高中通用技术学科校本教材的开发与实践——以《乐高简易机器人制作》为例

马喜全

（朝阳市第四高级中学）

在国家提倡发展人工智能技术的有利形势下，通用技术学科也迎来了新的发展机遇。然而，在教育实践中，通用技术教材中的理论内容与我校现有硬件资源不能有效整合，因此有必要开发适合本校实际情况的通用技术课程。

乐高教育力求学生在解决技术问题时，经过设计技术活动方案过程，通过乐高优质的资源最终解决实际问题。乐高教育为教师和学生提供了内容丰富、具有挑战性、趣味性和可操作性的学习工具和教学解决方案，与通用技术学科的五大核心理念相融、相支撑。如何把乐高教育引入通用技术课堂并有效实施是迫切需要解决的问题。为此，我校在教育实践中开发了《乐高简易机器人制作》校本教材。

一、通用技术学科的教学现状与校本教材的开发

（一）通用技术学科教学现状

普通高中通用技术课程与义务教育阶段的“劳动与技术”教育模块互相衔接。高中通用技术课程立足在理论指导下让学生有充足的空间进行“做中学”和“学中做”，强调让每个学生参与技术设计的“调查分析、生活观察、方案设计、简单机器人制作”等活动，以便使学生在学习中获得知识，从而真正实现通用技术学科的课程目标。

高中通用技术课程的教与学应立身于现实的生活环境，并以实际应用需求获得相关技术理论，用于培养学生把课程知识转化为生活技能的能力及指导学生解决生活和学习中遇到的实际问题。在现行教育体制下，高中通用技术课程教学理论多于实践，课程的技术内涵不足，国内部分高中甚至存在缩减通用技术课时的情况。

作为一门新课程，高中通用技术教学必然存在很多不足，因此教育工作者应寻求多方途径，解决通用技术教学中存在的问题，简易机器人制作教学即可作为其中的一种。基于此，我校根据学校实际，结合学生的需求，设计开发了高中通用技术《乐高简易机器人制作》校本教材。

（二）校本教材的开发

2017年出版的《普通高中通用技术课程标准》与2003 年版课程方案的变化之一是优化了课程结构，将课程类别调整为必修课程、选择性必修课程和选修课程三个版块。在基础内容保持不变的前提条件下，为多元化发展的学生提供了有价值的课程体系。“机器人设计与制作”模块在选择性必修的技术与工程系列里。由于新教材还未出版，而我校现行使用的江苏版通用技术选修3《简易机器人制作》教材与现有的乐高机器人器材不能有效对接，为此我校开发了《乐高简易机器人制作》校本教材。

《乐高简易机器人制作》校本教材依据2017年版《普通高中通用技术课程标准》，结合江苏版通用技术必修教材《技术与设计1》《技术与设计2》编写而成。教材主要分为三部分：第一部分为“LEGO MINDSTORMS EV3 Education Edition 编程”，第二部分为“LEGO Digital Designer 建模”，第三部分为“汽车变速箱的搭建图纸”，共20课时。

乐高简易机器人制作校本课程结合信息技术资源，凸显学生的学习主体地位。在该校本课程中，学生可以通过上机学习LEGO MINDSTORMS EV3 Education Edition 编程软件知识，经历LEGO Digital Designer建模过程，进而选择优秀的学习小组亲身实践搭建过程。

二、乐高4C法则在通用技术学科的应用

（一）乐高4C法则

4C 法则是乐高教育的核心理念。乐高教育以皮亚杰“构建主义”理论为依据，借鉴国际流行的布鲁纳“发现学习”教学模式，将案例教学进行结构化提炼，形成了其独特的4C 教学模式（也称4C 法则），即“联系—构建—反思—延续”。

1.联系

乐高教学中的联系阶段与传统教学中的导入有所不同：在传统教学中，教学的“导入”部分教师一般会用简洁的语言介绍乐高活动的要点和步骤，以求简洁明了地直接进入主题，没有过多渲染、修饰和过渡。这种教学方式只能保证学生在有限的时间里完成基本的学习任务。而乐高教学法中的“联系”，是将学生已有的知识、兴趣与课标、知识点进行联系，向学生提出问题，让学生面对开放式的挑战或任务。学生把自己置身于问题中，角色从学习者转变成了问题解决方案的寻找者。在联系阶段，教师应鼓励学生提出问题，引导学生在开始动手之前提出各种探索的设想。

2.构建

构建阶段，也是“做中学”的阶段。学生自己动手设计、构建现实世界的模型，通过头脑风暴，在大脑中组合、创建新的知识结构。学生通过规划、编写实施方案，完成任务，最终使问题得以解决。

在构建阶段，乐高教育的原则是保持组际之间的均衡性，这样有利于组际间的交流与竞争，有利于对各组学习情况的评价。根据学生的差异将学生搭配到不同的组里，这种做法会使学生之间互相帮助、互相促进、共同发展，同时教学活动进度也会保持一致。如将能言善辩的学生与沉默寡言的学生搭配在一起，将善于分析思考的学生与喜欢动手操作的学生搭配在一起。

3.反思

在反思阶段中，教师可以用开放性思维和灵活的方法引导学生对其解决问题的方案进行讨论和反思，加深学生对乐高课程的理解。乐高教学的一个关键阶段就是反思，反思在构建阶段与延续阶段之间起着承上启下的作用。教师在反思阶段，可以了解学生对学习内容的掌握程度，观察学生之间的差异，确认下一阶段的学习任务。学生在反思阶段不仅可以巩固自己在建构阶段所掌握的知识，而且能够锻炼自身的批判性思维、发散性思维和创新能力。

4.延续

在延续阶段中，教师可以在学生产生强烈成就感和渴望解决更多问题的基础上，进一步为他们提供其可接受的挑战，引导学生学习更多的知识和技能，使他们在一个螺旋式上升的良性循环过程中不断地超越自我。乐高教学以一个新任务的提出与解决为结点，这个新任务必须建立在课堂新授知识的基础上，这便是乐高教学的延续。延续给学生呈现的是建立在“构建—反思”阶段所学到的知识和技能之上的一个挑战性的活动，是对学生已经获得知识的创造性延展。延续是让学生在以后的活动中流畅自如地尝试、应用所获得的知识和技能，以此最大限度地养成批判性思维和创新能力。

总的来说，乐高教育不只关注学生知识的建构与学习，更重要的是将学生看作一个能够全面学习的完整个体，注重学生智能的发展、知识体系的完整，并将人的行为、认知、情绪合并加以训练。

（二）教学案例

本文以“3.3 变速箱建模案例”教学活动设计为例，说明如何在通用技术学科应用乐高4C 法则。（见表1）

表1 “3.3变速箱建模案例”教学活动设计

三、开发通用技术校本教材对教学的影响

（一）培养学生核心技术素养，使学生得到全面发展

高中通用技术课属于通识教育，是高中的必修课程之一，目的是为了提高学生的技术素养。课程标准指出，技术意识、创新设计、工程思维、图样表达、物化能力五个方面是通用技术学科的核心素养。课程标准关注“学生技能的形成、思想方法的掌握和文化的领悟”三者之间的有机统一，注重学生技术能力向各个领域的延伸，倡导把单一的教学形式变为为多样化的技能训练。

《乐高简易机器人制作》将机器人的模型设计、搭建、编程、调试等贯穿于项目的始终。学生在学习乐高的过程中，学到了机械、计算机、电子等方面的技术知识，掌握了多方面的技能，养成了良好的学习习惯，并能够应用到生活实践之中。

在制作机器人的过程中，当遇到困难时，学生能够不放弃，勇于动手、实践，最终用抽象的理论解决了实际问题，体验了成功的喜悦。学生在教学中学会了与人沟通与合作，在活动中养成了尊重他人的意识，在不断失败中培养了毅力，建立了自信心。同时，学生还能够将自己的时间做到合理分配、规划，按照步骤有计划地实施。

高中阶段是学生创造力养成的重要阶段，学生的逻辑思维和想象能力、批判精神、反思能力较初中阶段而言有了新的提升。因此，国家课程标准要求鼓励学生想象、怀疑和批判精神的培育，要通过营造民主、活跃、进取的学习氛围培育学生的创新精神，让学生经历技术设计和技术试验等活动过程，以培养学生的自主探究能力。机器人的制作与开发，能够使学生手脑并用，学生通过双手展现头脑中对机器人丰富的想象，进而发展想象力和创造力。

（二）进行多样化学习，培养学生的实践活动能力

学习技术的过程是主动建构知识理论体系、不断拓展自己能力的过程。在这种技术的学习过程中，教师是学习活动的引导者、帮助者，而学生则是学习活动的主动建构者，因此技术课程教学要求师生进行更多的互动。故教师应当以学生原有认知为依据，精心规划并设计多元化学习活动，以学生身心发展规律为依据，同时兼顾技术学科的学习特点，引导学生进以自主学习、合作学习、互联网学习等多种形式开展学习活动。

《乐高简易机器人制作》多样化的学习方式，能够提高学生的自主探究能力，培养学生的独立思考能力。通过形式多样的任务挑战，学生能够依据自己所掌握的知识、技能分析问题，从而提出成功可行的方案解决问题。经过多次的磨练，一次次的积累，学生能够在潜移默化中养成独立思考的学习习惯。

通过多样化的学习形式培养学生的实践活动能力，教师就要有意识地培养学生的规划意识。在机器人教学过程中，教师要引导学生学会用正确的规划、精心的设计成功完成活动所提出的各项任务。如乐高FLL 项目竞赛，要求参赛者设计的机器人要在2.5 分钟内完成10 个任务。设计10 个任务对于学生的规划能力要求是很高的，学生需要思考并解决机器人怎样才能成功地完成每个任务、先完成哪些任务、怎样布置任务路线图、如果出现意外怎样处理、是否有更完善的预备方案等问题。这时就要求学生通过小组分工合作，有计划、有步骤地配合完成各项任务。在此过程中，培养了学生的实践活动能力和团结合作精神。

（三）充分发挥乐高资源优势，弥补通用技术教学短板

众所周知，通用技术作为一门新的学科，从发展历史上来看是短暂的，无法与其他传统学科相比拟。而乐高教育有将近百年的发展历史，自1998 年开发出具有可编程的RCX 积木到现在流行的EV3 的乐高机器人，至今也已有20 多年的发展史。乐高教育理念先进，提倡体验式教学，着重培养学生设计、实践能力，深得社会的认可。

乐高机器人除包含丰富的软件资源，如LEGO Digital Designer 建模软件和EV3编程软件，还包含丰富的硬件资源。其产品种类齐全、零部件丰富，能充分满足通用技术学科在建模中的使用需要。因此，将乐高应用于通用技术教学中，可以把枯燥的知识变得生动、有趣，学生更容易理解。

例如在结构设计中，学生可以搭建各种类型桥的结构，比如拱形桥、悬索桥、斜拉桥；学生可以搭建各种各样的机器人，比如足型、轮式、履带式机器人；学生还可以完成小凳子、桌子、台灯等数字、物理模型的建构。乐高应用在通用技术教学中，能够使学生更好地掌握通用技术学科知识。

学校通用技术学科试验室普遍存在使用率不高的情况，而乐高机器人的加入，可以解决这一问题。通用技术教室的试验器材基本上是传统的五金工具，有的是大型工具，实际操作困难且课堂不易管理，学生这些工具兴趣不大。通用技术属于工科教育，是技术在生活中的延伸，对于高中生来说，理解起来较为困难。而乐高课堂，内容丰富多彩，学生较为感兴趣，如学生在数字建模试验室实现数字建模后，在通用技术教室很容易实现物理模型的搭建。因此，学生能够全身心投入，发挥主观能动作用，更好地完成通用技术学习目标，这正是乐高机器人在通用技术课上价值的体现。