基于产品设计推进深度学习

【摘要】本文以解决校园活动中真实问题“共享雨伞伞筐设计”为例，探讨从产品设计与智造的角度组织项目式教学，引导学生开展基于设计与智造的沉浸式深度学习的教学实践。本文有理有据地提出了深度学习来源于真实情境、植根于跨学科知识、着眼于高阶思维、落实于评价反思等教学策略。【关键词】产品设计；深度学习；设计与智造设计与智造的核心理念就是从产品设计与智造的角度组织项目式教学，融合高中信息技术、通用技术乃至其他学科课程，基于学科大概念设计项目活动，引导学生开展基于设计与智造的沉浸式深度学习，从而发展高阶思维，提升技术素养，培养未来的设计师和工程师[1]。深度学习是指在教师引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。本文以“共享雨伞伞筐设计”项目为例阐述以设计与智造为主线，在推进深度学习方面的教学实践与反思。深度学习来源于真实情境共享雨伞伞筐设计来源于校园生活的真实问题。学校校园面积168亩，教学楼与宿舍、食堂、运动场馆等区域间并无连廊相通，为了满足师生在校园内使用雨伞的需求，我们设计投放了一批共享雨伞，用于各建筑物间雨天出行的需求。但共享雨伞的使用带来一个新的问题：学校各建筑物的出入口处需要一批能放置共享雨伞的伞筐，市场上的雨伞伞筐多为少量雨伞设计，并不能完全符合学校的实际需求。所以我们提出了这样一个需求：设计能符合学校共享雨伞的伞筐。真实情境的问题能够激发学生的责任意识、创新意识和合作意识。共享雨伞伞筐设计体现了“以人为本”的理念，实质就是“我为人人，人人为我”的责任意识。问题的解决能够方便学校管理和学生生活，学生自然充满了极大的热情，积极性很高。该项目激发了学生主动探究、实践创新的内在学习动机。而且由于伞筐设计问题具有一定的复杂性和挑战性，需要学生组建团队，齐心协力完成任务，有助于培养学生的合作意识和能力。深度学习植根于跨学科知识本项目融合了高中技术课程中的通用技术和信息技术学科内容，还有三维建模、开源硬件、软件编程等选修科目内容，甚至还涉及物理材料、外观设计等其他学科知识，可以帮助学生形成跨学科知识体系。伞筐设计立足于通用技术学科，是一个产品设计的问题，遵循通用技术学科中设计的一般流程。伞筐应该是一个稳固的结构，故而涉及通用技术学科中结构设计的相关内容。因此，我们按照产品设计的一般过程，制作了项目设计手册。手册上提供每个环节必要的知识点，同时真实记录学生在设计制作过程中的各类学习数据、图样图表，包括发现问题阶段设计分析的概念图、明确问题需要设计条件汇总、方案构思阶段使用SCAMPER法和头脑风暴法获得的各类奇思妙想、方案权衡阶段建立的KANO模型、方案呈现阶段设计的草图及三视图等、模型制作阶段必要的工具、材料使用要求的资源准备、模型呈现的实物照片，还有作品完成后进行评价的自评、互评及师评的雷达图等。伞筐设计离不开信息技术学科，信息技术作为必要的工具与手段一直贯穿伞筐设计的始终。在发现和明确问题阶段，学生使用网络搜索引擎进行资料的收集整理，产品的调研和分析；在方案构思阶段，部分学生使用计算机软件绘制设计图样；在作品评价阶段使用在线投票评价系统进行自评和师生互评。伞筐设计还涉及其他科目内容。在模型制作阶段，学生通过3Done软件建模和打印部分零件；学生设想智能伞筐App，通过传感网及时反映全校各供应点的雨伞数量，方便管理和维护。这就涉及开源硬件、软件编程等相关知识了。深度学习着眼于高阶思维伞筐设计以设计与智造为主线，开展沉浸式深度学习，就是将设计思维、工程思维、计算思维作为培养学生技术素养的关键。这三种思维方式的综合运用有利于打造良好的技术创新思维，有利于提升学生技术创新素养。项目教学的深度体现在思维的可视化。被可视化的“思维”更有利于理解和记忆，可以有效提高信息加工及知识传递的效能[2]。设计思维是一种以人为本的产品设计态度与方法，具有普遍适用性和跨学科跨领域的特点，是一种可以发现问题解决方案并以多种方式激发创新思维的途径。国际上普遍认同的设计思维包括同理心、需求定义、方案构思、快速原型和测试迭代五个阶段。在伞筐设计的过程中，教师提供了设计思维的多种学习脚手架和可视化工具，如同理心地图、头脑风暴、九宫格、SCAMPER法、KANO模型等，有效地帮助学生构思了多种伞筐模型，完成了项目挑战，让人耳目一新。工程思维是以系统分析和比较权衡为核心的一种筹划性思维，在产品的方案构思及权衡时都要用到。伞筐是一个稳固的结构，也是一个简单的系统，因此学生要形成人机关系、形态转换、决策权衡、工程建模等技术思想和方法，实现整体与部分、抽象与具体、有形与无形之间的思维转换，提升和发展工程思维。计算思维是个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。在面对复杂的问题情境，对其进行抽象、分解和建模的过程中，我们都在运用计算思维。伞筐设计的过程中，学生要使用计算机进行数据整理、结构分析、任务分解、模型建构等各种思维过程，锻炼了计算思维。深度学习落实于评价反思深度学习的推进离不开伴随式的评价与反思。学习手册的使用正是契合技术意识、高阶思维、图样表达、物化能力和创新设计等核心素养来设计的，能够最大程度地客观呈现和评价学生在技术课程中的整个学习过程。伞筐设计项目以学习手册为中心，从设计草图的呈现到模型制作的实践再到最终作品评价的全过程，伴随式评价贯穿始终，个人的自评、小组同伴的互评和不同阶段的师评，帮助学生及时发现问题、调整方法、改善学习，从而使学生不断反思，不断改进，不断发展，学生才对整个学习产生了积极的情感。学生兴趣一旦被激发，就更容易发现学习的意义和价值，体验创造的快乐。綜上，通过“共享雨伞伞筐设计”项目，学生以设计与智造为主线体验了沉浸式的深度学习方式。学生在校园生活的真实情境中发现并明确问题，全身心投入到伞筐设计活动中，主动探究、手脑并用，实践创新，实现了知识与经验的结构化建构，锻炼了设计思维、工程思维