樂高設備在通用技術教學中的應用

章　初叢　敏

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

樂高設備在通用技術教學中的應用

章初1叢敏2

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

教學載體的選擇向來是高中通用技術課教學中的一個難點，而學生對技術知識和技能的掌握，以及技術思想的形成，都應該在技術實踐和技術學習中獲得。所以教學載體的選擇直接關系到通用技術課堂教學的效果。以樂高設備輔助通用技術的課堂教學，不但實現了課堂教學的高效性，而且讓學生充分地在實踐過程中獲取知識，突出主體地位，拉近了理論與實踐的距離。

通用技術；樂高；教學載體

一、引言

自從1949年第一塊樂高塑料積木問世以來，近70年的發展使樂高器材已經十分成熟。樂高機器人設備更是集合了可編程主機、電動馬達、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備可以有效解決通用技術課教學載體選擇的難題。本文試從教學實例入手，闡述樂高器材在通用技術教學中的使用。

二、利用樂高設備助力通用技術教師課堂教學

作為一名通用技術教師，要將通用技術課程的目標切實地落實到每一節課程當中，在完成教學內容教授的同時，還應該考慮到如何讓課堂更加生動活潑、如何讓師生互動更加充滿生機，而這一切就需要更多一些能說明問題、發揮作用的教具和學具作為支撐。著名捷克教育家夸美紐斯于17世紀提出直觀教學法，從此自制教具便成為了教學過程中一個永恒的話題。樂高設備以它的趣味性、通用性、高效性讓教師可以方便地制作出符合個人特點的課堂教學的特色教具。

（一）用于課堂引入的教具

一個好的課堂引入可以充分調動學生的學習興趣，啟發學生思維，吸引學生去主動探究，從而最快地進入最佳的教學狀態。實踐證明重視導課環節，精心設計，可以更高效地激發學生的學習主動性，為一節課的成功打好基礎。例如在《控制的手段與應用》這節課當中，可以利用樂高設備搭建搖頭風扇作為這節課的引入，用一個電機同時控制風葉的轉動和風扇的搖頭。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生幾乎沒有，用這樣一個既熟悉又陌生的機械裝置作為引入，不但可以深深吸引住學生的眼球，幫助他們理解控制的含義和意義，而且教具的結構簡單，教師在課間就可完成搭建及編程，充分體現了樂高設備的高效性。

（二）用于課堂演示實驗的教具

美國心理學家加德納教授在1983年提出多元智力理論，該理論提出在教學中應該盡量抓住中學生的年齡特點，把理論性較強的原理采用活動的形式表演出來，這樣不但能激起學生的學習熱情，而且還能有效提高課堂教學效果。通用技術課配套的演示教具目前在大多數學校極為缺乏，而作為一門以實踐為主的課程這些教具又是必不可少的。樂高設備涵蓋了計算機、傳感、智能信息處理、控制和機械等基礎技術，如果教師們能夠合理地利用這個資源，設計出一些適合課堂演示的教學用具，如：重心位置與穩定性演示儀、簡易陀螺儀、聲控燈、自動門開環控制系統、機器人巡線閉環控制系統等等。這樣既可以活躍課堂氣氛，提升課堂教學效率，教師又可以通過設計教具加深自身對課程的理解，一舉兩得。

三、樂高設備在學生課堂活動中的應用

（一）模仿體驗

模仿體驗是樂高設備在課堂活動中最簡單的應用，就是讓學生通過樂高積木的搭建進行體驗，起到認識、理解本課要點的作用。活動時間大約控制在10分鐘以內。

蘇教版教材《技術與設計2》P39小試驗：雙色圓珠筆的安裝。這個試驗原來的目的是理解雙色圓珠筆的安裝時序，從而體驗到流程的重要性。但這個試驗的意義并不是很大，通過教學實踐發現，學生普遍感到無趣，并且基本沒有學生裝錯，也就體驗不到流程設計的重要性。如果使用樂高積木搭建作為載體來替代這個小試驗效果就大不一樣。

如圖1：讓學生按照圖紙來拼裝一個樂高四驅車的基本結構模型，小小的模型其實存在著許多安裝流程上的設計，不同的時序直接影響安裝時間，甚至需要返工。這樣學生在經歷過多次挫折后取得成功，不僅通過這種建構方式使流程的重要性深入人心，而且提高了課堂教學中的趣味性。有關資料顯示：在學習過程中，如果學生只靠聽課能記住的有5%，而在實踐中學習的能記住達75%。這時如果再能加上足夠的趣味性，教學效果必定更佳。

圖1

（二）試驗探究

探究式教學是學生在教師的啟發下，通過自主學習和合作討論，以某一教材內容為探究對象的一種教學方式。以樂高為載體的探究式教學，具有直觀、安全、省時等優點。在通用技術的課堂教學中有著廣闊的空間。

蘇教版教材《技術與設計2》第三章第二節《系統的分析》這節課中的“系統的優化”這部分內容在課標中的要求是：“理解系統優化意義，能結合實例來分析影響系統優化的因素”。在實際教學中，很多教師對這部分內容都十分頭疼，由于眾所周知的原因實踐項目很難開展，教學中只能按照課本的內容給學生介紹一些既抽象、又缺乏樂趣的數學函數應用。對于這個難點筆者充分利用了樂高器材簡便、靈活的特點對課堂教學加以處理。

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對其變速傳動子系統的優化，給出系統優化的概念。而后利用設計好的絞盤（如圖2），用各種不同規格的齒輪（如圖3）對絞盤系統進行改進，使絞盤對重物的抬升性能達到最佳。實踐中學生充分發揮自己的創造力，在探究中將自己所學習的知識應用于解決實際的問題。在教學中，通過各種齒輪的結合使用，從絞盤抬升重物的速度、費力程度、齒輪咬合等問題出發，引導學生去分析系統優化的約束條件，明確絞盤系統中系統優化的整體目標，在抬升速度與使用力量之間找到平衡點，提出系統優化的方法和手段（圖4、5），通過不斷地“設計—試驗—改進”，使目標值達到最大化，讓系統一步步得到優化。學生在實踐中還可以使用樂高EV3主機控制電機工作來設想、解決系統實際存在的問題。學生通過探究感受系統優化的精髓，并且學會學習，體驗成功的喜悅，原來枯燥、乏味的一節課程頓時變得輕松愉快。

圖2

圖3

圖4　

圖5

（三）構思設計

構思設計能力是學生通過通用技術課學習后必須具備的技術素養。通用技術課如果講授多、思考少，演示多、動手少，必然嚴重地影響和限制學生的學習欲望，設計能力也得不到提高。

在《普通高中通用技術課程標準（2003版）》中提到：“技術與設計2”更關注的是設計過程中關于結構、流程、系統和控制的設計方法和基本思想，重視學生對這些思想和方法的應用對以及實際問題的解決。利用樂高設備在通用技術教學中應用，使課堂上針對某種課程內容的現場設計成為可能，大大提高了課堂教學效率。蘇教版教材《技術與設計2》第四章的第二節《控制系統的工作過程與方式》中開環控制系統的設計是普通高中通用技術必修模塊中的一個重點，如果能選用一個合適的課堂教學載體進行教學，必然事半功倍，使學生對開環控制系統的組成、工作過程和方式形成更直觀的認識。但在現實教學過程中，適合開環控制系統設計的教學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。鑒于此種情況筆者設計了以樂高EV3機器人設備為素材的課堂構思設計活動：設計一個自動道閘，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）

在這個課堂活動中，學生只需設計一個簡單的道閘結構，可以讓教師的遙控玩具車安全通過，利用課堂學過的知識，EV3主機作為控制器，伺服電機作為執行器，閘門作為被控對象。利用樂高EV3機器人設備進行現場設計搭建，不僅能在課堂有限的時間內把書本知識付諸實踐，而且學生還可在課內對設計進行優化，實現多方案。通過簡單的改裝，就可以達到優化目的，如：用顏色傳感器代替超聲波傳感器就可以實現刷卡出入，用蝸輪蝸桿系統可以使閘門的機械結構更加可靠。樂高設備的靈活性、趣味性給學生提供了廣闊的想象空間。

四、樂高設備與更為有效的STEAM教育

通用技術課程的核心目標是：提高學生的技術素養。如果每節課只停留在書本上的那些知識，那是遠遠不夠的，我們必須考慮如何深化學生對技術的認識，如何開拓學生的視野，如何讓課程升華。筆者認為STEAM是一個非常好的教育理念，STEAM教育指的是五個單詞，即科學、技術、工程、藝術以及數學，它要求學生創新，而這些創新是需要與現實生活有聯系的。STEAM真實內涵其實就是注重跨學科知識的綜合運用、建構主義教學以及學習過程。由于樂高設備有著強大的綜合性，教師可以適當地將這個教育理念引入課堂教學，運用現成的樂高設備設計課堂活動以實現多學科的整合。

例如利用機器人巡線來讓學生體驗閉環控制系統，教師可以引導學生從數學邏輯上來研究巡線效率更高的方法，機器人制作時幫助他們將藝術融入設計，在拼裝時指導學生如何合理運用工程學的知識讓機器結構更加合理，這樣學生在單獨做完一個機器巡線閉環控制系統后已經獨立運用很多學科知識。這樣的教學方式不僅開拓了學生的視野，也體現了通用技術作為一門橫向學科的特色。

樂高設備只是一個平臺，在這個平臺上可以讓通用技術課變得活潑有趣，如果只把樂高設備作為唯一的教具、載體，那將是災難性的。如何更加合理地使用樂高設備是教師值得推敲的問題，只有結合教學目標，教學內容，綜合考慮學生實際情況，將他們有機聯系在一起，才能將樂高設備的優點發揮到極致。

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

［2］鄭劍春.機器人結構與程序設計［M］.北京：清華大學出版社，2007.

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

［4］鄭清春，武剛，郝麗芳.基于樂高機器人系統的創新設計實驗室開放實踐探索［J］.實驗室研究與探索，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目（JA15608）

章初（1977-），男，福建福州人，福州華僑中學一級教師。