深度学习理念下自制简易桔槔模型的学科融合设计

程胜 陈建繁 沈旭红 朱伟龙 夏建兵

1 武汉市江夏区实验高级中学 武汉 430208 2 武汉市江夏区金口中学 武汉 430208 3 武汉市新洲高级职业中学 武汉 430418

0 引言

深度学习是在教师引领下，学生基于真实情境，积极深度参与，师生之间与社会实际情境发生真实的交互。深度学习是落实核心素养的重要路径，深度契合学生核心素养的培育方式，提供了教学中基本问题的解决思路，为教学改革提供模型和路径。核心素养以“全面发展的人”为根本出发点和最终归宿，是新时期教育的育人目标，而深度学习以培养学生核心素养为根本追求，解决问题，生成智慧，所以核心素养的落实依赖于深度学习[1]。深度学习促进核心素养落地，立足现实世界的技术实践，解决具体问题。基于深度学习的教学必须对教材内容进行再加工和整理，确保学习行为真实发生，促使浅表学习转向深度学习，引导学生自我反思和学会学习[2]。深度学习以尊重人的学习规律为基础，注重培养学生的核心素养，为学生创设一个真实的情境，让学生综合运用所学知识和积累的直接或间接经验，解决实际问题或者为解决实际问题提供可能的方案[3]。深度学习是基于真实问题开展的项目式教学，聚焦深度学习理论，学习的主要内容具有挑战性，目的是让学生自己主动学习，学会掌控学习[4]。综上所述，在通用技术课程中，通过学科融合实现深度学习是核心素养实现的必要途径。

1 通用技术课程的教学现状

1.1 通用技术课程

高中通用技术课程存在着活动开展不够深入、专业性过强和活动重难点不突出等问题[5]。通用技术教材中，关于技术的描述很简洁，可以很快让学生明白技术在科技发展中的作用。课程的重点在于用技术解决问题，学科课程表现出理论与实践相融合的特点。在教学过程中，教师应该放大通用技术学科融合的特点，使用STEAM 教学法，拓展学科融合的深度，这对学生通用技术学科核心素养的培养有重要作用，可以让学生在技术实践上真正获得技能，很好地实现实践与理论的对接。

1.2 通用技术教学的设施与条件限制

在很多学校中，通用技术教学的专业工具和材料缺乏，设施和装备的条件也不够，信息化设备没有启用，教师运用新技术的能力不足，导致现实中通用技术课程的开展不被重视，教师的教学和学生的学习积极性都很低。

1.3 技术的操作性和复杂性

在通用技术教学中，教师需要创设情境化的学习环境，解决真实的问题。通常，实践活动课的课堂氛围很热闹，但是课程的目的性不强。实践活动有严格的操作规范且专业性很强，但是学生动手能力不强且劳动能力差，加上课本讲述的知识虽广泛但是不深入，导致实践活动课看似简单，操作起来却难度较大。

1.4 课程重视度很低

通用技术课在很多省份是非高考科目，劳动与技术不被重视，导致社会和学校普遍只重视纯知识的、理论性的学科。通用技术学科是实践性很强的学科，包含了很多内容，知识框架和知识点之间的联系不强，课本中介绍的知识和技能较为零散，整个课程容易给人走马观花、华而不实的感觉。

1.5 教师配备与能力培养

通用技术课教师不是某一专门技术门类的教师，而是掌握多门学科、有综合技能的教师。书本上的理论知识很多教师可以照本宣科，但是应用与实践、生活技能、生产技能，教师不一定都会。学校普遍缺少通用技术课涉及的各专业都懂、所有技能都会的通用技术老师，教师的时间与精力也不允许其对所有技能都擅长。

2 设计教学的要求

2.1 深度学习的设计

深度学习理论使用项目式教学，教学设计中通过任务把技术学习变成解决问题的过程，培养实践能力。深度学习要求搭建问题与能力之间的桥梁，以解决挑战性问题，培养学科核心素养。以往的课堂教学偏重于介绍理论，重视理论的识记，而缺乏实践，这既不符合认知规律，也不利于学生掌握和使用技术。教师应该遵循知识产生的过程，在原有知识经验上构建新的知识体系，即先有实际问题，再从实际问题中总结规律。特别是在实践类的课程中，学生要先有充分的实践体验，在做中学到知识。通用技术中的技术与工程知识，只有具体操作才能获得。教师先通过情境引入和技术体验、实验等，引入理论知识学习，让学生建构基本理论知识，再进行综合实践，深入学习。教师在教学过程中，要通过实践来教授理论知识，以便于学生接受。学生接受教师传授的知识后，要通过实践来深度学习，实现理论与实践融合，做到真正的“做中学”[5]。

2.2 STEAM 教学设计

通用技术中桔槔模型的原理是初中物理的杠杆原理，是省力杠杆的应用。杠杆原理在中国古代人民的生活生产中应用得非常普遍。通用技术学科以技术为核心，所以深度学习的目标体现在用科学技术解决问题上。在任务设计教学中，首先根据项目式学习的理念设计项目，制定流程，将任务分解为可以操作的具体过程。在每一个流程对应的小项目中，分别融合相应的学科教学进行设计。在难度设置上，结合深度学习的理念，创设情境，形成难度梯度，让学生阶梯升级式解决问题，突破重难点——模型设计和制造模型。这既解决了挑战性的问题，也实现了核心素养的培养目标。具体的项目流程设计为：确定项目，制定流程，分析问题，设计方案，科学计算，准备材料，设计图纸，制作模型，成果评比。

在STEAM 理念下，教学中融入其他学科，可使课堂丰富多彩、更有价值。比如与语文相融合，理解课本“凿木为机，后重前轻，掣水如抽，数如泆汤”。分析古人描述的情景，发现桔槔原理可能是杠杆原理。比如与科学相融合，主要是物理学科，因为杠杆原理是桔槔模型的知识主体，设计过程中要注意通过物理手段来应用技术，把物理的原理图和基本公式变成技术中的设计图和计算公式。这里也体现了通用技术学科的技术意识、工程思维，把科学应用到技术上，扩展科学的宽度，同时科学也构成技术的基础。比如与历史学科相融合，提到杠杆原理，对比中国的桔槔模型和古希腊阿基米德的杠杆原理，了解科技的形成历史和发展过程，扩充学生的知识面，对古人和今人作出评价，同时在教学中融入对传统文化的热爱和对国家科技实力的认同感。在教学中融入工程学知识，比如具体的画图和设计模型、填写实践报告，在具体的实践过程中，加强技术与工程的联系，增强学生的劳动素养和工匠精神。与美术相融合，在设计模型图和确定作品造型上，培养了学生的审美观。这里体现了核心素养中的图样表达、物化能力。还可以融入生命安全教育、劳动教育等。学生通过技术体验创造的过程，获得成就感，在具体实践中，变浅层学习为深度学习，获得劳动技能，培养解决问题的能力。

技术的综合性涉及多个学科，与STEAM 教育是一致的。因为技术本身要综合多种学科：工程、数学、艺术等等。技术来源于科学，也发挥了科学的实践价值，促进了科学的研究和发展；科学则扩展了技术的使用范围，成为技术的重要基础。科学促进技术发展，技术促进科学进步[6]。

2.3 安全设计

实践操作中安全非常重要，因为学生使用电钻、热熔胶机、刀、锯等各种工具时，可能会有割伤、刺伤等危险，加上学生平时很少动手操作劳动，缺乏生活经验和劳动技能，受伤的可能性很大。所以在进行实际操作前，一定要让学生树立安全意识，牢记安全生产要求，以减少实践活动中的意外事件。教师在讲课时，可以插入实际的安全风险案例，既提醒学生要安全生产、实践，又展示国家的科学技术，培养学生的爱国情感，同时彰显劳动人民的伟大，树立学生的劳动价值观。

2.4 创新设计

创新问题：水桶不容易进入水中，如何做到水桶入水就沉入水中快速取水？

预设1：改变桶绳长度，让水桶倾斜入水。

预设2：改变桶的形状，让桶斜插入水。

预设3：改变桶的质量分布，在桶壁上加入重物，使桶入水时不平衡，从而倾斜入水。

创新问题：桶绳用几根效果较好，三根还是两根？对桶的稳定性有没有影响？方便桶进入水中吗？

预设1：两根桶绳时，把绳不对称丢入水中，提水时，靠重力回正并取水。

预设2：课本上是三根桶绳，绝对的稳定，导致入水困难。

创新问题：如何做到改变提水的距离？提示：杠杆原理省力，杠杆角度。

预设：杠杆原理是省力不省功的，所以提水时，要注意调节杠杆杆长比值。比如，从河里取水，水很深岸很远，物体端的移动量很大，尽量让动力臂和阻力臂的臂长接近，加长支架长度，使杠杆转角最大，移动距离最大，但是省力不省功。

创新问题：桶和重物的绳长设置多少可以刚好提到水，不做无用功？

预设：根据井深和臂长计算重物移动的距离，做到刚好重物落下，水提起。

创新问题：河边取水模型中如何设置转向，可不可以，有没有必要？

预设：用绳子代替横杆，可以改向了。

创新问题：桶和水质量和重物质量之间的关系，以及与杆的长关系如何？

预设：使用杠杆原理进行物理推算。

2.5 劳动设计

在实践活动的设计中，让学生参与劳动创造价值的过程，在真实的情境中，经历劳动和生产的过程，形成一定的能力，也要培养学生崇尚劳动的价值观、实践应用能力与创新精神，把自然物体加工成为有使用价值的人造物品，技术生成于实践，实践使技术由科学模型变成现实成品[6]。

劳动是技术和实际成品之间的桥梁，无论是体力劳动如具体操作，还是脑力劳动如设计和模型构建，甚者是拍照、讲解、团队管理、活动记录等，都是劳动。

在新的社会环境下，劳动教育的内涵也增加了，教师除了教学生基本技能外，还要教他们懂得劳动的价值、具备劳动精神、懂得尊重劳动，客观评价劳动，对劳动有一个正确的认识。

劳动教育体现了技术的实践性。技术的实践性体现在人与客观世界的互动关系上，技术联系物与人，使人通过技术，传导自己的目的和意志，改变劳动对象。技术本身作为人认识和改造自然的工具，是人主动联系外界的媒介和手段。各种形态的技术，只有通过生产实践才能发挥现实作用[7]。

所以劳动教育必须与生产生活实际相结合，劳动教育借助教学情境和教学工具得以实施，贴近生活的情境使劳动教育的价值得以体现。通用技术课要培养学生的劳动素养，为满足未来的人才需求提供保障。

2.6 评价设计

实践课的评价设计，分为成果评价、设计评价、整体评价。成果评价又分为成品的模型评价和实用评价。对模型的要求有美观、实用、设计人性化、节省材料、方便、安全等因素。设计评价，考查学生的实践报告，突出设计图纸和制作过程、融合学科、创新、解决问题方面的效果。整体评价是对学生的配合和团队协作、活动参与情况进行评价。

在具体的课堂教学设计中，以游戏的方式开展作品评比活动。提水比赛是对课堂成品的检验，也是对学生实践能力的考查。改变以往的单一评价方式，用游戏和比赛的形式教学并且对成果评价，游戏和比赛增加了学生的学习兴趣和参与度，让学生沉浸在学习中，挑战自己的极限，达到深度学习的目的。具体设计为，学习小组按照组别，分别派代表进行提水比赛，在3 分钟内比赛谁提的水更多。活动中，在老师和学生中抽选评委，对学生的流程设计、制作过程、团队合作等进行评价，通过综合成果评价、设计评价、整体评价对学生课堂学习效果进行考核。

3 结束语

综合整个课程设计，STEAM 教育的学科融合是手段，深度学习是实现核心素养的途径。在贯彻基本理念的情况下，融合安全、劳动教育等因素，培养未来的复合型人才。

通用技术学科的教学设计与其他学科的教学设计有所不同，实践性是其教学中的关键，处理好实践过程中的问题也是逐步达到了核心素养目标，解决了深度学习指向的问题，所以，教学中教师除了处理教学内容之间的关系，还要让学生亲自实践。只有从实际问题出发，学生才能真正学会用技术去解决问题，一边解决问题一边形成能力和素养。