章　初叢　敏

（1.福州華僑中學(xué)，福建 福州 350004；2.福建教育學(xué)院，福建 福州 350025）

樂高設(shè)備在通用技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

章初1叢敏2

（1.福州華僑中學(xué)，福建 福州 350004；2.福建教育學(xué)院，福建 福州 350025）

教學(xué)載體的選擇向來是高中通用技術(shù)課教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，而學(xué)生對技術(shù)知識和技能的掌握，以及技術(shù)思想的形成，都應(yīng)該在技術(shù)實(shí)踐和技術(shù)學(xué)習(xí)中獲得。所以教學(xué)載體的選擇直接關(guān)系到通用技術(shù)課堂教學(xué)的效果。以樂高設(shè)備輔助通用技術(shù)的課堂教學(xué)，不但實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)的高效性，而且讓學(xué)生充分地在實(shí)踐過程中獲取知識，突出主體地位，拉近了理論與實(shí)踐的距離。

通用技術(shù)；樂高；教學(xué)載體

一、引言

自從1949年第一塊樂高塑料積木問世以來，近70年的發(fā)展使樂高器材已經(jīng)十分成熟。樂高機(jī)器人設(shè)備更是集合了可編程主機(jī)、電動(dòng)馬達(dá)、傳感器、以及包括齒輪、輪軸、橫梁、插銷等樂高積木組件。合理地利用這些樂高設(shè)備可以有效解決通用技術(shù)課教學(xué)載體選擇的難題。本文試從教學(xué)實(shí)例入手，闡述樂高器材在通用技術(shù)教學(xué)中的使用。

二、利用樂高設(shè)備助力通用技術(shù)教師課堂教學(xué)

作為一名通用技術(shù)教師，要將通用技術(shù)課程的目標(biāo)切實(shí)地落實(shí)到每一節(jié)課程當(dāng)中，在完成教學(xué)內(nèi)容教授的同時(shí)，還應(yīng)該考慮到如何讓課堂更加生動(dòng)活潑、如何讓師生互動(dòng)更加充滿生機(jī)，而這一切就需要更多一些能說明問題、發(fā)揮作用的教具和學(xué)具作為支撐。著名捷克教育家夸美紐斯于17世紀(jì)提出直觀教學(xué)法，從此自制教具便成為了教學(xué)過程中一個(gè)永恒的話題。樂高設(shè)備以它的趣味性、通用性、高效性讓教師可以方便地制作出符合個(gè)人特點(diǎn)的課堂教學(xué)的特色教具。

（一）用于課堂引入的教具

一個(gè)好的課堂引入可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生思維，吸引學(xué)生去主動(dòng)探究，從而最快地進(jìn)入最佳的教學(xué)狀態(tài)。實(shí)踐證明重視導(dǎo)課環(huán)節(jié)，精心設(shè)計(jì)，可以更高效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，為一節(jié)課的成功打好基礎(chǔ)。例如在《控制的手段與應(yīng)用》這節(jié)課當(dāng)中，可以利用樂高設(shè)備搭建搖頭風(fēng)扇作為這節(jié)課的引入，用一個(gè)電機(jī)同時(shí)控制風(fēng)葉的轉(zhuǎn)動(dòng)和風(fēng)扇的搖頭。搖頭扇是生活中常見的電器，但會去考慮它的工作原理的學(xué)生幾乎沒有，用這樣一個(gè)既熟悉又陌生的機(jī)械裝置作為引入，不但可以深深吸引住學(xué)生的眼球，幫助他們理解控制的含義和意義，而且教具的結(jié)構(gòu)簡單，教師在課間就可完成搭建及編程，充分體現(xiàn)了樂高設(shè)備的高效性。

（二）用于課堂演示實(shí)驗(yàn)的教具

美國心理學(xué)家加德納教授在1983年提出多元智力理論，該理論提出在教學(xué)中應(yīng)該盡量抓住中學(xué)生的年齡特點(diǎn)，把理論性較強(qiáng)的原理采用活動(dòng)的形式表演出來，這樣不但能激起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，而且還能有效提高課堂教學(xué)效果。通用技術(shù)課配套的演示教具目前在大多數(shù)學(xué)校極為缺乏，而作為一門以實(shí)踐為主的課程這些教具又是必不可少的。樂高設(shè)備涵蓋了計(jì)算機(jī)、傳感、智能信息處理、控制和機(jī)械等基礎(chǔ)技術(shù)，如果教師們能夠合理地利用這個(gè)資源，設(shè)計(jì)出一些適合課堂演示的教學(xué)用具，如：重心位置與穩(wěn)定性演示儀、簡易陀螺儀、聲控?zé)簟⒆詣?dòng)門開環(huán)控制系統(tǒng)、機(jī)器人巡線閉環(huán)控制系統(tǒng)等等。這樣既可以活躍課堂氣氛，提升課堂教學(xué)效率，教師又可以通過設(shè)計(jì)教具加深自身對課程的理解，一舉兩得。

三、樂高設(shè)備在學(xué)生課堂活動(dòng)中的應(yīng)用

（一）模仿體驗(yàn)

模仿體驗(yàn)是樂高設(shè)備在課堂活動(dòng)中最簡單的應(yīng)用，就是讓學(xué)生通過樂高積木的搭建進(jìn)行體驗(yàn)，起到認(rèn)識、理解本課要點(diǎn)的作用。活動(dòng)時(shí)間大約控制在10分鐘以內(nèi)。

蘇教版教材《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》P39小試驗(yàn)：雙色圓珠筆的安裝。這個(gè)試驗(yàn)原來的目的是理解雙色圓珠筆的安裝時(shí)序，從而體驗(yàn)到流程的重要性。但這個(gè)試驗(yàn)的意義并不是很大，通過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍感到無趣，并且基本沒有學(xué)生裝錯(cuò)，也就體驗(yàn)不到流程設(shè)計(jì)的重要性。如果使用樂高積木搭建作為載體來替代這個(gè)小試驗(yàn)效果就大不一樣。

如圖1：讓學(xué)生按照圖紙來拼裝一個(gè)樂高四驅(qū)車的基本結(jié)構(gòu)模型，小小的模型其實(shí)存在著許多安裝流程上的設(shè)計(jì)，不同的時(shí)序直接影響安裝時(shí)間，甚至需要返工。這樣學(xué)生在經(jīng)歷過多次挫折后取得成功，不僅通過這種建構(gòu)方式使流程的重要性深入人心，而且提高了課堂教學(xué)中的趣味性。有關(guān)資料顯示：在學(xué)習(xí)過程中，如果學(xué)生只靠聽課能記住的有5%，而在實(shí)踐中學(xué)習(xí)的能記住達(dá)75%。這時(shí)如果再能加上足夠的趣味性，教學(xué)效果必定更佳。

圖1

（二）試驗(yàn)探究

探究式教學(xué)是學(xué)生在教師的啟發(fā)下，通過自主學(xué)習(xí)和合作討論，以某一教材內(nèi)容為探究對象的一種教學(xué)方式。以樂高為載體的探究式教學(xué)，具有直觀、安全、省時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。在通用技術(shù)的課堂教學(xué)中有著廣闊的空間。

蘇教版教材《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》第三章第二節(jié)《系統(tǒng)的分析》這節(jié)課中的“系統(tǒng)的優(yōu)化”這部分內(nèi)容在課標(biāo)中的要求是：“理解系統(tǒng)優(yōu)化意義，能結(jié)合實(shí)例來分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素”。在實(shí)際教學(xué)中，很多教師對這部分內(nèi)容都十分頭疼，由于眾所周知的原因?qū)嵺`項(xiàng)目很難開展，教學(xué)中只能按照課本的內(nèi)容給學(xué)生介紹一些既抽象、又缺乏樂趣的數(shù)學(xué)函數(shù)應(yīng)用。對于這個(gè)難點(diǎn)筆者充分利用了樂高器材簡便、靈活的特點(diǎn)對課堂教學(xué)加以處理。

課程首先引入山地車廣告片，引出在不同道路騎行山地車時(shí)對其變速傳動(dòng)子系統(tǒng)的優(yōu)化，給出系統(tǒng)優(yōu)化的概念。而后利用設(shè)計(jì)好的絞盤（如圖2），用各種不同規(guī)格的齒輪（如圖3）對絞盤系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使絞盤對重物的抬升性能達(dá)到最佳。實(shí)踐中學(xué)生充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，在探究中將自己所學(xué)習(xí)的知識應(yīng)用于解決實(shí)際的問題。在教學(xué)中，通過各種齒輪的結(jié)合使用，從絞盤抬升重物的速度、費(fèi)力程度、齒輪咬合等問題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生去分析系統(tǒng)優(yōu)化的約束條件，明確絞盤系統(tǒng)中系統(tǒng)優(yōu)化的整體目標(biāo)，在抬升速度與使用力量之間找到平衡點(diǎn)，提出系統(tǒng)優(yōu)化的方法和手段（圖4、5），通過不斷地“設(shè)計(jì)—試驗(yàn)—改進(jìn)”，使目標(biāo)值達(dá)到最大化，讓系統(tǒng)一步步得到優(yōu)化。學(xué)生在實(shí)踐中還可以使用樂高EV3主機(jī)控制電機(jī)工作來設(shè)想、解決系統(tǒng)實(shí)際存在的問題。學(xué)生通過探究感受系統(tǒng)優(yōu)化的精髓，并且學(xué)會學(xué)習(xí)，體驗(yàn)成功的喜悅，原來枯燥、乏味的一節(jié)課程頓時(shí)變得輕松愉快。

圖2

圖3

圖4　

圖5

（三）構(gòu)思設(shè)計(jì)

構(gòu)思設(shè)計(jì)能力是學(xué)生通過通用技術(shù)課學(xué)習(xí)后必須具備的技術(shù)素養(yǎng)。通用技術(shù)課如果講授多、思考少，演示多、動(dòng)手少，必然嚴(yán)重地影響和限制學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，設(shè)計(jì)能力也得不到提高。

在《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2003版）》中提到：“技術(shù)與設(shè)計(jì)2”更關(guān)注的是設(shè)計(jì)過程中關(guān)于結(jié)構(gòu)、流程、系統(tǒng)和控制的設(shè)計(jì)方法和基本思想，重視學(xué)生對這些思想和方法的應(yīng)用對以及實(shí)際問題的解決。利用樂高設(shè)備在通用技術(shù)教學(xué)中應(yīng)用，使課堂上針對某種課程內(nèi)容的現(xiàn)場設(shè)計(jì)成為可能，大大提高了課堂教學(xué)效率。蘇教版教材《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》第四章的第二節(jié)《控制系統(tǒng)的工作過程與方式》中開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是普通高中通用技術(shù)必修模塊中的一個(gè)重點(diǎn)，如果能選用一個(gè)合適的課堂教學(xué)載體進(jìn)行教學(xué)，必然事半功倍，使學(xué)生對開環(huán)控制系統(tǒng)的組成、工作過程和方式形成更直觀的認(rèn)識。但在現(xiàn)實(shí)教學(xué)過程中，適合開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的教學(xué)載體要不過于簡單缺乏趣味性，要不就是制作成本過高，耗材昂貴造成浪費(fèi)。鑒于此種情況筆者設(shè)計(jì)了以樂高EV3機(jī)器人設(shè)備為素材的課堂構(gòu)思設(shè)計(jì)活動(dòng)：設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)道閘，分析道閘的工作過程，畫出反映其工作過程的方框圖。（如下圖）

在這個(gè)課堂活動(dòng)中，學(xué)生只需設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的道閘結(jié)構(gòu)，可以讓教師的遙控玩具車安全通過，利用課堂學(xué)過的知識，EV3主機(jī)作為控制器，伺服電機(jī)作為執(zhí)行器，閘門作為被控對象。利用樂高EV3機(jī)器人設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)計(jì)搭建，不僅能在課堂有限的時(shí)間內(nèi)把書本知識付諸實(shí)踐，而且學(xué)生還可在課內(nèi)對設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)多方案。通過簡單的改裝，就可以達(dá)到優(yōu)化目的，如：用顏色傳感器代替超聲波傳感器就可以實(shí)現(xiàn)刷卡出入，用蝸輪蝸桿系統(tǒng)可以使閘門的機(jī)械結(jié)構(gòu)更加可靠。樂高設(shè)備的靈活性、趣味性給學(xué)生提供了廣闊的想象空間。

四、樂高設(shè)備與更為有效的STEAM教育

通用技術(shù)課程的核心目標(biāo)是：提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。如果每節(jié)課只停留在書本上的那些知識，那是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們必須考慮如何深化學(xué)生對技術(shù)的認(rèn)識，如何開拓學(xué)生的視野，如何讓課程升華。筆者認(rèn)為STEAM是一個(gè)非常好的教育理念，STEAM教育指的是五個(gè)單詞，即科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)，它要求學(xué)生創(chuàng)新，而這些創(chuàng)新是需要與現(xiàn)實(shí)生活有聯(lián)系的。STEAM真實(shí)內(nèi)涵其實(shí)就是注重跨學(xué)科知識的綜合運(yùn)用、建構(gòu)主義教學(xué)以及學(xué)習(xí)過程。由于樂高設(shè)備有著強(qiáng)大的綜合性，教師可以適當(dāng)?shù)貙⑦@個(gè)教育理念引入課堂教學(xué)，運(yùn)用現(xiàn)成的樂高設(shè)備設(shè)計(jì)課堂活動(dòng)以實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的整合。

例如利用機(jī)器人巡線來讓學(xué)生體驗(yàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)學(xué)邏輯上來研究巡線效率更高的方法，機(jī)器人制作時(shí)幫助他們將藝術(shù)融入設(shè)計(jì)，在拼裝時(shí)指導(dǎo)學(xué)生如何合理運(yùn)用工程學(xué)的知識讓機(jī)器結(jié)構(gòu)更加合理，這樣學(xué)生在單獨(dú)做完一個(gè)機(jī)器巡線閉環(huán)控制系統(tǒng)后已經(jīng)獨(dú)立運(yùn)用很多學(xué)科知識。這樣的教學(xué)方式不僅開拓了學(xué)生的視野，也體現(xiàn)了通用技術(shù)作為一門橫向?qū)W科的特色。

樂高設(shè)備只是一個(gè)平臺，在這個(gè)平臺上可以讓通用技術(shù)課變得活潑有趣，如果只把樂高設(shè)備作為唯一的教具、載體，那將是災(zāi)難性的。如何更加合理地使用樂高設(shè)備是教師值得推敲的問題，只有結(jié)合教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容，綜合考慮學(xué)生實(shí)際情況，將他們有機(jī)聯(lián)系在一起，才能將樂高設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮到極致。

［1］顧建軍，段青.通用技術(shù)教學(xué)研究與案例［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［2］鄭劍春.機(jī)器人結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2007.

［3］王安幸.利用積木式機(jī)器人器材豐富通用技術(shù)教具資源［J］.中國教育技術(shù)裝備，2011（32）.

［4］鄭清春，武剛，郝麗芳.基于樂高機(jī)器人系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室開放實(shí)踐探索［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008（10）.

G633.3

A

1673-9884（2016）05-0116-03

2016-04-26

2015年福建省教育廳科技類一般項(xiàng)目（JA15608）

章初（1977-），男，福建福州人，福州華僑中學(xué)一級教師。