支架式教學(xué)在機(jī)械專業(yè)課中的運(yùn)用實(shí)例

[摘 要] 支架式教學(xué)在最近發(fā)展區(qū)理論上發(fā)展而來，是一種基于建構(gòu)主義理論的教學(xué)方法。支架式教學(xué)尊重學(xué)生的主體意識，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的發(fā)展，注重學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)，特別適合職業(yè)教育教學(xué)。在機(jī)械專業(yè)課中應(yīng)用支架式教學(xué)法，以“STR12-280上肢動(dòng)作”一課為例，結(jié)合自身的理解，詳細(xì)分析、介紹了支架式教學(xué)法的教學(xué)特點(diǎn)和教學(xué)流程。

[關(guān) 鍵 詞] 支架式教學(xué)；機(jī)械專業(yè)課；最近發(fā)展區(qū)

[中圖分類號] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）21-0158-01

支架式教學(xué)（Scaffolding Instruction）是在前蘇聯(lián)著名心理學(xué)家維果斯基的理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種教學(xué)方法，對較復(fù)雜的問題通過建立“支架式”概念框架，使學(xué)習(xí)者自己能沿著“支架”逐步攀升，從而完成對復(fù)雜概念意義的建構(gòu)。支架式教學(xué)應(yīng)當(dāng)為學(xué)習(xí)者建構(gòu)一種對知識理解的概念框架，用于促進(jìn)學(xué)習(xí)者對問題的進(jìn)一步理解。因此，事先要把復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)加以分解，以便把學(xué)習(xí)者的理解逐步引向深入。本文以高職機(jī)械專業(yè)競賽項(xiàng)目課程中一個(gè)重要的知識點(diǎn)——“STR12-280上肢動(dòng)作”為例，探討對支架式教學(xué)法的理解。

一、搭腳手架

支架式教學(xué)起點(diǎn)在于“腳手架”的搭建。在教學(xué)活動(dòng)中，“支架”搭建的目的在于幫助學(xué)生穿越“最近發(fā)展區(qū)”。依據(jù)最近發(fā)展區(qū)理論，“支架”應(yīng)該建在接近學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)內(nèi)才合適。

在此課前，學(xué)生已經(jīng)對STR12-280機(jī)器人結(jié)構(gòu)、電路、控制系統(tǒng)有所了解，現(xiàn)在要他們完成對機(jī)器人上肢的控制，實(shí)現(xiàn)其上肢動(dòng)作是有難度的，因?yàn)樗麄冞€不清楚機(jī)器人上肢可以實(shí)現(xiàn)怎樣的運(yùn)動(dòng)，可以利用系統(tǒng)提供的哪些函數(shù)去實(shí)現(xiàn)控制。在本課的教學(xué)過程中，通過搭建一系列試驗(yàn)支架，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供適當(dāng)?shù)男√崾荆寣W(xué)生借助這些小提示的支撐，逐漸發(fā)現(xiàn)和解決學(xué)習(xí)中遇到的問題，取得了良好的教學(xué)效果。

二、進(jìn)入情境

演示：播放STR12-280上肢動(dòng)作的視頻（這里上肢各個(gè)方向電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度盡可能慢一些，以便學(xué)生能看清楚）。教師引導(dǎo)：STR12-280機(jī)器人是什么結(jié)構(gòu)的？上肢運(yùn)動(dòng)可以分解為哪幾個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，可以分別由哪些函數(shù)實(shí)現(xiàn)？

三、獨(dú)立探索

通過教師引導(dǎo)、學(xué)生個(gè)人觀察及小組討論，能較容易地分析出STR12-280機(jī)器人是直角坐標(biāo)結(jié)構(gòu)的，那么它的上肢動(dòng)作可以分解為上下、左右、前后三個(gè)方向的動(dòng)作。

實(shí)驗(yàn)探究：要實(shí)現(xiàn)STR12-280上肢動(dòng)作，學(xué)生第一反應(yīng)就是調(diào)用系統(tǒng)提供的現(xiàn)有函數(shù)，如果提供這樣的函數(shù)，則最為理想。細(xì)心的學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，280程序源代碼里面已經(jīng)給定了抓取和存放的函數(shù)，即hand pick和hand put函數(shù)。這里先讓學(xué)生自己嘗試能不能調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)STR12-280機(jī)器人對物料的取放，在調(diào)用過程中引導(dǎo)學(xué)生分析這兩個(gè)函數(shù)。

嘗試發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)提供的取放物料函數(shù)不可用，于是只能自行編寫函數(shù)。

前面得出結(jié)論：STR12-280機(jī)器人上肢動(dòng)作可以分解為上下、左右、前后三個(gè)方向的動(dòng)作。那么只要能分別實(shí)現(xiàn)這三個(gè)方向的動(dòng)作，將其合成即能控制STR12-280手爪運(yùn)動(dòng)到達(dá)指定的位置。學(xué)生能很輕松地找到控制三個(gè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的函數(shù)，教師適當(dāng)引導(dǎo)，根據(jù)函數(shù)說明，學(xué)生能較為快速地了解函數(shù)各個(gè)參數(shù)的含義，便于后續(xù)調(diào)用。這里可以用幾個(gè)問題來檢驗(yàn)學(xué)生對函數(shù)的理解程度，如“要實(shí)現(xiàn)手爪向左運(yùn)動(dòng)5mm，再向前運(yùn)動(dòng)8mm，應(yīng)該怎么調(diào)用函數(shù)呢？”

四、協(xié)作學(xué)習(xí)

提出任務(wù)：STR12-280機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)站，現(xiàn)需要到工件存放臺上分別抓取最上方的長方形工件和中間位置上方的梅花形工件，并放到機(jī)器人身上。

引導(dǎo)學(xué)生思考：要用一個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)對不同空間位置工件的取放，手爪要運(yùn)動(dòng)的距離只能用一個(gè)通用參數(shù)來代替，調(diào)用取放工件的函數(shù)時(shí)，通過給定手爪到工件的不同距離，即可實(shí)現(xiàn)對不同位置工件的取放。

手爪到工件的距離是一個(gè)相對值，為便于得到這個(gè)距離，我們可以統(tǒng)一規(guī)定這個(gè)距離是手爪在原點(diǎn)位置時(shí)到各個(gè)工件的距離。測量手爪原點(diǎn)位置到各個(gè)不同位置工件的距離值，這一工作看似簡單，實(shí)際操作起來還是一項(xiàng)十分考驗(yàn)學(xué)生耐心和細(xì)心的工作。

取放工件的函數(shù)和手爪到各個(gè)工件的距離值都得到后，接下來就是大量的調(diào)試工作，調(diào)試過程可能會出現(xiàn)各種問題，鼓勵(lì)學(xué)生協(xié)商解決。

五、效果評價(jià)

讓各小組演示本小組完成的任務(wù)。對完成任務(wù)的小組進(jìn)行評價(jià)，評出用時(shí)最短、準(zhǔn)確度最高的一組；任務(wù)失敗的小組，找出失敗原因并給出解決方案。最后師生共同總結(jié)歸納出：測量得到的距離值并不穩(wěn)定，需要反復(fù)驗(yàn)證，這個(gè)數(shù)據(jù)跟下位機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度也有關(guān)系，因機(jī)器人進(jìn)站停靠位置受慣性影響跟下位機(jī)進(jìn)站速度息息相關(guān)，一旦確定好這個(gè)距離值就不要輕易改變下位機(jī)的進(jìn)站速度。手爪電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度也需適中，如果速度過快，一旦停下來也會因?yàn)閼T性而影響位置準(zhǔn)確度，可以在手爪完成動(dòng)作回到原點(diǎn)位置后稍作停留，等穩(wěn)定下來再進(jìn)行下一步動(dòng)作。

傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師是課堂的中心，為了課程進(jìn)度的完成，往往忽略學(xué)生對知識的接受能力。本次課基于支架教學(xué)理論，對以往的教學(xué)進(jìn)行了大膽改進(jìn)，改進(jìn)后的教學(xué)在各個(gè)環(huán)節(jié)上創(chuàng)設(shè)了有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)情境，設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)教學(xué)情境的必要手段，為學(xué)生知識的構(gòu)建搭建了合理的支架，引導(dǎo)學(xué)生借助支架的幫助，積極、主動(dòng)地去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，逐步成長為獨(dú)立的學(xué)習(xí)者。

參考文獻(xiàn)：

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