深度学习理念下通用技术课堂教学——以“电容在延时电路设计中的应用”为例.pdf

2023 年第7期实验教学案例深度学习理念下通用技术课堂教学以“电容在延时电路设计中的应用”为例赵冬卿（南京师范大学附属中学，江苏南京 210003）摘要：在深度学习理念下，通用技术教学课堂应做到：教学内容上关注核心素养，教学方式上采用项目教学，教学目标上重视全面发展。以“电容在延时电路设计中的应用”一课为例，阐述以深度学习理念指导通用技术课堂教学实践。关键字：深度学习；通用技术；课堂教学；电容；延时电路DOI：10.19935/ki.1004-2326.2023.07.015通用技术学科因其实践性、综合性、创新性等鲜明的学科特点和独特的技术教学内容，以及与科技创新息息相关的核心素养内涵，在当代科技创新人才培养方面具有不可代替的重要作用。因此，通用技术课程在教学内容和教学价值上应被深度挖掘，在课堂教学上应引导学生深度学习，在教学目标上应促使学生深刻理解技术的本质和思想方法，培养其核心素养，提高其科技创新能力。1深度学习理念下的通用技术课堂教学深度学习指在教师引领下，学生围绕着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。在这个过程中，学生掌握学科的核心知识，理解学习的过程，把握学科的本质及思想方法，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感、积极的态度、正确的价值观；成为既具独立性、批判性、创造性，又有合作精神、基础扎实的优秀的学习者，成为未来社会历史实践的主人1。在深度学习理念下，通用技术课堂教学应关注以下几个方面：第一，教学内容上关注核心素养。核心素养的培养落脚于教学内容的选择，在通用技术学科中，教学内容不仅包括外显的技术知识和操作技能，也包括内涵的技术本质和技术设计、技术创造思想方法。技术的核心特征在于实践和应用，因此在教学的情境设计上应关注基于真实世界的实际问题，为学生营造含有技术问题的模拟现场，激发学生运用知识解决问题的欲望；在教学重点的选择上应突出知识的典型应用，给予学生典型的应用范例，为学生在新知识的建构中建立结构良好的基本图式，以便其以后调取和应用，同时，典型应用更能反映理论应用于实践的过程，让学生在学习的同时更好地体会技术的本质，领悟技术设计的思想方法。第二，教学方式上应用项目式教学。深度学习要求学生在具有挑战性的学习主题中全身心投入，主动学习，意义建构。结合通用技术学科特点，通用技术课堂教学在方式上可采取项目式教学。在通用技术课堂教学项目设计中应关注项目与学生生活的联系及挑战性和趣味性，激发学生的好奇心、求知欲；在课堂活动中关注合作、讨论，给予学生充分的动手、探究、实践和实验的时间，鼓励学生参与、交流，激发学生的主观能动性；在项目评价中关注学生的过程性表现，组织学生以作品、小论文的方式展示学习成果，鼓励学生总结实践过程中的收获、体验和反思，提升学生对技术实践本质的理解，帮助学生知识、经验的内化和意义建构。第三，教学目标上重视全面发展。深度学习不是单纯地对艰涩难懂知识的高阶思考，而是关注学生对知识的理解、应用及迁移，同时也关注学生在学习中的参与、体验，强调有意义的学习过程、积极的学习感受和向上的人格培养，即不仅关注学生在学科知识上表现的智力水平的提高，更关注学生非智力因素，如独 45SHIYAN JIAOXUE YU YIQI2023年第7期实验教学案例立、坚韧、创造、善思、合作等品质的提升。笔者基于苏教版 电子控制技术 第三单元“初识模拟电路”一节，对教材二次开发，设计和实施了“电容在延时电路设计中的应用”一课，以此为例阐明如何在通用技术课堂中落实深度学习理念。2教学背景电路设计是技术设计的重要内容，电容则是电子电路中的基本元件。电容的教学能够扩展学生在电子电路方面的知识储备，扩大学生电路设计的空间。同时，延时电路作为电容应用电路的典型案例，可以帮助学生充分理解电容的充放电特性在电路中的作用，为电容的实际应用打开一个窗口，为学生进一步应用电容设计电路打下基础。3课堂写真本节课为两节连堂。课程创设了一个需要延时功能的技术场景，引发学生的好奇心什么样的电子元件能有这样的功能呢？从而引出电容。然后教学分为三部分：电容的基本信息；电容的特性；电容的应用。第一部分，电容的基本信息。这一部分的教学内容主要是电容的概念、电容实物、电容的电路符号等。以讲授法为主，为学生作一个简单介绍，让学生快速地了解电容，对电容有一个初步印象。第二部分，电容的特性。主要教学内容是电容的充放电特性。这一部分是重点之一，学生只有理解到位，才能真正掌握并灵活应用。因此，这一部分采用实验探究法，通过图1演示电路，引导学生探究电容的特性，在这个过程中，为了使电容的充电放电变得可视化，采用万用表实时监测电容两端电压，学生能清晰地看见万用表电压值的变化，从而理解电容的充放电特性。BL1L2A图1演示电路第三部分，电容的应用。这部分主要教学内容是利用电容充放电特性设计两种延时电路“延时开灯”电路、“延时关灯”电路。为了使学生能自主设计较为复杂的电路，先为学生搭建脚手架，让学生探究图2电路的现象和原理。当开关闭合后，发光管并没有立刻亮，而是过了一会儿才亮，这就产生了“延时效果”。带领学生探讨“延时”效果产生的原因，进而让学生领悟利用电容充放电特性和半导体元件导通电压之间的关系来实现延时的功能。经过这一步学生已经初步领悟了设计延时电路的方法，接下来让学生自主在触摸放大电路（图3）的基础上设计“触摸延时电路”。设计完成后在面包板上搭建电路，完成试验。最后，让学生展示设计成果（图4、图5），并讲解设计思路及电路原理，总结课程收获。R1VT3VT2VT1VDR3R2图2电容充放电演示电路图3触摸放大电路R1VT3VT2VT1VDR3R2CR1VT3VT2VT1VDR3R2CVT4R4图4触摸延时开灯电路图5触摸延时关灯电路4教学分析4.1教学内容关注核心素养通用技术学科注重核心素养的培养，即技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力的培养2。这节课的设计着重培养学生的创新设计和物化能力两个方面的核心素养。创新设计要求学生能在发现和明确问题的基础上，收集相关信息，并运用相关理论进行综合分析，提出符合设计原则且具有一定创造性的构思方案。虽然延时电路不是新颖的东西，但是对学生而言是新的，所以对学生而言是一个从无到有的过程，是一个创新的过程。这节课，首先在时间、座位的安排上考虑如何便于学生讨论和探究：时间上安排两节连堂，给予学生充足的探究、设计的时间；座位上安排6人一组围坐一起，便于学生讨论合作。其次，在课堂上，先通过创设情境让学生意识到生活中的技术现象，引起好奇心和亲自探究、动手实践的欲望。然后在电容特性环节，将教学过程设计成探究的方式让学生自主发 462023 年第7期实验教学案例现电容的充放电特性。最后，是本节课的重头戏，在理解了图2电路的原理之后，放手让学生在三极管电路的基础上设计“触摸延时”电路。这个环节给学生准备了面包板，三极管，不同容量、类型的电容，插线，电源等材料，让学生不仅在图纸上设计电路，还能够用实物来搭建电路，实现物化和试验。尤其在材料配置上，特别设计了一些不同参数、不同类型的电容供学生选择，目的是让学生能够根据设计方案要求，自主进行材料选择与规划，完成模型制作、搭建与测试，实现动手能力和创造能力的培养，提高物化能力。4.2项目教学带动学生参与为了使学生能够完成“延时电路的设计与搭建”这个大项目，课堂上分别设计了“电容原理探究”“二极管延时原理探究”两个分项目，在这两个分项目的教学中也遵循项目教学的原则，以学生为中心，让学生在充分观察实验现象的基础上，自主思考得出结论、理解原理。在两个分项目的铺垫下，学生积累了完成大项目的必备知识，于是在接下去的教学中放手给学生，让学生自由地设计、尝试，经历技术创新过程中必经的试错和顿悟，最终完成项目，实现电路功能。整节课教师仅在最初介绍电容的时候有较多的讲授，在后面的两个探究环节中有一系列引导式的提问和总结，而在后期的电路设计中，教师不再作全体的引导和讲解，而是在小组中巡视并解答各小组的具体问题，教师成为一个帮助者或技术支持者，课堂完全交由学生来探究和实践，项目的设计方案也由成功完成的学生来展示和讲解，教师仅作简单的总结和补充。这节课教师的角色是学生在完成项目过程中的引路人和帮助者，学生真正成为课堂的主体和项目的实践者。4.3学习迁移促进意义学习学习迁移是知识、技能向能力转化的心理机制，能促使学生将习得的经验概括化、系统化，并有助于学生认知结构的不断完善，最终使学生能够将获得的经验应用于实际的各种不同的情境中，解决现实世界中的各种问题3。这也是教学的最终目的。在学习迁移的理论中，建构主义强调学习者在学习过程中的主观能动性和情景的重要性。因此，本节课的设计有意识地激发学生的主观能动性并注重学习情景的创设和拓展。首先，通过学生自主探究、自主设计等环节的教学，教师鼓励学生自己发现问题、找出原因，从而理解现象背后的原理，主动掌握知识，极大地调动学生的主观能动性；让学生将学到的知识融合进自己原有的知识体系中，形成新的认知结构，从而为学习迁移打下良好的基础。其次，在探究完“二极管延迟发光”的原理之后，为学生创设“触摸延时灯”的情景，引导学生发现“触摸延时灯”的情景与“二极管延迟发光”模型之间的相似性。通过这样的引导，学生很快发现两个情境之间的相似性，即三极管的导通也有门槛电压的条件，从而很容易产生联想，设计出电容与三极管的搭配方式，完成在三极管电路中实现延时的目的。在课堂的最后，组织学生讨论这样的延时电路还可以应用在哪些场景，促使学生自主拓宽思路，将学习的内容与现实生活联系在一起，从而达到学习迁移的目的。5教学总结在教学的过程中通过小组合作探究的方式充分地调动学生的主观能动性，并用两节连堂的课时给予学生深入实践的保障。教师的指导者身份让学生必须完全投入、独立自主地进行思考，通过对新知识的深度思考和消化，在探索中寻找运用已有知识解决问题的突破口，从而形成了有意义的学习过程。在这堂课中，学生经历了深度学习，在体验问题解决的成就感的同时，也感悟了电子电路设计的本质和思想方法，体验了团队合作的乐趣，获得了积极的学习体验，学习兴趣、学习能力和人格品质都得到了全面发展。（基金项目：江苏省中小学教学研究第十三期课题“高中生科技创新能力培养的实践研究”，编号：2019JK13-L006；南京市教育科学研究“十三五”规划课题“普通高中科技创新校本课程的开发和实施研究”，编号：L/2020/479）参考文献1 郑葳，刘月霞.深度学习：基于核心素养的教学改进 J.教育研究，2018，39（11）：56-60.2 普通高中通用技术课程标准修订组.普通高中通用技术课程标准（2017年版）解读 M.北京：高等教育出版社，2018.3 连榕，李宏英.发展与教育心理学 M.第2版.福州：福建教育出版社，2011.47