鞏建強(qiáng)

（武山縣第一高級(jí)中學(xué), 甘肅 天水 741300）

設(shè)計(jì)思維一般包括共情、定義、構(gòu)思、原型、測(cè)試五階段，被廣泛應(yīng)用于商業(yè)、工程、藝術(shù)等領(lǐng)域。美國(guó)著名教育家約翰·斯賓塞和A.J.朱利安尼在此基礎(chǔ)上增加了“提問”與“發(fā)布產(chǎn)品”兩個(gè)環(huán)節(jié)，提出了可適用于各個(gè)年級(jí)、每個(gè)學(xué)科的設(shè)計(jì)思維創(chuàng)意教學(xué)流程——LAUNCH循環(huán)。其中，“L”代表“Look, listen and learn”，即觀察、傾聽、了解；“A”代表“Ask lots of questions”，即多多發(fā)問；“U”代表“Understand the problem or process”，即理解問題或過(guò)程；“N”代表“Navigate ideas”，即探尋想法；“C”代表“Create”，即創(chuàng)造產(chǎn)品原型；“H”代表“Highlight what’s working and failing”，即確定產(chǎn)品優(yōu)缺點(diǎn)，改進(jìn)產(chǎn)品；最后是發(fā)布產(chǎn)品的階段。[1]LAUNCH循環(huán)的實(shí)質(zhì)是帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷創(chuàng)造的各個(gè)階段，從而激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力，提升解決實(shí)際問題的能力。本文借助LAUNCH循環(huán)理念，將其融入地理實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)計(jì)中，以“太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x的制作”為例設(shè)計(jì)并展開實(shí)踐活動(dòng)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的地理實(shí)踐力與創(chuàng)新能力。

一、仔細(xì)觀察，確定主題

觀察、傾聽、了解是LAUNCH循環(huán)的起始環(huán)節(jié)。當(dāng)教師向?qū)W生展示某個(gè)事物時(shí)，學(xué)生在觀察、思考后會(huì)對(duì)此事物產(chǎn)生一定的認(rèn)識(shí)。這時(shí)，教師通過(guò)提出相關(guān)問題，激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，引導(dǎo)學(xué)生提出一個(gè)待解決的具體問題，從而確定探究主題。課前，教師向?qū)W生展示市場(chǎng)上常見的太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x。

在學(xué)生觀察過(guò)程中，教師提出“你觀察到了什么”“它由哪些部件構(gòu)成”“你觀察的時(shí)候有什么想法與疑問”“你能否自己制作一個(gè)太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x”等問題。教師通過(guò)問題引導(dǎo)學(xué)生了解太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x的組成結(jié)構(gòu)，認(rèn)識(shí)刻度盤、底座、重錘線與測(cè)量架等組成部件。通過(guò)觀察、傾聽、了解，確定本次實(shí)踐活動(dòng)的主題是“利用簡(jiǎn)單材料動(dòng)手制作太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x”。制作的產(chǎn)品不拘泥于仿制，而盡可能在仿制的基礎(chǔ)上改進(jìn)創(chuàng)新。

二、綜合探究，理解原理

LAUNCH循環(huán)中的“理解問題或過(guò)程”階段是解決問題的關(guān)鍵。在這一階段，學(xué)生將致力于了解與問題相關(guān)的關(guān)鍵信息，通過(guò)多方面查閱資料、收集信息，展開綜合探究，整理與分析所探究問題的基本原理。為便于學(xué)生之間展開討論，本次活動(dòng)以6人為一組，每組設(shè)一名組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)組織小組成員完成教師布置的任務(wù)。本階段的核心目標(biāo)是理解太陽(yáng)高度角的形成過(guò)程與原理，分析太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x的工作原理。教師在組織學(xué)生進(jìn)行討論時(shí)要適時(shí)指導(dǎo)。通過(guò)查找資料，結(jié)合小組合作探究，學(xué)生以草圖的形式對(duì)太陽(yáng)高度角的形成原理與太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x的工作原理進(jìn)行了剖析。太陽(yáng)高度角是太陽(yáng)光線與地平面的夾角，即太陽(yáng)在當(dāng)?shù)氐难鼋牵堑厍蜃赞D(zhuǎn)的結(jié)果。[2]太陽(yáng)高度角原理如圖1所示。

圖1 太陽(yáng)高度角原理圖

通過(guò)觀察與分析可知，太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x主要由刻度盤、底座、支架、重錘線、測(cè)量架組成。其中，底座上設(shè)有可調(diào)節(jié)水平方位的水平螺釘，測(cè)量架上有聚光孔、投影板和顯示孔。測(cè)量時(shí)將太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x放置在有陽(yáng)光照射的開闊地帶，調(diào)整水平螺釘，觀察重錘線，使儀器呈水平狀態(tài)。轉(zhuǎn)動(dòng)刻度盤，使其與太陽(yáng)光線平行，再撥動(dòng)測(cè)量架，直到太陽(yáng)光線穿過(guò)聚光孔，產(chǎn)生的投影與投影板上的小圓圈完全重合時(shí)，顯示孔中顯示的度數(shù)即為當(dāng)?shù)卮藭r(shí)的太陽(yáng)高度角。太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x工作原理如圖2所示。

圖2 太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x原理

三、小組合作，設(shè)計(jì)方案

LAUNCH循環(huán)的“探尋想法”階段建立在深入理解問題的基礎(chǔ)上，教師組織學(xué)生進(jìn)行“頭腦風(fēng)暴”，最終形成整體規(guī)劃，從而呈現(xiàn)出解決問題的方案。經(jīng)歷這一階段后，學(xué)生將對(duì)他們所要“創(chuàng)造什么”有一個(gè)明確的想法或理念。本次活動(dòng)的核心問題是“用簡(jiǎn)單、方便、易裁剪的材料制作太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x”。“簡(jiǎn)單”“方便”要求材料來(lái)源于學(xué)生的日常生活，以節(jié)約資源、降低成本，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展理念。“易裁剪”要求材料是可以任意裁剪的，要方便學(xué)生切割。[3]每個(gè)小組交流創(chuàng)意想法，設(shè)計(jì)制作方案。即每位組員將自己的想法寫在記錄單上，由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)匯總，并進(jìn)行討論，選出最具創(chuàng)意的想法。第1組、第2組和第3組的設(shè)計(jì)方案如表1、表2、表3所示。

表1 第1組太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)方案

表2 第2組太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)方案

四、原型制作，成果測(cè)試

LAUNCH循環(huán)中的“創(chuàng)造產(chǎn)品原型”階段是學(xué)生把自己的想法轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的過(guò)程。對(duì)中學(xué)生來(lái)講，這種產(chǎn)品不必有太高的科技含量，一些極佳的創(chuàng)作往往只需要幾塊紙板和一卷膠帶。成果測(cè)試是確定產(chǎn)品優(yōu)缺點(diǎn)、改進(jìn)原型的必要條件，在實(shí)地測(cè)試的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而修正原型，以解決出現(xiàn)的問題。

1.聚光投影式太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x的制作

(1)原型制作

①將硬紙板裁剪成直徑14cm的正圓，用A4紙裁剪同樣大小的正圓，在A4紙正圓上繪制相應(yīng)角度數(shù)，用雙面膠貼在硬紙板正圓上，當(dāng)作刻度盤。

②用紙板制作聚光孔和投影板，保證聚光孔大小與投影板中心圓圈大小一致。

③裁剪長(zhǎng)16cm寬1.5cm的紙板，中心開孔，兩端裁剪出兩個(gè)適當(dāng)大小的長(zhǎng)方形小縫隙，將聚光孔與投影板垂直插在紙板兩端，用膠水固定。在聚光孔一側(cè)綁一條細(xì)線，另一頭套在刻度盤圓心，作為測(cè)量架。

④用薄紙板裁剪一個(gè)重錘線，在中間畫出一條豎線，一頭穿孔。

⑤裁剪長(zhǎng)20cm寬5cm的長(zhǎng)紙板，一頭開一小孔作為支架，垂直插進(jìn)紙盒做的簡(jiǎn)易底座。

⑥利用一次性筷子依次將細(xì)線、重錘線、刻度盤、測(cè)量架與支架連接。聚光投影式太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x制作完成，如圖3所示。

圖3 聚光投影式太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x

(2)成果測(cè)試

測(cè)量太陽(yáng)高度角時(shí)將測(cè)量?jī)x水平放置在地面，撥動(dòng)測(cè)量架，使聚光孔對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。當(dāng)太陽(yáng)光線穿過(guò)聚光孔投影到投影板上的圓圈時(shí)，細(xì)線所指示的角度數(shù)即為當(dāng)?shù)卮藭r(shí)的太陽(yáng)高度角。學(xué)生進(jìn)行了實(shí)地測(cè)量，如圖4所示，此時(shí)的太陽(yáng)高度角約為50°。

圖4 聚光投影式太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x測(cè)量結(jié)果

2.指針投影式太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x的制作

(1)原型制作

①將硬紙板裁剪成直徑14cm的正圓，用A4紙裁剪同樣大小的正圓，在A4紙正圓上繪制相應(yīng)角度數(shù)，用雙面膠貼在硬紙板正圓上，當(dāng)作刻度盤。

②用硬紙板裁剪一個(gè)長(zhǎng)15cm，寬1.5cm的箭頭當(dāng)作測(cè)量桿，在適當(dāng)位置裁剪一個(gè)小孔，以此小孔為起點(diǎn)，在尾部中間位置畫一條豎線，當(dāng)作投影線。

③裁剪長(zhǎng)度為6厘米的一次性筷子，一頭削成針狀，涂上黑色，當(dāng)作指針；用薄紙板裁剪一個(gè)重錘線，中間畫出一條豎線，一頭穿孔。

④裁剪長(zhǎng)16cm，寬4cm的紙板為支架，一端裁剪一小孔；利用紙盒制作簡(jiǎn)易底座，在紙盒頂部裁剪長(zhǎng)為4cm寬0.5cm的紙縫，其大小能將支架插進(jìn)去即可。

⑤利用一次性筷子依次將測(cè)量桿、刻度盤與支架連接。指針投影式太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x原型制作完成，如圖5所示。

圖5 指針投影式太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x

(2)成果測(cè)試

測(cè)量太陽(yáng)高度角時(shí)將太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x水平放置在地面，使測(cè)量?jī)x刻度盤與太陽(yáng)光線平行。撥動(dòng)測(cè)量桿，當(dāng)指針投影與測(cè)量桿尾部的豎線重合時(shí)，測(cè)量桿箭頭所指示的角度數(shù)即為當(dāng)?shù)販y(cè)量時(shí)刻的太陽(yáng)高度角。學(xué)生進(jìn)行了實(shí)地測(cè)量，如圖6所示，此時(shí)的太陽(yáng)高度角約為50°。

圖6 指針投影式太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x測(cè)量結(jié)果

3.手持式太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x的制作

(1)原型制作

①用硬紙板裁剪一個(gè)直徑14cm的半圓，為方便懸掛，可在半圓圓心附近留出適當(dāng)面積；在上面繪制相應(yīng)角度數(shù)，當(dāng)作刻度盤；在刻度盤圓心開一個(gè)略大于一次性筷子的小孔。

②截取長(zhǎng)8cm的一次性筷子，一端削成針狀，涂成黑色，當(dāng)作指針。

③利用硬紙板裁剪一個(gè)長(zhǎng)40cm，寬4cm的“手柄”，在一端中部開一個(gè)小孔，用于安放指針與刻度盤。

④將指針垂直插進(jìn)手柄上的小孔并固定，再將指針從刻度盤圓心穿過(guò)，保證刻度盤可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。手持式太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x制作完成，如圖7所示。

圖7 手持式太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x

(2)成果測(cè)試

本儀器的主要功能是測(cè)量某地某時(shí)的太陽(yáng)高度角。測(cè)量時(shí)手持在手柄一端，舉起手臂，使手臂略高于肩部，指向太陽(yáng)，調(diào)整角度，使刻度盤與太陽(yáng)光線平行?？潭缺P受重力作用自然垂直于地面，此時(shí)指針投影在刻度盤上所指示的度數(shù)，即當(dāng)?shù)卮藭r(shí)的太陽(yáng)高度角。學(xué)生進(jìn)行了實(shí)地測(cè)量，如圖8所示，此時(shí)太陽(yáng)高度角約為50°。

圖8 手持式太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x測(cè)量結(jié)果

五、分享交流，產(chǎn)品推廣

“發(fā)布產(chǎn)品”是LAUNCH循環(huán)的第七階段，但并非最終階段。這時(shí)學(xué)生會(huì)面對(duì)真正的受眾，通過(guò)演講、推銷等方式介紹自己的產(chǎn)品，讓受眾見證產(chǎn)品的可行性和實(shí)用性。這種真實(shí)的反饋使學(xué)生以同理心去思考受眾的真實(shí)需求，提升對(duì)問題的認(rèn)知。之后，學(xué)生開始一個(gè)新循環(huán)，在原來(lái)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上更新版本或開發(fā)全新的事物。

本次活動(dòng)中，教師組織學(xué)生以小組匯報(bào)的形式向其他人介紹自己的產(chǎn)品。具體做法是，小組派代表介紹本小組從原理探究到成果測(cè)試的過(guò)程，其他學(xué)生提出疑問，該小組的學(xué)生可以相互回答與補(bǔ)充相關(guān)問題。通過(guò)這樣的分享與交流，學(xué)生之間的思維發(fā)生碰撞，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合思維。

六、總結(jié)與反思

從模型成果來(lái)看，首先，學(xué)生設(shè)計(jì)的太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x形式多樣，但都忽視了水平螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)。其次，學(xué)生設(shè)計(jì)的太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x實(shí)驗(yàn)原理較單一，大致可分為聚光投影式與指針投影式兩種。最后，從模型測(cè)量的數(shù)據(jù)來(lái)看，學(xué)生設(shè)計(jì)的太陽(yáng)高度角測(cè)量?jī)x與手機(jī)軟件測(cè)量的數(shù)據(jù)相比存在微小誤差，主要是由于材料選擇以及手工繪刻度盤造成。因此，可以通過(guò)打印刻度盤，減小手繪造成的誤差。

從整個(gè)活動(dòng)過(guò)程來(lái)看，學(xué)生在合作探究的過(guò)程中將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)教具呈現(xiàn)所思所想，體驗(yàn)了從無(wú)到有的創(chuàng)造歷程。這不僅提升了學(xué)生的地理實(shí)踐力與創(chuàng)新能力，還增強(qiáng)了其主動(dòng)思考和團(tuán)隊(duì)合作的能力，為以后其他類型的地理實(shí)踐活動(dòng)的開展打下了良好基礎(chǔ)。