LAUNCH 循環理念融入高中地理實踐活動的初探
——以“太陽高度角測量儀的制作”為例

鞏建強

（武山縣第一高級中學, 甘肅 天水 741300）

設計思維一般包括共情、定義、構思、原型、測試五階段，被廣泛應用于商業、工程、藝術等領域。美國著名教育家約翰·斯賓塞和A.J.朱利安尼在此基礎上增加了“提問”與“發布產品”兩個環節，提出了可適用于各個年級、每個學科的設計思維創意教學流程——LAUNCH循環。其中，“L”代表“Look, listen and learn”，即觀察、傾聽、了解；“A”代表“Ask lots of questions”，即多多發問；“U”代表“Understand the problem or process”，即理解問題或過程；“N”代表“Navigate ideas”，即探尋想法；“C”代表“Create”，即創造產品原型；“H”代表“Highlight what’s working and failing”，即確定產品優缺點，改進產品；最后是發布產品的階段。[1]LAUNCH循環的實質是帶領學生經歷創造的各個階段，從而激發學生創新能力，提升解決實際問題的能力。本文借助LAUNCH循環理念，將其融入地理實踐活動的設計中，以“太陽高度角測量儀的制作”為例設計并展開實踐活動，旨在培養學生的地理實踐力與創新能力。

一、仔細觀察，確定主題

觀察、傾聽、了解是LAUNCH循環的起始環節。當教師向學生展示某個事物時，學生在觀察、思考后會對此事物產生一定的認識。這時，教師通過提出相關問題，激發學生的好奇心與求知欲，引導學生提出一個待解決的具體問題，從而確定探究主題。課前，教師向學生展示市場上常見的太陽高度角測量儀。

在學生觀察過程中，教師提出“你觀察到了什么”“它由哪些部件構成”“你觀察的時候有什么想法與疑問”“你能否自己制作一個太陽高度角測量儀”等問題。教師通過問題引導學生了解太陽高度角測量儀的組成結構，認識刻度盤、底座、重錘線與測量架等組成部件。通過觀察、傾聽、了解，確定本次實踐活動的主題是“利用簡單材料動手制作太陽高度角測量儀”。制作的產品不拘泥于仿制，而盡可能在仿制的基礎上改進創新。

二、綜合探究，理解原理

LAUNCH循環中的“理解問題或過程”階段是解決問題的關鍵。在這一階段，學生將致力于了解與問題相關的關鍵信息，通過多方面查閱資料、收集信息，展開綜合探究，整理與分析所探究問題的基本原理。為便于學生之間展開討論，本次活動以6人為一組，每組設一名組長，負責組織小組成員完成教師布置的任務。本階段的核心目標是理解太陽高度角的形成過程與原理，分析太陽高度角測量儀的工作原理。教師在組織學生進行討論時要適時指導。通過查找資料，結合小組合作探究，學生以草圖的形式對太陽高度角的形成原理與太陽高度角測量儀的工作原理進行了剖析。太陽高度角是太陽光線與地平面的夾角，即太陽在當地的仰角，是地球自轉的結果。[2]太陽高度角原理如圖1所示。

圖1 太陽高度角原理圖

通過觀察與分析可知，太陽高度角測量儀主要由刻度盤、底座、支架、重錘線、測量架組成。其中，底座上設有可調節水平方位的水平螺釘，測量架上有聚光孔、投影板和顯示孔。測量時將太陽高度角測量儀放置在有陽光照射的開闊地帶，調整水平螺釘，觀察重錘線，使儀器呈水平狀態。轉動刻度盤，使其與太陽光線平行，再撥動測量架，直到太陽光線穿過聚光孔，產生的投影與投影板上的小圓圈完全重合時，顯示孔中顯示的度數即為當地此時的太陽高度角。太陽高度角測量儀工作原理如圖2所示。

圖2 太陽高度角測量儀原理

三、小組合作，設計方案

LAUNCH循環的“探尋想法”階段建立在深入理解問題的基礎上，教師組織學生進行“頭腦風暴”，最終形成整體規劃，從而呈現出解決問題的方案。經歷這一階段后，學生將對他們所要“創造什么”有一個明確的想法或理念。本次活動的核心問題是“用簡單、方便、易裁剪的材料制作太陽高度角測量儀”。“簡單”“方便”要求材料來源于學生的日常生活，以節約資源、降低成本，同時培養學生的可持續發展理念?！耙撞眉簟币蟛牧鲜强梢匀我獠眉舻?，要方便學生切割。[3]每個小組交流創意想法，設計制作方案。即每位組員將自己的想法寫在記錄單上，由組長負責匯總，并進行討論，選出最具創意的想法。第1組、第2組和第3組的設計方案如表1、表2、表3所示。

表1 第1組太陽高度角測量儀設計方案

表2 第2組太陽高度角測量儀設計方案

四、原型制作，成果測試

LAUNCH循環中的“創造產品原型”階段是學生把自己的想法轉變為現實的過程。對中學生來講，這種產品不必有太高的科技含量，一些極佳的創作往往只需要幾塊紙板和一卷膠帶。成果測試是確定產品優缺點、改進原型的必要條件，在實地測試的過程中發現問題，進而修正原型，以解決出現的問題。

1.聚光投影式太陽高度角測量儀的制作

(1)原型制作

①將硬紙板裁剪成直徑14cm的正圓，用A4紙裁剪同樣大小的正圓，在A4紙正圓上繪制相應角度數，用雙面膠貼在硬紙板正圓上，當作刻度盤。

②用紙板制作聚光孔和投影板，保證聚光孔大小與投影板中心圓圈大小一致。

③裁剪長16cm寬1.5cm的紙板，中心開孔，兩端裁剪出兩個適當大小的長方形小縫隙，將聚光孔與投影板垂直插在紙板兩端，用膠水固定。在聚光孔一側綁一條細線，另一頭套在刻度盤圓心，作為測量架。

④用薄紙板裁剪一個重錘線，在中間畫出一條豎線，一頭穿孔。

⑤裁剪長20cm寬5cm的長紙板，一頭開一小孔作為支架，垂直插進紙盒做的簡易底座。

⑥利用一次性筷子依次將細線、重錘線、刻度盤、測量架與支架連接。聚光投影式太陽高度角測量儀制作完成，如圖3所示。

圖3 聚光投影式太陽高度角測量儀

(2)成果測試

測量太陽高度角時將測量儀水平放置在地面，撥動測量架，使聚光孔對準太陽。當太陽光線穿過聚光孔投影到投影板上的圓圈時，細線所指示的角度數即為當地此時的太陽高度角。學生進行了實地測量，如圖4所示，此時的太陽高度角約為50°。

圖4 聚光投影式太陽高度角測量儀測量結果

2.指針投影式太陽高度角測量儀的制作

(1)原型制作

①將硬紙板裁剪成直徑14cm的正圓，用A4紙裁剪同樣大小的正圓，在A4紙正圓上繪制相應角度數，用雙面膠貼在硬紙板正圓上，當作刻度盤。

②用硬紙板裁剪一個長15cm，寬1.5cm的箭頭當作測量桿，在適當位置裁剪一個小孔，以此小孔為起點，在尾部中間位置畫一條豎線，當作投影線。

③裁剪長度為6厘米的一次性筷子，一頭削成針狀，涂上黑色，當作指針；用薄紙板裁剪一個重錘線，中間畫出一條豎線，一頭穿孔。

④裁剪長16cm，寬4cm的紙板為支架，一端裁剪一小孔；利用紙盒制作簡易底座，在紙盒頂部裁剪長為4cm寬0.5cm的紙縫，其大小能將支架插進去即可。

⑤利用一次性筷子依次將測量桿、刻度盤與支架連接。指針投影式太陽高度角測量儀原型制作完成，如圖5所示。

圖5 指針投影式太陽高度角測量儀

(2)成果測試

測量太陽高度角時將太陽高度角測量儀水平放置在地面，使測量儀刻度盤與太陽光線平行。撥動測量桿，當指針投影與測量桿尾部的豎線重合時，測量桿箭頭所指示的角度數即為當地測量時刻的太陽高度角。學生進行了實地測量，如圖6所示，此時的太陽高度角約為50°。

圖6 指針投影式太陽高度角測量儀測量結果

3.手持式太陽高度角測量儀的制作

(1)原型制作

①用硬紙板裁剪一個直徑14cm的半圓，為方便懸掛，可在半圓圓心附近留出適當面積；在上面繪制相應角度數，當作刻度盤；在刻度盤圓心開一個略大于一次性筷子的小孔。

②截取長8cm的一次性筷子，一端削成針狀，涂成黑色，當作指針。

③利用硬紙板裁剪一個長40cm，寬4cm的“手柄”，在一端中部開一個小孔，用于安放指針與刻度盤。

④將指針垂直插進手柄上的小孔并固定，再將指針從刻度盤圓心穿過，保證刻度盤可以自由轉動。手持式太陽高度角測量儀制作完成，如圖7所示。

圖7 手持式太陽高度角測量儀

(2)成果測試

本儀器的主要功能是測量某地某時的太陽高度角。測量時手持在手柄一端，舉起手臂，使手臂略高于肩部，指向太陽，調整角度，使刻度盤與太陽光線平行?？潭缺P受重力作用自然垂直于地面，此時指針投影在刻度盤上所指示的度數，即當地此時的太陽高度角。學生進行了實地測量，如圖8所示，此時太陽高度角約為50°。

圖8 手持式太陽高度角測量儀測量結果

五、分享交流，產品推廣

“發布產品”是LAUNCH循環的第七階段，但并非最終階段。這時學生會面對真正的受眾，通過演講、推銷等方式介紹自己的產品，讓受眾見證產品的可行性和實用性。這種真實的反饋使學生以同理心去思考受眾的真實需求，提升對問題的認知。之后，學生開始一個新循環，在原來產品的基礎上更新版本或開發全新的事物。

本次活動中，教師組織學生以小組匯報的形式向其他人介紹自己的產品。具體做法是，小組派代表介紹本小組從原理探究到成果測試的過程，其他學生提出疑問，該小組的學生可以相互回答與補充相關問題。通過這樣的分享與交流，學生之間的思維發生碰撞，有利于培養學生的綜合思維。

六、總結與反思

從模型成果來看，首先，學生設計的太陽高度角測量儀形式多樣，但都忽視了水平螺釘的設計。其次，學生設計的太陽高度角測量儀實驗原理較單一，大致可分為聚光投影式與指針投影式兩種。最后，從模型測量的數據來看，學生設計的太陽高度角測量儀與手機軟件測量的數據相比存在微小誤差，主要是由于材料選擇以及手工繪刻度盤造成。因此，可以通過打印刻度盤，減小手繪造成的誤差。

從整個活動過程來看，學生在合作探究的過程中將理論知識與實際應用相結合，通過具體的實驗教具呈現所思所想，體驗了從無到有的創造歷程。這不僅提升了學生的地理實踐力與創新能力，還增強了其主動思考和團隊合作的能力，為以后其他類型的地理實踐活動的開展打下了良好基礎。