支架式教學在機械專業課中的運用實例

[摘 要] 支架式教學在最近發展區理論上發展而來，是一種基于建構主義理論的教學方法。支架式教學尊重學生的主體意識，充分發揮學生的主觀能動性，強調學生的發展，注重學生職業能力的培養，特別適合職業教育教學。在機械專業課中應用支架式教學法，以“STR12-280上肢動作”一課為例，結合自身的理解，詳細分析、介紹了支架式教學法的教學特點和教學流程。

[關 鍵 詞] 支架式教學；機械專業課；最近發展區

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

支架式教學（Scaffolding Instruction）是在前蘇聯著名心理學家維果斯基的理論基礎上發展起來的一種教學方法，對較復雜的問題通過建立“支架式”概念框架，使學習者自己能沿著“支架”逐步攀升，從而完成對復雜概念意義的建構。支架式教學應當為學習者建構一種對知識理解的概念框架，用于促進學習者對問題的進一步理解。因此，事先要把復雜的學習任務加以分解，以便把學習者的理解逐步引向深入。本文以高職機械專業競賽項目課程中一個重要的知識點——“STR12-280上肢動作”為例，探討對支架式教學法的理解。

一、搭腳手架

支架式教學起點在于“腳手架”的搭建。在教學活動中，“支架”搭建的目的在于幫助學生穿越“最近發展區”。依據最近發展區理論，“支架”應該建在接近學生的最近發展區內才合適。

在此課前，學生已經對STR12-280機器人結構、電路、控制系統有所了解，現在要他們完成對機器人上肢的控制，實現其上肢動作是有難度的，因為他們還不清楚機器人上肢可以實現怎樣的運動，可以利用系統提供的哪些函數去實現控制。在本課的教學過程中，通過搭建一系列試驗支架，為學生的學習提供適當的小提示，讓學生借助這些小提示的支撐，逐漸發現和解決學習中遇到的問題，取得了良好的教學效果。

二、進入情境

演示：播放STR12-280上肢動作的視頻（這里上肢各個方向電機的運轉速度盡可能慢一些，以便學生能看清楚）。教師引導：STR12-280機器人是什么結構的？上肢運動可以分解為哪幾個方向的運動，可以分別由哪些函數實現？

三、獨立探索

通過教師引導、學生個人觀察及小組討論，能較容易地分析出STR12-280機器人是直角坐標結構的，那么它的上肢動作可以分解為上下、左右、前后三個方向的動作。

實驗探究：要實現STR12-280上肢動作，學生第一反應就是調用系統提供的現有函數，如果提供這樣的函數，則最為理想。細心的學生會發現，280程序源代碼里面已經給定了抓取和存放的函數，即hand pick和hand put函數。這里先讓學生自己嘗試能不能調用這兩個函數來實現STR12-280機器人對物料的取放，在調用過程中引導學生分析這兩個函數。

嘗試發現，系統提供的取放物料函數不可用，于是只能自行編寫函數。

前面得出結論：STR12-280機器人上肢動作可以分解為上下、左右、前后三個方向的動作。那么只要能分別實現這三個方向的動作，將其合成即能控制STR12-280手爪運動到達指定的位置。學生能很輕松地找到控制三個電機運動的函數，教師適當引導，根據函數說明，學生能較為快速地了解函數各個參數的含義，便于后續調用。這里可以用幾個問題來檢驗學生對函數的理解程度，如“要實現手爪向左運動5mm，再向前運動8mm，應該怎么調用函數呢？”

四、協作學習

提出任務：STR12-280機器人已經進站，現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，并放到機器人身上。

引導學生思考：要用一個函數實現對不同空間位置工件的取放，手爪要運動的距離只能用一個通用參數來代替，調用取放工件的函數時，通過給定手爪到工件的不同距離，即可實現對不同位置工件的取放。

手爪到工件的距離是一個相對值，為便于得到這個距離，我們可以統一規定這個距離是手爪在原點位置時到各個工件的距離。測量手爪原點位置到各個不同位置工件的距離值，這一工作看似簡單，實際操作起來還是一項十分考驗學生耐心和細心的工作。

取放工件的函數和手爪到各個工件的距離值都得到后，接下來就是大量的調試工作，調試過程可能會出現各種問題，鼓勵學生協商解決。

五、效果評價

讓各小組演示本小組完成的任務。對完成任務的小組進行評價，評出用時最短、準確度最高的一組；任務失敗的小組，找出失敗原因并給出解決方案。最后師生共同總結歸納出：測量得到的距離值并不穩定，需要反復驗證，這個數據跟下位機運動的速度也有關系，因機器人進站停靠位置受慣性影響跟下位機進站速度息息相關，一旦確定好這個距離值就不要輕易改變下位機的進站速度。手爪電機運轉速度也需適中，如果速度過快，一旦停下來也會因為慣性而影響位置準確度，可以在手爪完成動作回到原點位置后稍作停留，等穩定下來再進行下一步動作。

傳統的教學中，教師是課堂的中心，為了課程進度的完成，往往忽略學生對知識的接受能力。本次課基于支架教學理論，對以往的教學進行了大膽改進，改進后的教學在各個環節上創設了有利于學生學習的教學情境，設計了實現教學情境的必要手段，為學生知識的構建搭建了合理的支架，引導學生借助支架的幫助，積極、主動地去發現問題、分析問題、解決問題，逐步成長為獨立的學習者。

參考文獻：

[1]過磊.支架式教學在職業教育中的應用與思考[J].職業教育研究，2012（4）：15-17.

[2]勒兆文，朱方嗚，施建.議高職機械專業課教學的改革[J].南京工業職業技術學院學報，2005，5（1）：79—81.