芬蘭LUMA中心實(shí)踐教學(xué)紀(jì)實(shí)（二）

韓寶江

在芬蘭坦佩雷理工大學(xué)（Tampere University of Technology，簡(jiǎn)稱TUT）的LUMA中心，中國訪問團(tuán)成員親自體驗(yàn)了LUMA中心的實(shí)踐教學(xué)，本期將介紹其中的操作體驗(yàn)主題活動(dòng)課程。

一、遙控機(jī)器人

中心教師為學(xué)員們提供了兩種機(jī)器人操控體驗(yàn)，類似游戲活動(dòng)（見圖1）。其中一種體驗(yàn)活動(dòng)是在地上平鋪一大張較厚的白紙，邊長近2米，四周用薄木板圍成正方形框區(qū)。框內(nèi)放置若干個(gè)圓球形機(jī)器人，分別由不同的iPad來遙控。學(xué)員啟動(dòng)相關(guān)的應(yīng)用程序后，通過手指觸屏控制球體的滾動(dòng)方向和速度，對(duì)于指尖的觸碰力度和技巧等有一定的要求。

更奇妙的是，操作者可以在iPad屏幕上選定不同顏色，球體會(huì)沿著滾動(dòng)軌跡在白紙上噴涂出相應(yīng)顏料的線條。因此，可以通過iPad來遙控指揮球體充當(dāng)畫筆的角色，在白紙上滾動(dòng)的同時(shí)噴出不同的顏料，形成五彩斑斕的圖畫。當(dāng)然，還可以多人分工、協(xié)作，共同完成一幅作品。除了控制球體運(yùn)動(dòng)的操作技巧，學(xué)員還可以充分發(fā)揮聯(lián)想和想象，隨心所欲地在頭腦中建構(gòu)各種圖形、畫面，最終在白紙上呈現(xiàn)出來并配以合適的顏色，這使遙控體驗(yàn)活動(dòng)增加了藝術(shù)創(chuàng)造和審美鑒賞的功能。

第二種體驗(yàn)活動(dòng)是用膠條在地面上設(shè)計(jì)好相對(duì)復(fù)雜的迷宮圖。用iPad來遙控球體，指揮球體從入口處開始，在迷宮中行進(jìn)，要求球體不能壓線，更不能越過“墻體”，最后順利到達(dá)出口。在沒有違規(guī)的前提下，完成全程路線用時(shí)最短者勝。這個(gè)活動(dòng)看似簡(jiǎn)單，但實(shí)際上控制好球體卻并不容易，操控者須在方向和速度兩個(gè)方面做好協(xié)調(diào)。特別是在轉(zhuǎn)彎處，如果方向和速度控制不好，球體往往會(huì)“翻墻”出界，甚至連續(xù)跨越“墻體”，徹底失控。對(duì)于初次體驗(yàn)者而言，能夠順利而規(guī)范地指揮球體走完全程就已經(jīng)很棒了，這是個(gè)需要反復(fù)訓(xùn)練才能有效提升成績(jī)的體驗(yàn)項(xiàng)目。

二、制作感光燈

這是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的動(dòng)手體驗(yàn)任務(wù)。LUMA中心提供了制作感光燈的基本材料，每一套包括三極管、電解電容、光敏電阻、電阻、LED、導(dǎo)線、電路板、木箱片等，多個(gè)工作臺(tái)上還有大量相應(yīng)的輔助加工工具。學(xué)員們要在中心教師的指導(dǎo)下親自動(dòng)手組裝一個(gè)小型的感光燈，中心將把這些感光燈作為禮物送給學(xué)員（見圖2）。

1.光敏元件

學(xué)員們?cè)谥行乃毩?xí)操作的是一種光聲控?zé)綦娐?，要用到光敏電阻，其工作原理是基于?nèi)光電效應(yīng)，利用這一原理制成的照明設(shè)備可具有白天滅、晚上亮的功能。將設(shè)備置于暗處，LED 燈亮;置于亮處，LED燈滅。晚上效果更明顯，關(guān)掉日光燈，燈亮;打開日光燈，燈滅。該電器設(shè)備可以作為停電備用燈，或用于尚未供電的地方照明，當(dāng)然也可以應(yīng)用到更多其他場(chǎng)合。

2.工作原理

學(xué)員們?cè)谥行牡靡越嚯x地觀察和了解光敏電阻或光導(dǎo)管。這是一種特殊的電阻，阻值會(huì)隨著光照強(qiáng)度的變化而變化。光敏電阻器通常會(huì)設(shè)計(jì)成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多光能。為了提高靈敏度，光敏電阻的電極常采用梳狀。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在具有透光鏡的密封管殼里就構(gòu)成了光敏電阻，可以避免因受潮而影響靈敏度。光敏電阻屬半導(dǎo)體光敏元件，除具靈敏度高、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)外，在高溫、多濕的惡劣環(huán)境下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，因此可廣泛應(yīng)用于照相機(jī)、驗(yàn)鈔機(jī)、石英鐘、夜燈、光聲控開關(guān)、路燈自動(dòng)開關(guān)以及各種光控玩具等光自動(dòng)開關(guān)控制領(lǐng)域。

3.組裝元件

中心教師帶領(lǐng)學(xué)員們先把電子元件材料仔細(xì)分類，逐一介紹各電子元件的名稱和功能。顏色不一樣的電阻，其功能也不一樣。由于采用的是已經(jīng)備好的材料，免去了用電表測(cè)試電阻值的步驟，大家可以放心地直接組裝。

教師一邊示范，一邊細(xì)致地講解。多數(shù)學(xué)員在日常生活中很少接觸這些電子元件。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)員們嘗試著在電路板上找到標(biāo)識(shí)的位置，將各個(gè)元件穿過電路板上相應(yīng)的小孔并固定。把電子元件安裝在電路板上時(shí)，有時(shí)需要把較長的鐵線部分進(jìn)行適度加工，使其帶有一定的彎曲弧度，可以避免傷到手指;有的元件要把握好相應(yīng)的規(guī)格和尺度，如LED燈的鐵線上有個(gè)凸出的節(jié)點(diǎn)，安裝時(shí)達(dá)到凸出點(diǎn)就好，鐵線長的一端要連接正極，短的一端連接負(fù)極;電容元件務(wù)必要按照顏色對(duì)應(yīng)組裝，如白色對(duì)白色、黑色對(duì)黑色，不能連錯(cuò)。

所有電子元件都準(zhǔn)確安裝到電路板上后，將電烙鐵通電加熱，融化焊絲，將電子元件焊接在特定位置，形成穩(wěn)定而有效的電路。最后，還要把多余的鐵絲用鉗子剪掉，使電路板盡量平整，這樣做不只是為了使外形看上去美觀，更是為了在使用時(shí)更加安全方便。學(xué)員們?cè)诤附拥倪^程中學(xué)會(huì)了安全并正確地使用電烙鐵。電烙鐵的鐵頭溫度可超過300攝氏度，要正確使用才可避免燙傷自己或他人;用完電烙鐵后要及時(shí)拔下插頭斷電，完全冷卻后收納。

最后一步是給整個(gè)電路板設(shè)備外裝一個(gè)小木盒。學(xué)員們需要用熱溶膠把6片邊緣帶有交錯(cuò)齒的木片進(jìn)行粘合，形成牢固的木盒。打開開關(guān)，透明玻璃片上LUMA中心的LOGO就會(huì)發(fā)出晶瑩而閃爍的藍(lán)光（見圖3）。

4.活動(dòng)感受

這個(gè)活動(dòng)任務(wù)跟國內(nèi)中小學(xué)的通用技術(shù)課程有諸多相似之處，學(xué)員用半成品材料按照說明書（或教師指導(dǎo)）進(jìn)行組裝，最終完成一個(gè)作品。相比較而言，這個(gè)任務(wù)更復(fù)雜，更有深度。

一是動(dòng)手操作獲得第一手經(jīng)驗(yàn)。多數(shù)學(xué)員此前完全沒有接觸過類似的組裝活動(dòng)，在加工過程中遇到了很多困難，產(chǎn)生了多種情緒的變化。一個(gè)看似簡(jiǎn)單的任務(wù)，實(shí)際操作起來并沒有預(yù)想的那么容易，“事非經(jīng)歷不知難”“絕知此事要躬行”，盡管很多人都有高學(xué)歷的教育背景，甚至頗有教育科研成果。

二是合作協(xié)同達(dá)成目標(biāo)。既包括師生之間的合作溝通，也包括學(xué)員之間的互幫互助。先行一步的學(xué)員指導(dǎo)協(xié)助后進(jìn)的學(xué)員解決困難，有成功經(jīng)驗(yàn)的分享，有不同觀點(diǎn)的交流，有反復(fù)試錯(cuò)、走彎路后的“柳暗花明”，有協(xié)作帶來的高效。

三是嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的科學(xué)操作。從整體上看，自然科學(xué)比人文社會(huì)科學(xué)更準(zhǔn)確、細(xì)致、規(guī)范，一個(gè)電子元件的細(xì)節(jié)安裝失誤或者偏差可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備無法有效運(yùn)行，行為與結(jié)果之間存在著直接的因果關(guān)系，實(shí)際效果可以直觀地呈現(xiàn)出來，事實(shí)會(huì)做出明確的裁判。

四是體驗(yàn)成功并深度探究。歷經(jīng)反復(fù)的嘗試與加工后，燈具終于正常發(fā)揮功能，這個(gè)過程能使人感到愉悅并產(chǎn)生成就感。在此基礎(chǔ)上，學(xué)員們進(jìn)一步提出了新的設(shè)想：是否可以添加發(fā)聲裝置，使燈亮起來的同時(shí)能播放設(shè)定的樂曲？或者存儲(chǔ)多首樂曲備選？是否可以增加裝置，使燈具能夠感應(yīng)環(huán)境光線的強(qiáng)弱而自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度以實(shí)現(xiàn)增效節(jié)能？是否可以增加裝置，實(shí)現(xiàn)燈啟動(dòng)時(shí)的亮度從與環(huán)境一致逐漸達(dá)到最亮，關(guān)閉時(shí)的亮度逐漸降到與環(huán)境一致，通過這種延時(shí)漸變的方式減少明暗驟變給人眼帶來的不適？

三、加工LOGO布袋

中心教師提供了帶有LUMA中心LOGO的膠貼，學(xué)員使用尖嘴夾子小心地把多余的邊角材料清除，形成一個(gè)LOGO膠貼圖案;然后把一個(gè)粗布手提袋平鋪在工作臺(tái)上，將LOGO膠貼平整地粘貼在袋子的一面;接著轉(zhuǎn)移到一臺(tái)通電加熱儀的圓形金屬平臺(tái)上，按下操縱把手，上下兩個(gè)金屬盤將合住壓緊布袋，觀察倒計(jì)時(shí)讀秒屏幕，兩分鐘后抬起把手，LOGO膠貼圖案就會(huì)固定在布袋上（見圖4）。白色膠貼配黑色布袋，黑色膠貼配白色布袋。當(dāng)然還可以繼續(xù)豐富LOGO膠貼的顏色。

這個(gè)印制有LUMA中心LOGO標(biāo)志的粗布手提袋同樣是贈(zèng)送給學(xué)員的，可以容納前一環(huán)節(jié)學(xué)員自己動(dòng)手組裝完成的感光燈，還可以替代塑料袋作為日常生活中的得力用具，這一方面為LUMA中心設(shè)計(jì)了無數(shù)流動(dòng)的廣告，另一方面也宣傳了芬蘭人民一貫愛護(hù)自然的環(huán)保理念。

（責(zé)任編輯? ?郭向和）