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初探科技项目设计与制作的指导策略

来源:未知 发布者:admin 时间:2014-10-21 15:07 浏览:
邢黎江  长兴县太湖高级中学
[内容摘要]:“科技项目设计与制作”是指围绕现实中的一个科学技术问题,进行研究、设计、动手制作等具体的操作过程。通过设计制作出一个模型或原型,从而解决实际的技术问题。项目实施过程,以培养提问方法为入手,以科学创新、实用可行为标准,以小组合作为形式,以动手操作的技能训练为抓手,以提升运用综合知识与创新能力为目的,以评价的方式为激励机制,以“走出去,请进来”的方式,指导学生进行科技项目设计与制作。
[关键词]:技术  策略   自主  合作
 
引言
随着知识的增加,阅历的丰富,高中生具有较强的抽象思维能力,思想活跃;他们不满足于单纯书本知识的接受性学习,具有强烈的探究欲望,渴望参与社会生活与生产实践活动,以获得书本以外的知识与能力。而“科技项目设计与制作”这种综合实践活动形式,在一定程度上能满足学生的这种需求。
一、科技项目设计与制作的概念特点及作用
(一)科技项目设计与制作的定义
项目设计是以解决一个比较复杂的操作问题为主要目的活动,包括社会性活动设计、科技项目设计等。这里所说的“科技项目设计与制作”是指围绕现实中的一个技术问题,进行研究、设计、动手制作等具体的操作过程。通过设计制作出一个设备的模型或原型,从而解决实际的技术问题(或提供一个技术思路)。主要分八个阶段,即发现问题、确定课题、收集资料、研发设计、制作模型与原型、测试评价及优化、编写项目说明书以及项目推广。
(二)特点
1.明确性:围绕实际技术问题的解决展开研究性学习,目标明确,并富有一定的挑战性。
2.实践性:科技项目的主题与现实生活密切联系,学生的学习更加具有针对性和实用性。
3.综合性:具有学科交叉性和综合运用知识解决实际问题能力培养的特点。
4.自主性:提供学生根据自己的兴趣选择内容和展示形式的决策机会,学生能够自主、自由地进行学习。
5.开放性:体现在学生围绕主题所探索的方式、方法和展示、评价具有多元性和选择性。
(三)作用
1.项目的选题,能够培养学生从身边的生活中主动地发现问题的能力。
2.项目的研究与设计,满足学生强烈的探究欲望。
3.项目的具体制作,能够提高学生的动手操作能力和解决实际问题的能力。
4.小组合作活动,能提升学生合作、分享、积极进取等良好的个性品质。
5.科技项目与社会实践的结合,满足学生参与社会生活与生产实践活动的愿望,拓展学生的活动空间与活动内容。
6.科技项目成果的推广,能锻炼学生的表达能力和社会沟通能力。
二、实施科技项目设计与制作的指导策略
(一)以培养提问方法为入手,指导学生身边发现技术问题。
爱因斯坦曾说过“发现问题要比解决问题重要”。在生活中,有许多我们所不知而需要解答的问题。这些问题形形色色、多种多样,既有社会问题,亦有科学问题、技术问题等。项目设计与制作活动无论开始的确定“项目”,还是制作的过程都需要不断地去发现技术问题、提出技术问题。在实际教学中,笔者发现许多学生提出的问题单一、浅显,缺乏新颖和价值。作为一名高中生,如何发现有价值的、并能解决的问题,仍需要教师引导和培养。
笔者在指导学生时,主要是通过身边实例,运用类比法、 质疑法、 观察法、逆向法、顺藤摸瓜法等方法去发现问题,指导学生从观察日常生活、收集和分析信息和技术研究与技术试验三个途径入手。学生比较擅长的是观察日常生活,而选择“科技项目设计与制作”的课题就是需要学生在日常生活、学习中,从技术角度去观察、发现问题而确定。要多举实例让学生能区分各种方法的特点,指导关键是培养学生思考问题的思维方式。
比如,笔者在一次指导学生综合实践活动时,目的是“改造、优化教室饮水机”。针对教室里的饮水机,笔者引导学生从功能、形状、材料、结构、原理、使用的方便和使用的成本等等方面,运用类比法、 质疑法、 观察法等提问方法,要求每人至少提出一个问题,多者不受限制。大家纷纷思考,下面是学生提出的部分问题:
电话有语音提示,饮水机可以安装语音提示吗?(类比法)
教室里的饮水机能否使有人时自动开启,无人时自动切断电源。(观察法)
饮水机一定要用电加热吗?是否可以用其他方式加热?(质疑法)
饮水机一定要用桶装水吗?(质疑法)
是否可以在饮水机中安装自动过滤、消毒装置,使自来水直接饮用?(质疑法)
怎么使饮水机自动除垢?(观察法)
饮水机中烧开的水很容易冷却,重复加热,形成“千滚水”→里面用什么进行保温?和控制→保温材料和方式可以优化吗?→控制温度的电路可以改进吗?(顺藤摸瓜法)
饮水机的出水口是否可以改成感应式自动放水?(观察法)等等
在整个活动过程中,笔者体会以实例为载体指导发现问题的方法,有利于学生理解和掌握。学生一旦掌握了发现问题的方法和途径,他们会发现周围存在许多的问题,又激发学生从生活中主动发现问题的兴趣,更激发起学生探究技术问题的热情,为选择“科技项目设计与制作”研究课题提供了内容和范围。
(二)以科学创新、实用可行为标准,指导学生将问题转化为项目研究课题。
问题的提出为选择研究课题奠定了基础。然而,并不是所有的问题对所有的人都能成为一个研究的课题。笔者指导学生从众多的问题中确立一个适宜研究的问题,是从最基本的三个方面进行思考和提炼:
首先这个问题的研究对社会对自己是否有普遍意义,即科学性和实用性。
 其次,指导学生要认真地分析一个问题的解决是否含有要深入探索的内容,即创新性。
最后,指导学生从财力、物力、人员、时间等方面考虑的课题研究的可行性 。
例如,针对“改造、优化教室饮水机”提出的各种问题,笔者引导学生充分思考、讨论,其中一组学生经过讨论认为,(1)“饮水机有人时自动开启,无人时自动切断电源。”有节能现实意义;(2)该问题网上搜寻时,也没发现有人设计制作过,具有一定的探索必要性,(3)有精通电子技术的老师做指导,有几名具有电子制作基础的同学做技术操作,每周至少有一节课供学生自我安排,具有一定的可行性。(5)高中通用技术课程中学过开环和闭环控制系统,明确控制系统的原理和模块(4)输入信号是人体发出红外线的特点。最后确定把“人体热辐射节能控制系统的设计和制作”作为项目研究课题。
针对同一个技术设计问题,不同的学生会确定不同的研究课题,要允许这种差异,并鼓励学生大胆选择有创新的研究课题,挑战自己的能力。让每一个学生在自己的项目课题的研究过程中体会到研究学习的乐趣,都能获得精神的满足和求知的愉悦。久而久之,这对学生潜能的开发,必将大有裨益。
(三)以动手操作的技能训练为抓手,指导学生进行科技项目制作和运用。
“项目设计与制作”是一个在学习活动中综合应用所学的各种知识和技能,进行问题解决的实际操作的过程,它以提高学生的实际操作能力为根本目标。基本过程分两个阶段,即设计阶段和制作与应用阶段其中制作与应用阶段是把设计、构思应用于解决学生生活中面临的实际问题,强调针对性和操作性,以获得解决实际问题的技能。因此,需要抽出一定的时间,对学生进行理论培训与指导;规范学生动手操作流程。针对所需工具的使用方法,需要反复进行操作训练,不能匆忙制作,否则事倍功半。
比如,笔者指导学生的项目制作——智能晾衣架,其中需要设计与制作的放大电路,并在印刷电路板上组装二极管、三极管、电阻和集成块等等电子元件。但学生缺乏了解常用电子元件以及放大电路原理的知识,更缺少焊接技术和经验,只是比较感兴趣,笔者抓住这一点,利用每周的活动课进行了4次培训,先介绍讲解简单放大电路以及常用电子元件的作用,接着介绍电烙铁、焊丝、印刷电路板和电路布线,最后讲授手工焊接操作方法、要领以及焊接故障的排除。之后又连续5周在实验室指导学生进行手工焊接和布线的实际训练,学生逐步学会一些简单电路的布线、焊接手法和焊接时间的控制,焊接点的表面也逐渐平滑、有金属光泽,很少有裂纹、针孔和夹渣。训练结束后,一个学生兴奋的说,自己修好了家里的开关和插线板。笔者鼓励说,台灯、电风扇等电器出现故障,你也可以尝试维修。通过科技项目设计与制作这个活动平台,学生或多或少掌握一项技术,解决一些实际问题,使他们很有成就感,训练的劲头更足了。
在活动过程中,学生通过“做中学”与“学中做”,手脑并用,促进理论知识与实践操作相结合,使理论的知识具体化。培养了实际动手操作能力,获得了解决实际问题的技能。同时,扩展了学生活动空间与活动内容。
(四)以提升运用综合知识与创新能力为目的,指导学生进行科技项目设计与制作。
高中学生学习过一些物理、化学等基础知识,有些学生在以前参加过电子制作、航模等活动,具有一定的实践经验。在科技项目设计与制作这个活动平台上,教师要指导学生把学过的理论知识、实践经验运用到科技项目活动中去,进行深入分析、思考,灵活地运用书本上的知识,也需要指导学生主动学习新的知识和掌握新技能。
在运用综合知识的同时,要鼓励学生创新,为此,笔者在指导学生项目方案设计中,侧重点放在对学生发散性思维的发掘与引导上,鼓励学生构思多个方案,引导学生从设计的目的出发,针对一些相互制约的问题进行权衡和决策,选出较为满意的方案或集中各方案的优点进行改进。
例如,项目“智能晾衣架的设计与制作”, 在研究设计控制系统时,根据物理课讲过“传感器及其工作原理”和通用技术课学过的“开环控制系统”这两个理论,把“雨滴与光敏传感器”恰当地运用在控制电路中,设计了智能控制的电路部分。
在“信号放大处理系统”制作过程,引导学生提出对提出多种方案。有“普通的三极管模拟放大电路”、“采用LM358集成运放电路”、“采用单片机EM78447A芯片的数字电路”等。对传动结构也提出“齿轮、皮带轮、链条和连杆结构”等多种方案。最后根据自己的实际能力和制作工具的限制,选择LM358集成运放电路和皮带轮结构。
运用构思设计多种方案,可以培养学生思维广度,开发学生潜在的创新能力。学生通过知识综合运用和实践,拓展了知识的广度,开掘了其深度。项目研究每成功一步,学生的信心就增加一份。
学生在科技项目活动中,从选择项目设计内容、设计的方案、制作措施到成果表达形式等都可以指导学生根据实际情况自主、灵活地进行知识综合运用与创新,给学生提供广阔的创造空间。
(五)以小组合作为形式,指导学生进行实施科技项目设计与制作
“项目设计与制作”活动是学生不断探索设计、不断分析质疑、不断表达个人见解、重新建构知识的活动历程。合作学习,小组讨论的形式非常符合它的要求,小组合作能使教与学不再是单纯的认知过程,而是师生之间、学生之间在设计与制作中通过交往、对话、质疑,共同建构意义的活动。
在具体实践活动过程中,以三至五个学生组建一个项目合作学习小组,选定一个全面负责的项目组长,同时也要确定一个负责技术的副组长,其他同学根据各自特长和兴趣合理分工。要引导学生进行自由探讨、自由辩论问题,使学习小组形成团结合作、奋发向上、各显神通的活动氛围。要让学生在小组自由讨论的学习中,提高思路灵活、反应敏捷,随机应变等方面的创新思维品质,指导学生对某些问题进行辨别澄清、深入挖掘、延伸扩展,以便研发和完善项目设计方案。
例如,一小组的项目 “智能晾衣架设计与制作”就是在小组讨论中完成初步设计方案的,开始,小组中一位学生提出:“晾衣架可否用电动机带动伸出和收回?”大家从玩具赛车、洗衣机、电瓶车等依靠电动机为动力的现象讨论后,认为可行。一位学生又提出“怎么解决下雨时自动收回,天晴时自动伸出的呢?”该组一位参加过航模学生分析说:“晾衣架收回和伸出表现在内部,只是电动机的正传和反转。”另一位接着提出:“怎么识别下雨和天晴?”一位学生说:“物理课上讲过,传感器能把其它信号转换成电信号。所以也可以将下雨和天晴转换成电信号。”“这个电信号能直接控制电动机吗?”“这是弱电信号,不能直接控制电动机!”参加过航模的同学立即回答:“可以通过放大电路与继电器进行控制执行。”
为了提高效率,利于深入研究,笔者针对学生的理论基础和个性差异,进行了成员任务的合理分工。任命一名组织能力较强的的学生为组长,负责项目总体规划、协调和传感器、继电器资料的收集;指定一名电子制作技术较好的学生为副组长,负责控制电路资料的收集、电路的设计与安装;两名活跃、善于交际的学生负责调查、信息的搜寻和采购配件;两名写作较好的学生编写说明书。虽然分工不同,但为了一个共同目标齐心合力。在信号处理与放大研究中,尤其在传动系统的制作过程中,遇到了多次失败,大家不气馁、不放弃,相互鼓励,共同寻找解决问题的方法。当电路调试顺利完成那一刻,大家分享成功的喜悦,愉悦心情感染每一个人,变得更加自信,也敢于去迎接新的挑战,产生一种积极向上的心态。
上述事实证明,小组合作的形式,能有利于项目学习活动的开展和实施。既为每一个学生的风采展示搭建舞台,也为学生自主交流、相互合作提供平台,培养了学生合作、分享、积极进取等良好的个性品质。
(六)以评价的方式为激励机制,指导学生实施科技项目设计与制作。
适当的评价,可以进一步激发学生项目学习的积极性与自信心。适当的评价,可以促进学生正确的学习方法、良好思维习惯的形成。适当的评价,可以在增进知识交流的同时,加深师生之间、学生之间的情感交流,从而促进学生沟通与合作能力的提高。适当的评价,可以发现项目设计与制作在在的问题,为及时弥补、改正和完善项目实施方案提供可能。笔者进行如下评价尝试:
1. 重视对实践项目设计与制作过程的评价。
在应试教育的环境下,以考试结果评价学生,这在一定程度上影响了学生创新能力的培养与发展,因此,“科技项目设计与制作”的评价要扭转这种评价局势,将“唯结果论”拨正为“过程与结果并重”。肯定他们在研究实践过程中的每一个闪光点。如在评价中有对学生设计方案的数量、分工的合理性、设计与制作过程中的设计与实践能力等等进行纪录和描述。
2.制定新的评价量,淡化评价甄别功能
为了淡化评价甄别与选拔功能,发挥评价的改进和激励的功能。在项目评价中,制定的评价量是A、P、E,不再是优秀、良好、合格、不合格的甄别评价。实践证明,学生很乐于接受这样的评价。
3.评价主体的多元化,激发了学生参与项目活动的热情
不仅教师、专家可以进行评价,社区的老百姓也可以品头论足,尤其是学生也能进行自评。使学生的自我评价成为学生自我教育、自我激励的动力。在评价的实施中,如果学生对自己的方案或作品感到不满意,在不影响后续项目学习的前提下,可以修改或重试,这样的评价方式极大地激发了学生参与项目活动的热情。
(七)以“走出去,请进来”的方式,指导学生实施科技项目成果推广
科技项目作品制作完成后,要服务社会,需要进行成果推广。一方面指导学生 “走出去”,利用社区服务、大众媒体、学校网站和县市的中小学综合实践成果展品等平台,介绍、宣传与推广科技项目成果;另一方面指导学生 “请进来”,邀请家长、老师和媒体记者进行参观。
比如,今年的3月4日“学雷锋”活动,学校组织志愿者到社区去进行各种服务,笔者就利用这个机会,以学校“科技创新社团”名义组织学生在社区门口边,向社区老百姓介绍成果作品(智能晾衣架、水位水箱闭环控制、饮水机的节能控制和自锁牛奶箱)。4月初,我校邀请县电视台热线栏目的记者采访我校有关综合实践活动开展的情况,借此机会,笔者指导学生精心准备,介绍推广科技项目成果,激起记者的兴趣,并制作成电视专题。节目在4月11日晚上黄金时间如期播放,引起社会的关注。
在指导学生进行成果推广时,要使学生明确推广的对象以及环境。引导学生做到三点,一自信,二耐心,三要语言通俗、简洁,尽量不用专业术语。
三、成效、反思与总结
(一)成效
在“科技项目设计与制作”这个实践活动平台上,学生的动手操作能力、解决实际问题能力得到了极大的提高和展示。2010、2011年笔者指导学生的两个“科技项目设计与制作”在市中小学生综合实践活动学习成果展示中皆获得一等奖,其中“智能晾衣架设计与制作”获得省研究学习高中组二等奖。这极大增强了学生的自信心,进一步激发学生参与科技项目设计研究性学习的积极性。
(二)反思
在指导实践中,笔者有几点反思:
1.教师自身要不断地吸收新知识、新观念,勇于实践。教师只有拥有较高的创新思维能力,及时掌握新的科技技能,不断地积累教学经验,才能在科技项目活动中准确把握学生的心理状态和情绪,发挥有效的指导作用。
2. 学生收集信息、筛选信息的能力亟待提高。要指导学生多渠道、多手段收集信息,指导学生运用集体讨论法、感官判断法、分析比较法、现场核实法等筛选信息。引导小组成员共享信息。要注意如实记录小组讨论信息,因为这是创新活动的体验。
3. 科技项目活动是为学生学习、锻炼与展示能力搭建一个空间平台,要允许学生在活动中的失败,引导学生分析失败的原因,从中吸取教训,制定对策。
4. 要牢牢把握“综合实践活动”的宗旨,学生是这个空间的主导者,学生具有整个活动绝对的支配权和主导权。教师在综合实践活动这个生态化空间平台里,只是一个绝对的引导者、指导者和旁观者,不要随意改变学生制定的项目方案,但要在关键处提一些问题要学生思考。
(三)总结
教师要充分利用 “科技项目设计与制作”这个活动平台的特点,运用相应的指导策略,多起点、多形式、多抓手、多元评价引导学生开展科技项目活动。通过这个平台有效地把教学和社会实际紧密联系起来,使学生学习知识更具有针对性和系统性;通过这个平台有效地把理论知识与实际动手操作紧密结合起来,培养学生解决实际问题的能力;满足他们参与社会生活、服务于社会的身心发展需求,全面提高学生的综合实践能力。