高中通用技術(shù)學(xué)科校本教材的開發(fā)與實(shí)踐
——以《樂高簡易機(jī)器人制作》為例

馬喜全

（朝陽市第四高級中學(xué)）

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(xué)科也迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。然而，在教育實(shí)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(shí)際情況的通用技術(shù)課程。

樂高教育力求學(xué)生在解決技術(shù)問題時，經(jīng)過設(shè)計(jì)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(shí)際問題。樂高教育為教師和學(xué)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(xué)習(xí)工具和教學(xué)解決方案，與通用技術(shù)學(xué)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(shí)施是迫切需要解決的問題。為此，我校在教育實(shí)踐中開發(fā)了《樂高簡易機(jī)器人制作》校本教材。

一、通用技術(shù)學(xué)科的教學(xué)現(xiàn)狀與校本教材的開發(fā)

（一）通用技術(shù)學(xué)科教學(xué)現(xiàn)狀

普通高中通用技術(shù)課程與義務(wù)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(dǎo)下讓學(xué)生有充足的空間進(jìn)行“做中學(xué)”和“學(xué)中做”，強(qiáng)調(diào)讓每個學(xué)生參與技術(shù)設(shè)計(jì)的“調(diào)查分析、生活觀察、方案設(shè)計(jì)、簡單機(jī)器人制作”等活動，以便使學(xué)生在學(xué)習(xí)中獲得知識，從而真正實(shí)現(xiàn)通用技術(shù)學(xué)科的課程目標(biāo)。

高中通用技術(shù)課程的教與學(xué)應(yīng)立身于現(xiàn)實(shí)的生活環(huán)境，并以實(shí)際應(yīng)用需求獲得相關(guān)技術(shù)理論，用于培養(yǎng)學(xué)生把課程知識轉(zhuǎn)化為生活技能的能力及指導(dǎo)學(xué)生解決生活和學(xué)習(xí)中遇到的實(shí)際問題。在現(xiàn)行教育體制下，高中通用技術(shù)課程教學(xué)理論多于實(shí)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(xué)必然存在很多不足，因此教育工作者應(yīng)尋求多方途徑，解決通用技術(shù)教學(xué)中存在的問題，簡易機(jī)器人制作教學(xué)即可作為其中的一種。基于此，我校根據(jù)學(xué)校實(shí)際，結(jié)合學(xué)生的需求，設(shè)計(jì)開發(fā)了高中通用技術(shù)《樂高簡易機(jī)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(biāo)準(zhǔn)》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(xué)生提供了有價值的課程體系?！皺C(jī)器人設(shè)計(jì)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?，F(xiàn)行使用的江蘇版通用技術(shù)選修3《簡易機(jī)器人制作》教材與現(xiàn)有的樂高機(jī)器人器材不能有效對接，為此我校開發(fā)了《樂高簡易機(jī)器人制作》校本教材。

《樂高簡易機(jī)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(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)合江蘇版通用技術(shù)必修教材《技術(shù)與設(shè)計(jì)1》《技術(shù)與設(shè)計(jì)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 建模”，第三部分為“汽車變速箱的搭建圖紙”，共20課時。

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

二、樂高4C法則在通用技術(shù)學(xué)科的應(yīng)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(xué)習(xí)”教學(xué)模式，將案例教學(xué)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化提煉，形成了其獨(dú)特的4C 教學(xué)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(xué)中的聯(lián)系階段與傳統(tǒng)教學(xué)中的導(dǎo)入有所不同：在傳統(tǒng)教學(xué)中，教學(xué)的“導(dǎo)入”部分教師一般會用簡潔的語言介紹樂高活動的要點(diǎn)和步驟，以求簡潔明了地直接進(jìn)入主題，沒有過多渲染、修飾和過渡。這種教學(xué)方式只能保證學(xué)生在有限的時間里完成基本的學(xué)習(xí)任務(wù)。而樂高教學(xué)法中的“聯(lián)系”，是將學(xué)生已有的知識、興趣與課標(biāo)、知識點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)系，向?qū)W生提出問題，讓學(xué)生面對開放式的挑戰(zhàn)或任務(wù)。學(xué)生把自己置身于問題中，角色從學(xué)習(xí)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(yīng)鼓勵學(xué)生提出問題，引導(dǎo)學(xué)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(xué)”的階段。學(xué)生自己動手設(shè)計(jì)、構(gòu)建現(xiàn)實(shí)世界的模型，通過頭腦風(fēng)暴，在大腦中組合、創(chuàng)建新的知識結(jié)構(gòu)。學(xué)生通過規(guī)劃、編寫實(shí)施方案，完成任務(wù)，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(xué)習(xí)情況的評價。根據(jù)學(xué)生的差異將學(xué)生搭配到不同的組里，這種做法會使學(xué)生之間互相幫助、互相促進(jìn)、共同發(fā)展，同時教學(xué)活動進(jìn)度也會保持一致。如將能言善辯的學(xué)生與沉默寡言的學(xué)生搭配在一起，將善于分析思考的學(xué)生與喜歡動手操作的學(xué)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(dǎo)學(xué)生對其解決問題的方案進(jìn)行討論和反思，加深學(xué)生對樂高課程的理解。樂高教學(xué)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(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握程度，觀察學(xué)生之間的差異，確認(rèn)下一階段的學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)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(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈成就感和渴望解決更多問題的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步為他們提供其可接受的挑戰(zhàn)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)以一個新任務(wù)的提出與解決為結(jié)點(diǎn)，這個新任務(wù)必須建立在課堂新授知識的基礎(chǔ)上，這便是樂高教學(xué)的延續(xù)。延續(xù)給學(xué)生呈現(xiàn)的是建立在“構(gòu)建—反思”階段所學(xué)到的知識和技能之上的一個挑戰(zhàn)性的活動，是對學(xué)生已經(jīng)獲得知識的創(chuàng)造性延展。延續(xù)是讓學(xué)生在以后的活動中流暢自如地嘗試、應(yīng)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(xué)生知識的建構(gòu)與學(xué)習(xí)，更重要的是將學(xué)生看作一個能夠全面學(xué)習(xí)的完整個體，注重學(xué)生智能的發(fā)展、知識體系的完整，并將人的行為、認(rèn)知、情緒合并加以訓(xùn)練。

（二）教學(xué)案例

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

表1 “3.3變速箱建模案例”教學(xué)活動設(shè)計(jì)

三、開發(fā)通用技術(shù)校本教材對教學(xué)的影響

（一）培養(yǎng)學(xué)生核心技術(shù)素養(yǎng)，使學(xué)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(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。課程標(biāo)準(zhǔn)指出，技術(shù)意識、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、工程思維、圖樣表達(dá)、物化能力五個方面是通用技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)。課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注“學(xué)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(jī)統(tǒng)一，注重學(xué)生技術(shù)能力向各個領(lǐng)域的延伸，倡導(dǎo)把單一的教學(xué)形式變?yōu)闉槎鄻踊募寄苡?xùn)練。

《樂高簡易機(jī)器人制作》將機(jī)器人的模型設(shè)計(jì)、搭建、編程、調(diào)試等貫穿于項(xiàng)目的始終。學(xué)生在學(xué)習(xí)樂高的過程中，學(xué)到了機(jī)械、計(jì)算機(jī)、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(xué)習(xí)習(xí)慣，并能夠應(yīng)用到生活實(shí)踐之中。

在制作機(jī)器人的過程中，當(dāng)遇到困難時，學(xué)生能夠不放棄，勇于動手、實(shí)踐，最終用抽象的理論解決了實(shí)際問題，體驗(yàn)了成功的喜悅。學(xué)生在教學(xué)中學(xué)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(xué)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(jì)劃地實(shí)施。

高中階段是學(xué)生創(chuàng)造力養(yǎng)成的重要階段，學(xué)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(biāo)準(zhǔn)要求鼓勵學(xué)生想象、懷疑和批判精神的培育，要通過營造民主、活躍、進(jìn)取的學(xué)習(xí)氛圍培育學(xué)生的創(chuàng)新精神，讓學(xué)生經(jīng)歷技術(shù)設(shè)計(jì)和技術(shù)試驗(yàn)等活動過程，以培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力。機(jī)器人的制作與開發(fā)，能夠使學(xué)生手腦并用，學(xué)生通過雙手展現(xiàn)頭腦中對機(jī)器人豐富的想象，進(jìn)而發(fā)展想象力和創(chuàng)造力。

（二）進(jìn)行多樣化學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐活動能力

學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)過程中，教師是學(xué)習(xí)活動的引導(dǎo)者、幫助者，而學(xué)生則是學(xué)習(xí)活動的主動建構(gòu)者，因此技術(shù)課程教學(xué)要求師生進(jìn)行更多的互動。故教師應(yīng)當(dāng)以學(xué)生原有認(rèn)知為依據(jù)，精心規(guī)劃并設(shè)計(jì)多元化學(xué)習(xí)活動，以學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律為依據(jù)，同時兼顧技術(shù)學(xué)科的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)以自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)等多種形式開展學(xué)習(xí)活動。

《樂高簡易機(jī)器人制作》多樣化的學(xué)習(xí)方式，能夠提高學(xué)生的自主探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力。通過形式多樣的任務(wù)挑戰(zhàn)，學(xué)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(xué)生能夠在潛移默化中養(yǎng)成獨(dú)立思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

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

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

眾所周知，通用技術(shù)作為一門新的學(xué)科，從發(fā)展歷史上來看是短暫的，無法與其他傳統(tǒng)學(xué)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(jī)器人，至今也已有20 多年的發(fā)展史。樂高教育理念先進(jìn)，提倡體驗(yàn)式教學(xué)，著重培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)、實(shí)踐能力，深得社會的認(rèn)可。

樂高機(jī)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(xué)科在建模中的使用需要。因此，將樂高應(yīng)用于通用技術(shù)教學(xué)中，可以把枯燥的知識變得生動、有趣，學(xué)生更容易理解。

例如在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，學(xué)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(xué)生可以搭建各種各樣的機(jī)器人，比如足型、輪式、履帶式機(jī)器人；學(xué)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(yīng)用在通用技術(shù)教學(xué)中，能夠使學(xué)生更好地掌握通用技術(shù)學(xué)科知識。

學(xué)校通用技術(shù)學(xué)科試驗(yàn)室普遍存在使用率不高的情況，而樂高機(jī)器人的加入，可以解決這一問題。通用技術(shù)教室的試驗(yàn)器材基本上是傳統(tǒng)的五金工具，有的是大型工具，實(shí)際操作困難且課堂不易管理，學(xué)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(xué)生較為感興趣，如學(xué)生在數(shù)字建模試驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)數(shù)字建模后，在通用技術(shù)教室很容易實(shí)現(xiàn)物理模型的搭建。因此，學(xué)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(xué)習(xí)目標(biāo)，這正是樂高機(jī)器人在通用技術(shù)課上價值的體現(xiàn)。