

預(yù)設(shè)：根據(jù)井深和臂長(zhǎng)計(jì)算重物移動(dòng)的距離，做到剛好重物落下，水提起。

創(chuàng)新問(wèn)題：河邊取水模型中如何設(shè)置轉(zhuǎn)向，可不可以，有沒(méi)有必要？

預(yù)設(shè)：用繩子代替橫桿，可以改向了。

創(chuàng)新問(wèn)題：桶和水質(zhì)量和重物質(zhì)量之間的關(guān)系，以及與桿的長(zhǎng)關(guān)系如何？

預(yù)設(shè)：使用杠桿原理進(jìn)行物理推算。

2.5 勞動(dòng)設(shè)計(jì)

在實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)計(jì)中，讓學(xué)生參與勞動(dòng)創(chuàng)造價(jià)值的過(guò)程，在真實(shí)的情境中，經(jīng)歷勞動(dòng)和生產(chǎn)的過(guò)程，形成一定的能力，也要培養(yǎng)學(xué)生崇尚勞動(dòng)的價(jià)值觀、實(shí)踐應(yīng)用能力與創(chuàng)新精神，把自然物體加工成為有使用價(jià)值的人造物品，技術(shù)生成于實(shí)踐，實(shí)踐使技術(shù)由科學(xué)模型變成現(xiàn)實(shí)成品[6]。

勞動(dòng)是技術(shù)和實(shí)際成品之間的橋梁，無(wú)論是體力勞動(dòng)如具體操作，還是腦力勞動(dòng)如設(shè)計(jì)和模型構(gòu)建，甚者是拍照、講解、團(tuán)隊(duì)管理、活動(dòng)記錄等，都是勞動(dòng)。

在新的社會(huì)環(huán)境下，勞動(dòng)教育的內(nèi)涵也增加了，教師除了教學(xué)生基本技能外，還要教他們懂得勞動(dòng)的價(jià)值、具備勞動(dòng)精神、懂得尊重勞動(dòng)，客觀評(píng)價(jià)勞動(dòng)，對(duì)勞動(dòng)有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)。

勞動(dòng)教育體現(xiàn)了技術(shù)的實(shí)踐性。技術(shù)的實(shí)踐性體現(xiàn)在人與客觀世界的互動(dòng)關(guān)系上，技術(shù)聯(lián)系物與人，使人通過(guò)技術(shù)，傳導(dǎo)自己的目的和意志，改變勞動(dòng)對(duì)象。技術(shù)本身作為人認(rèn)識(shí)和改造自然的工具，是人主動(dòng)聯(lián)系外界的媒介和手段。各種形態(tài)的技術(shù)，只有通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐才能發(fā)揮現(xiàn)實(shí)作用[7]。

所以勞動(dòng)教育必須與生產(chǎn)生活實(shí)際相結(jié)合，勞動(dòng)教育借助教學(xué)情境和教學(xué)工具得以實(shí)施，貼近生活的情境使勞動(dòng)教育的價(jià)值得以體現(xiàn)。通用技術(shù)課要培養(yǎng)學(xué)生的勞動(dòng)素養(yǎng)，為滿足未來(lái)的人才需求提供保障。

2.6 評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

實(shí)踐課的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)，分為成果評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)、整體評(píng)價(jià)。成果評(píng)價(jià)又分為成品的模型評(píng)價(jià)和實(shí)用評(píng)價(jià)。對(duì)模型的要求有美觀、實(shí)用、設(shè)計(jì)人性化、節(jié)省材料、方便、安全等因素。設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)，考查學(xué)生的實(shí)踐報(bào)告，突出設(shè)計(jì)圖紙和制作過(guò)程、融合學(xué)科、創(chuàng)新、解決問(wèn)題方面的效果。整體評(píng)價(jià)是對(duì)學(xué)生的配合和團(tuán)隊(duì)協(xié)作、活動(dòng)參與情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在具體的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中，以游戲的方式開展作品評(píng)比活動(dòng)。提水比賽是對(duì)課堂成品的檢驗(yàn)，也是對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的考查。改變以往的單一評(píng)價(jià)方式，用游戲和比賽的形式教學(xué)并且對(duì)成果評(píng)價(jià)，游戲和比賽增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，讓學(xué)生沉浸在學(xué)習(xí)中，挑戰(zhàn)自己的極限，達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的。具體設(shè)計(jì)為，學(xué)習(xí)小組按照組別，分別派代表進(jìn)行提水比賽，在3 分鐘內(nèi)比賽誰(shuí)提的水更多。活動(dòng)中，在老師和學(xué)生中抽選評(píng)委，對(duì)學(xué)生的流程設(shè)計(jì)、制作過(guò)程、團(tuán)隊(duì)合作等進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)綜合成果評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)、整體評(píng)價(jià)對(duì)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果進(jìn)行考核。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜合整個(gè)課程設(shè)計(jì)，STEAM 教育的學(xué)科融合是手段，深度學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的途徑。在貫徹基本理念的情況下，融合安全、勞動(dòng)教育等因素，培養(yǎng)未來(lái)的復(fù)合型人才。

通用技術(shù)學(xué)科的教學(xué)設(shè)計(jì)與其他學(xué)科的教學(xué)設(shè)計(jì)有所不同，實(shí)踐性是其教學(xué)中的關(guān)鍵，處理好實(shí)踐過(guò)程中的問(wèn)題也是逐步達(dá)到了核心素養(yǎng)目標(biāo)，解決了深度學(xué)習(xí)指向的問(wèn)題，所以，教學(xué)中教師除了處理教學(xué)內(nèi)容之間的關(guān)系，還要讓學(xué)生親自實(shí)踐。只有從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，學(xué)生才能真正學(xué)會(huì)用技術(shù)去解決問(wèn)題，一邊解決問(wèn)題一邊形成能力和素養(yǎng)。