高中通用技術(shù)學科校本教材的開發(fā)與實踐
——以《樂高簡易機器人制作》為例

馬喜全

（朝陽市第四高級中學）

在國家提倡發(fā)展人工智能技術(shù)的有利形勢下，通用技術(shù)學科也迎來了新的發(fā)展機遇。然而，在教育實踐中，通用技術(shù)教材中的理論內(nèi)容與我校現(xiàn)有硬件資源不能有效整合，因此有必要開發(fā)適合本校實際情況的通用技術(shù)課程。

樂高教育力求學生在解決技術(shù)問題時，經(jīng)過設(shè)計技術(shù)活動方案過程，通過樂高優(yōu)質(zhì)的資源最終解決實際問題。樂高教育為教師和學生提供了內(nèi)容豐富、具有挑戰(zhàn)性、趣味性和可操作性的學習工具和教學解決方案，與通用技術(shù)學科的五大核心理念相融、相支撐。如何把樂高教育引入通用技術(shù)課堂并有效實施是迫切需要解決的問題。為此，我校在教育實踐中開發(fā)了《樂高簡易機器人制作》校本教材。

一、通用技術(shù)學科的教學現(xiàn)狀與校本教材的開發(fā)

（一）通用技術(shù)學科教學現(xiàn)狀

普通高中通用技術(shù)課程與義務教育階段的“勞動與技術(shù)”教育模塊互相銜接。高中通用技術(shù)課程立足在理論指導下讓學生有充足的空間進行“做中學”和“學中做”，強調(diào)讓每個學生參與技術(shù)設(shè)計的“調(diào)查分析、生活觀察、方案設(shè)計、簡單機器人制作”等活動，以便使學生在學習中獲得知識，從而真正實現(xiàn)通用技術(shù)學科的課程目標。

高中通用技術(shù)課程的教與學應立身于現(xiàn)實的生活環(huán)境，并以實際應用需求獲得相關(guān)技術(shù)理論，用于培養(yǎng)學生把課程知識轉(zhuǎn)化為生活技能的能力及指導學生解決生活和學習中遇到的實際問題。在現(xiàn)行教育體制下，高中通用技術(shù)課程教學理論多于實踐，課程的技術(shù)內(nèi)涵不足，國內(nèi)部分高中甚至存在縮減通用技術(shù)課時的情況。

作為一門新課程，高中通用技術(shù)教學必然存在很多不足，因此教育工作者應尋求多方途徑，解決通用技術(shù)教學中存在的問題，簡易機器人制作教學即可作為其中的一種。基于此，我校根據(jù)學校實際，結(jié)合學生的需求，設(shè)計開發(fā)了高中通用技術(shù)《樂高簡易機器人制作》校本教材。

（二）校本教材的開發(fā)

2017年出版的《普通高中通用技術(shù)課程標準》與2003 年版課程方案的變化之一是優(yōu)化了課程結(jié)構(gòu)，將課程類別調(diào)整為必修課程、選擇性必修課程和選修課程三個版塊。在基礎(chǔ)內(nèi)容保持不變的前提條件下，為多元化發(fā)展的學生提供了有價值的課程體系?！皺C器人設(shè)計與制作”模塊在選擇性必修的技術(shù)與工程系列里。由于新教材還未出版，而我校現(xiàn)行使用的江蘇版通用技術(shù)選修3《簡易機器人制作》教材與現(xiàn)有的樂高機器人器材不能有效對接，為此我校開發(fā)了《樂高簡易機器人制作》校本教材。

《樂高簡易機器人制作》校本教材依據(jù)2017年版《普通高中通用技術(shù)課程標準》，結(jié)合江蘇版通用技術(shù)必修教材《技術(shù)與設(shè)計1》《技術(shù)與設(shè)計2》編寫而成。教材主要分為三部分：第一部分為“LEGO MINDSTORMS EV3 Education Edition 編程”，第二部分為“LEGO Digital Designer 建?！?，第三部分為“汽車變速箱的搭建圖紙”，共20課時。

樂高簡易機器人制作校本課程結(jié)合信息技術(shù)資源，凸顯學生的學習主體地位。在該校本課程中，學生可以通過上機學習LEGO MINDSTORMS EV3 Education Edition 編程軟件知識，經(jīng)歷LEGO Digital Designer建模過程，進而選擇優(yōu)秀的學習小組親身實踐搭建過程。

二、樂高4C法則在通用技術(shù)學科的應用

（一）樂高4C法則

4C 法則是樂高教育的核心理念。樂高教育以皮亞杰“構(gòu)建主義”理論為依據(jù)，借鑒國際流行的布魯納“發(fā)現(xiàn)學習”教學模式，將案例教學進行結(jié)構(gòu)化提煉，形成了其獨特的4C 教學模式（也稱4C 法則），即“聯(lián)系—構(gòu)建—反思—延續(xù)”。

1.聯(lián)系

樂高教學中的聯(lián)系階段與傳統(tǒng)教學中的導入有所不同：在傳統(tǒng)教學中，教學的“導入”部分教師一般會用簡潔的語言介紹樂高活動的要點和步驟，以求簡潔明了地直接進入主題，沒有過多渲染、修飾和過渡。這種教學方式只能保證學生在有限的時間里完成基本的學習任務。而樂高教學法中的“聯(lián)系”，是將學生已有的知識、興趣與課標、知識點進行聯(lián)系，向?qū)W生提出問題，讓學生面對開放式的挑戰(zhàn)或任務。學生把自己置身于問題中，角色從學習者轉(zhuǎn)變成了問題解決方案的尋找者。在聯(lián)系階段，教師應鼓勵學生提出問題，引導學生在開始動手之前提出各種探索的設(shè)想。

2.構(gòu)建

構(gòu)建階段，也是“做中學”的階段。學生自己動手設(shè)計、構(gòu)建現(xiàn)實世界的模型，通過頭腦風暴，在大腦中組合、創(chuàng)建新的知識結(jié)構(gòu)。學生通過規(guī)劃、編寫實施方案，完成任務，最終使問題得以解決。

在構(gòu)建階段，樂高教育的原則是保持組際之間的均衡性，這樣有利于組際間的交流與競爭，有利于對各組學習情況的評價。根據(jù)學生的差異將學生搭配到不同的組里，這種做法會使學生之間互相幫助、互相促進、共同發(fā)展，同時教學活動進度也會保持一致。如將能言善辯的學生與沉默寡言的學生搭配在一起，將善于分析思考的學生與喜歡動手操作的學生搭配在一起。

3.反思

在反思階段中，教師可以用開放性思維和靈活的方法引導學生對其解決問題的方案進行討論和反思，加深學生對樂高課程的理解。樂高教學的一個關(guān)鍵階段就是反思，反思在構(gòu)建階段與延續(xù)階段之間起著承上啟下的作用。教師在反思階段，可以了解學生對學習內(nèi)容的掌握程度，觀察學生之間的差異，確認下一階段的學習任務。學生在反思階段不僅可以鞏固自己在建構(gòu)階段所掌握的知識，而且能夠鍛煉自身的批判性思維、發(fā)散性思維和創(chuàng)新能力。

4.延續(xù)

在延續(xù)階段中，教師可以在學生產(chǎn)生強烈成就感和渴望解決更多問題的基礎(chǔ)上，進一步為他們提供其可接受的挑戰(zhàn)，引導學生學習更多的知識和技能，使他們在一個螺旋式上升的良性循環(huán)過程中不斷地超越自我。樂高教學以一個新任務的提出與解決為結(jié)點，這個新任務必須建立在課堂新授知識的基礎(chǔ)上，這便是樂高教學的延續(xù)。延續(xù)給學生呈現(xiàn)的是建立在“構(gòu)建—反思”階段所學到的知識和技能之上的一個挑戰(zhàn)性的活動，是對學生已經(jīng)獲得知識的創(chuàng)造性延展。延續(xù)是讓學生在以后的活動中流暢自如地嘗試、應用所獲得的知識和技能，以此最大限度地養(yǎng)成批判性思維和創(chuàng)新能力。

總的來說，樂高教育不只關(guān)注學生知識的建構(gòu)與學習，更重要的是將學生看作一個能夠全面學習的完整個體，注重學生智能的發(fā)展、知識體系的完整，并將人的行為、認知、情緒合并加以訓練。

（二）教學案例

本文以“3.3 變速箱建模案例”教學活動設(shè)計為例，說明如何在通用技術(shù)學科應用樂高4C 法則。（見表1）

表1 “3.3變速箱建模案例”教學活動設(shè)計

三、開發(fā)通用技術(shù)校本教材對教學的影響

（一）培養(yǎng)學生核心技術(shù)素養(yǎng)，使學生得到全面發(fā)展

高中通用技術(shù)課屬于通識教育，是高中的必修課程之一，目的是為了提高學生的技術(shù)素養(yǎng)。課程標準指出，技術(shù)意識、創(chuàng)新設(shè)計、工程思維、圖樣表達、物化能力五個方面是通用技術(shù)學科的核心素養(yǎng)。課程標準關(guān)注“學生技能的形成、思想方法的掌握和文化的領(lǐng)悟”三者之間的有機統(tǒng)一，注重學生技術(shù)能力向各個領(lǐng)域的延伸，倡導把單一的教學形式變?yōu)闉槎鄻踊募寄苡柧殹?/p>

《樂高簡易機器人制作》將機器人的模型設(shè)計、搭建、編程、調(diào)試等貫穿于項目的始終。學生在學習樂高的過程中，學到了機械、計算機、電子等方面的技術(shù)知識，掌握了多方面的技能，養(yǎng)成了良好的學習習慣，并能夠應用到生活實踐之中。

在制作機器人的過程中，當遇到困難時，學生能夠不放棄，勇于動手、實踐，最終用抽象的理論解決了實際問題，體驗了成功的喜悅。學生在教學中學會了與人溝通與合作，在活動中養(yǎng)成了尊重他人的意識，在不斷失敗中培養(yǎng)了毅力，建立了自信心。同時，學生還能夠?qū)⒆约旱臅r間做到合理分配、規(guī)劃，按照步驟有計劃地實施。

高中階段是學生創(chuàng)造力養(yǎng)成的重要階段，學生的邏輯思維和想象能力、批判精神、反思能力較初中階段而言有了新的提升。因此，國家課程標準要求鼓勵學生想象、懷疑和批判精神的培育，要通過營造民主、活躍、進取的學習氛圍培育學生的創(chuàng)新精神，讓學生經(jīng)歷技術(shù)設(shè)計和技術(shù)試驗等活動過程，以培養(yǎng)學生的自主探究能力。機器人的制作與開發(fā)，能夠使學生手腦并用，學生通過雙手展現(xiàn)頭腦中對機器人豐富的想象，進而發(fā)展想象力和創(chuàng)造力。

（二）進行多樣化學習，培養(yǎng)學生的實踐活動能力

學習技術(shù)的過程是主動建構(gòu)知識理論體系、不斷拓展自己能力的過程。在這種技術(shù)的學習過程中，教師是學習活動的引導者、幫助者，而學生則是學習活動的主動建構(gòu)者，因此技術(shù)課程教學要求師生進行更多的互動。故教師應當以學生原有認知為依據(jù)，精心規(guī)劃并設(shè)計多元化學習活動，以學生身心發(fā)展規(guī)律為依據(jù)，同時兼顧技術(shù)學科的學習特點，引導學生進以自主學習、合作學習、互聯(lián)網(wǎng)學習等多種形式開展學習活動。

《樂高簡易機器人制作》多樣化的學習方式，能夠提高學生的自主探究能力，培養(yǎng)學生的獨立思考能力。通過形式多樣的任務挑戰(zhàn)，學生能夠依據(jù)自己所掌握的知識、技能分析問題，從而提出成功可行的方案解決問題。經(jīng)過多次的磨練，一次次的積累，學生能夠在潛移默化中養(yǎng)成獨立思考的學習習慣。

通過多樣化的學習形式培養(yǎng)學生的實踐活動能力，教師就要有意識地培養(yǎng)學生的規(guī)劃意識。在機器人教學過程中，教師要引導學生學會用正確的規(guī)劃、精心的設(shè)計成功完成活動所提出的各項任務。如樂高FLL 項目競賽，要求參賽者設(shè)計的機器人要在2.5 分鐘內(nèi)完成10 個任務。設(shè)計10 個任務對于學生的規(guī)劃能力要求是很高的，學生需要思考并解決機器人怎樣才能成功地完成每個任務、先完成哪些任務、怎樣布置任務路線圖、如果出現(xiàn)意外怎樣處理、是否有更完善的預備方案等問題。這時就要求學生通過小組分工合作，有計劃、有步驟地配合完成各項任務。在此過程中，培養(yǎng)了學生的實踐活動能力和團結(jié)合作精神。

（三）充分發(fā)揮樂高資源優(yōu)勢，彌補通用技術(shù)教學短板

眾所周知，通用技術(shù)作為一門新的學科，從發(fā)展歷史上來看是短暫的，無法與其他傳統(tǒng)學科相比擬。而樂高教育有將近百年的發(fā)展歷史，自1998 年開發(fā)出具有可編程的RCX 積木到現(xiàn)在流行的EV3 的樂高機器人，至今也已有20 多年的發(fā)展史。樂高教育理念先進，提倡體驗式教學，著重培養(yǎng)學生設(shè)計、實踐能力，深得社會的認可。

樂高機器人除包含豐富的軟件資源，如LEGO Digital Designer 建模軟件和EV3編程軟件，還包含豐富的硬件資源。其產(chǎn)品種類齊全、零部件豐富，能充分滿足通用技術(shù)學科在建模中的使用需要。因此，將樂高應用于通用技術(shù)教學中，可以把枯燥的知識變得生動、有趣，學生更容易理解。

例如在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，學生可以搭建各種類型橋的結(jié)構(gòu)，比如拱形橋、懸索橋、斜拉橋；學生可以搭建各種各樣的機器人，比如足型、輪式、履帶式機器人；學生還可以完成小凳子、桌子、臺燈等數(shù)字、物理模型的建構(gòu)。樂高應用在通用技術(shù)教學中，能夠使學生更好地掌握通用技術(shù)學科知識。

學校通用技術(shù)學科試驗室普遍存在使用率不高的情況，而樂高機器人的加入，可以解決這一問題。通用技術(shù)教室的試驗器材基本上是傳統(tǒng)的五金工具，有的是大型工具，實際操作困難且課堂不易管理，學生這些工具興趣不大。通用技術(shù)屬于工科教育，是技術(shù)在生活中的延伸，對于高中生來說，理解起來較為困難。而樂高課堂，內(nèi)容豐富多彩，學生較為感興趣，如學生在數(shù)字建模試驗室實現(xiàn)數(shù)字建模后，在通用技術(shù)教室很容易實現(xiàn)物理模型的搭建。因此，學生能夠全身心投入，發(fā)揮主觀能動作用，更好地完成通用技術(shù)學習目標，這正是樂高機器人在通用技術(shù)課上價值的體現(xiàn)。