計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)解決通用技術(shù)選考疑難問題的實(shí)踐與探索

王志強(qiáng)

摘 ?要 為了對立體與平面轉(zhuǎn)換、尺寸鏈構(gòu)建、三視圖補(bǔ)線、復(fù)雜電學(xué)邏輯分析和機(jī)構(gòu)運(yùn)動趨勢與受力分析等通用技術(shù)選考疑難問題進(jìn)行有效教學(xué)，在物化能力不足、教學(xué)耗材短缺、課時(shí)不足的情況下，利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。通過對教學(xué)班級對比測試，表明計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)一定程度上提高了教學(xué)的有效性。

關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué);通用技術(shù);選考;實(shí)訓(xùn)室

中圖分類號：G633.67 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）17-0109-04

1 引言

通用技術(shù)選考的教學(xué)內(nèi)容涉及較多的模塊，教學(xué)中學(xué)生較難掌握的問題是技術(shù)圖樣的圖樣表達(dá)、復(fù)雜電學(xué)邏輯分析和機(jī)構(gòu)運(yùn)動趨勢與受力分析。對于圖樣表達(dá)所涉及的立體與平面轉(zhuǎn)換、尺寸鏈構(gòu)建、三視圖補(bǔ)線問題，較多教師采用的教學(xué)手段仍然是平面化教學(xué)和靜態(tài)的教學(xué)，學(xué)情一般的學(xué)生會感到枯燥難學(xué)，逐漸失去學(xué)習(xí)興趣。對于電路分析，要通過清晰明了的元器件狀態(tài)與對應(yīng)現(xiàn)象分析來理解電路控制邏輯關(guān)系;對于受力問題，則需要?jiǎng)討B(tài)視覺感官感受運(yùn)動趨勢，從而判斷受力情況。這些疑難問題如果僅依靠板書的靜態(tài)講解，則很難實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

通用技術(shù)作為浙江省7選3高考選考科目，開始于2015年，雖然在近四年間的教學(xué)實(shí)踐中取得一定的成果，但還是有一部分學(xué)校存在物化能力不足、教學(xué)耗材短缺或課時(shí)不充足的情況。計(jì)算機(jī)具有較強(qiáng)的模擬仿真能力，利用其進(jìn)行輔助教學(xué)可提升通用技術(shù)選考疑難問題教學(xué)的有效性。

2 通用技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)研究現(xiàn)狀

由于通用技術(shù)作為高考選考科目的時(shí)間較短，目前關(guān)于計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)解決通用技術(shù)選考疑難問題的研究較少。麒麟高級中學(xué)徐丹提出采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)可以創(chuàng)造多媒體情境，降低技術(shù)設(shè)計(jì)探究的難度，從而提高探究的興趣，提高教學(xué)質(zhì)量[1]，但沒有給出實(shí)踐操作方法和教學(xué)數(shù)據(jù)對比。杜建華提出利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過對圖文、聲形、視頻、動畫等直觀生動的多媒體形式的信息內(nèi)容進(jìn)行非線性、動態(tài)的組織，借助豐富的交互方式，較好地培養(yǎng)學(xué)生主動探究的能力，更有利于教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[2];但該研究仍然停留在將計(jì)算機(jī)作為放映工具，對計(jì)算機(jī)的圖形學(xué)建模、運(yùn)動模擬和電子控制模擬等核心操作對通用技術(shù)的有效教學(xué)作用未作研究。馬樹斌提出利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)化抽象為具體，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)建模，有利于抽象結(jié)構(gòu)的直觀教學(xué)[3];但沒有涉及技術(shù)選考疑難問題的教學(xué)，也沒有相應(yīng)對比教學(xué)研究。

綜上所述，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)解決通用技術(shù)選考疑難問題是一個(gè)較有價(jià)值的研究方向。

3 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)解決通用技術(shù)選考疑難問題的實(shí)踐與探索

通用技術(shù)在讓每個(gè)學(xué)生具備基本學(xué)科核心素養(yǎng)的同時(shí)，針對要參加高考選考的學(xué)生有更專業(yè)、更嚴(yán)格的要求。因此，根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)研究有效教學(xué)策略和手段，才能做到保障基礎(chǔ)的同時(shí)，又能有較強(qiáng)的趣味性和較高的層次，讓每一個(gè)學(xué)生都享受通用技術(shù)教育的樂趣和成果。通用技術(shù)的實(shí)訓(xùn)室建設(shè)、教具制作以及項(xiàng)目式教學(xué)仍然在逐步建設(shè)和完善中，因此，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在這個(gè)過渡時(shí)期顯得較為重要。

計(jì)算機(jī)實(shí)體建模，解決立體與三視圖轉(zhuǎn)換的視覺誤差問題 ?在三視圖教學(xué)中，固定方向的正等軸測圖在向三視圖轉(zhuǎn)換過程中存在視覺誤差，如果僅利用平面繪制來講解，收效甚微。如圖1所示，由于視覺誤差，學(xué)生會認(rèn)為三視圖左視圖的答案是B選項(xiàng)。而對于正確答案C選項(xiàng)，教師利用該視圖很難快速地講清楚投影關(guān)系。

如果利用計(jì)算機(jī)實(shí)體建模，不僅能快速地將該實(shí)體的生成過程一步步呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，還能多角度甚至切換顯示模式，使學(xué)生觀察到視圖角度動態(tài)轉(zhuǎn)換后的對應(yīng)視圖，并通過透明度的改變，使學(xué)生觀察到被面所遮擋的面和線條的關(guān)系。如圖2所示，CAD軟件的建模不僅能清晰呈現(xiàn)多視角的立體，幫助學(xué)生快速理解視覺誤差中的斜線是在平行于主視圖投影平面的面上，學(xué)生可在短時(shí)間內(nèi)掌握視圖投影關(guān)系和消除立體視覺誤差。

計(jì)算機(jī)實(shí)體模型生成過程演示，解決完整尺寸鏈標(biāo)注問題 ?通過計(jì)算機(jī)建模的實(shí)體生成過程，學(xué)生還能較好地形成完整、正確的尺寸標(biāo)注習(xí)慣。如圖3所示，在用計(jì)算機(jī)進(jìn)行建模過程中，對稱V形開口的標(biāo)注涉及角度標(biāo)注和兩個(gè)方向的尺寸表達(dá)，并且涉及不多標(biāo)、不少標(biāo)地完成尺寸約束關(guān)系。當(dāng)完整尺寸鏈形成后，圖形中的線條會由綠色變?yōu)楹谏@樣學(xué)生就能通過自己嘗試標(biāo)注，觀察顏色變化而判斷自己的尺寸標(biāo)注情況，基本不用教師進(jìn)行訂正，大大提高自主學(xué)習(xí)效率。

通過完整尺寸鏈標(biāo)注，可以唯一且準(zhǔn)確地將需要的形狀在計(jì)算機(jī)中切割出來，使學(xué)生快速形成尺寸標(biāo)注是十分嚴(yán)謹(jǐn)而有實(shí)際加工意義的觀念，消除隨意標(biāo)注也可以的錯(cuò)誤認(rèn)識。

計(jì)算機(jī)繪制平面相似形，解決三視圖補(bǔ)線問題 ?對于選考通用技術(shù)的學(xué)生而言，缺乏立體軸測圖的二維平面正投影三視圖補(bǔ)線是教學(xué)中的難點(diǎn)，學(xué)生有畏難情緒，掌握情況一直不好。因此，巧用計(jì)算機(jī)繪制相似形，并利用立體和精確平面繪圖，可以幫助學(xué)生加快、加深理解。

在三視圖補(bǔ)線教學(xué)中，通常教師在黑白平面上繪制還原立體，并且依次講解點(diǎn)、線、面的對應(yīng)關(guān)系。由于黑板上的立體是靜止且不精確的，對于復(fù)雜立體的表達(dá)也不全面，這樣的方法在講解中費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，學(xué)生也不易完全理解，換了一道新題目就又不會表達(dá)了。在高考中，時(shí)間非常緊張，學(xué)生也沒有時(shí)間根據(jù)缺少線條的三視圖重新構(gòu)造一個(gè)立體。因此，在平時(shí)教學(xué)中利用計(jì)算機(jī)幫助其理解立體中面的投影關(guān)系及對應(yīng)形狀，就顯得比較重要。采用計(jì)算機(jī)作圖并展示講解相似形法，通過相似的平面來解決平面補(bǔ)線問題，就避開了立體還原環(huán)節(jié)，在補(bǔ)出線條后，立體自然更容易呈現(xiàn)在學(xué)生頭腦中。

如圖4所示一個(gè)經(jīng)過多次切割的圖形，可以看出，在缺少立體圖的情況下，學(xué)生要完成補(bǔ)線是非常困難的。因此，利用計(jì)算機(jī)建模，通過動態(tài)的視覺轉(zhuǎn)換和精確的平面圖繪制相似形進(jìn)行視圖的“三三對應(yīng)”，可以讓學(xué)生對各投影圖形進(jìn)行定形后再精確定位，提高三視圖補(bǔ)線的正確率。

如圖5所示，通過計(jì)算機(jī)作圖，能精確得到各斜面及其正投影圖形，圖形形狀及區(qū)域完全符合主視圖、左視圖和俯視圖的“三三對應(yīng)”關(guān)系，在計(jì)算機(jī)中用不同斜度和間距的陰影線條標(biāo)出，如斜面1為間距較大的陰影區(qū)域。采用計(jì)算機(jī)繪制立體和平面圖，將立體問題轉(zhuǎn)換為平面問題，通過精確的作圖和多視角的計(jì)算機(jī)圖形呈現(xiàn)，有助于學(xué)生快速理解立體與平面間的對應(yīng)關(guān)系，有助于解決三視圖補(bǔ)線難點(diǎn)問題。

計(jì)算機(jī)電路仿真，解決復(fù)雜電路邏輯問題 ?在電路圖教學(xué)中，功能和現(xiàn)象的直觀表達(dá)能使學(xué)生將理論或線條符號等與現(xiàn)實(shí)結(jié)合，幫助其理解和繪制電路圖。三極管是電路圖教學(xué)中的難點(diǎn)，學(xué)生在理解和自己繪制時(shí)都會遇到很多問題，問題的根源是教師將原理講解得很清楚，但是忽略了讓學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析思考。因此，在教學(xué)中引入計(jì)算機(jī)輔助仿真軟件，清晰地將控制過程和現(xiàn)象變化呈現(xiàn)在學(xué)生面前是很有必要的。

LiveWire就是一款非常適合電路圖圖樣表達(dá)和仿真教學(xué)的軟件。如圖6所示，對于三極管Q3的基極電壓的調(diào)整，可以清晰地通過調(diào)節(jié)熱敏電阻R5的溫度和可調(diào)電阻VR1的阻值，發(fā)光二極管D4隨之發(fā)光，而且在斷開SW1時(shí)仍然保持發(fā)光。如此復(fù)雜的電路如果沒有現(xiàn)象的支撐和調(diào)節(jié)演示，學(xué)生必然很難接受和理解，更不要說讓學(xué)生設(shè)計(jì)和繪制電路圖。圖6中的符號以及大小布局都較為規(guī)范，有助于學(xué)生在選考中設(shè)計(jì)電路和電路圖連線時(shí)也形成規(guī)范的意識。

計(jì)算機(jī)裝配體建模，解決機(jī)構(gòu)運(yùn)動趨勢與受力分析問題 ?機(jī)構(gòu)的運(yùn)動趨勢判斷和各構(gòu)件受力分析是技術(shù)選考的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。分析其原因，主要是選考出現(xiàn)的復(fù)雜機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)量多，構(gòu)件間的連接方式多樣，必然運(yùn)動趨勢就難以判斷，更不要說讓學(xué)生分析出每個(gè)構(gòu)件的受力情況。在教學(xué)中，教師通常采用展示靜態(tài)機(jī)構(gòu)圖，然后通過描述讓學(xué)生想象運(yùn)動趨勢。這樣的教學(xué)在平時(shí)的檢測中發(fā)現(xiàn)收效甚微。利用計(jì)算機(jī)裝配體建模進(jìn)行動態(tài)教學(xué)有助于解決這一問題。

如圖7所示，計(jì)算機(jī)繪制機(jī)構(gòu)的裝配體可以動態(tài)展示各構(gòu)件受力后的機(jī)構(gòu)運(yùn)動趨勢，還能迅速改變機(jī)構(gòu)連接情況，比較分析運(yùn)動趨勢和受力狀態(tài)。學(xué)生可以用鼠標(biāo)輕易地對構(gòu)件進(jìn)行外力施加，從而觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動變化，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性和自主探究性，將枯燥的受力分析問題轉(zhuǎn)化為生動的結(jié)構(gòu)動態(tài)探究問題，使學(xué)生快速理解各種結(jié)構(gòu)的受力運(yùn)動變化，形成對情境的記憶，教學(xué)效果較好。

4 設(shè)置參考組進(jìn)行選考測試驗(yàn)證

選取兩個(gè)技術(shù)選考教學(xué)班作為對照組進(jìn)行選考測試驗(yàn)證，分別命名為A1班和A2班。A1班和A2班均為在高一學(xué)考結(jié)束后重組的學(xué)情基本一致的選考教學(xué)班，由兩名教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師分別執(zhí)教，分班前成績見表1。

A1班在講解技術(shù)選考疑難問題時(shí)采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，A2班則仍用板書、PPT進(jìn)行教學(xué)，以此來分析不同的教學(xué)方法對學(xué)生解決選考疑難問題能力的影響。經(jīng)過半個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，進(jìn)行一次選考模擬測試，A1班和A2班的相關(guān)疑難問題得分情況和總分情況見表2。

模擬測試結(jié)束后，學(xué)生立刻面臨技術(shù)選考提前考試。A1班提前考七人，四人取得100分，三人取得97分;A2班兩人提前考，均取得97分。從數(shù)據(jù)對比可以看出，通過生動、直觀的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，學(xué)生對選考疑難問題的掌握速度較快，自信心較足，對于選考疑難問題的畏懼心理較弱。

經(jīng)過兩年的學(xué)習(xí)，A1班和A2班最終的高考選考成績情況見表3。

綜合分析表2、表3數(shù)據(jù)可以得出：計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)可以使學(xué)生對選考疑難問題理解得更為透徹，因此，高分段學(xué)生更多，取得較好的效果。傳統(tǒng)教學(xué)手段通過較長時(shí)間的教學(xué)，仍然能取得較好的教學(xué)效果，學(xué)生最終的知識點(diǎn)掌握情況與計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的教學(xué)效果相差不大。

5 結(jié)論與展望

高中通用技術(shù)選考實(shí)施時(shí)間不長，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)解決通用技術(shù)選考疑難問題也處于探索階段。通過教學(xué)實(shí)踐，得出結(jié)論。

1）計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在物化能力不足、教學(xué)耗材短缺或課時(shí)不足的情況下，能通過立體建模、動態(tài)結(jié)構(gòu)運(yùn)動演示和電學(xué)控制中便捷的參數(shù)改變而產(chǎn)生聲光變化的多樣化呈現(xiàn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和興趣。

2）計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)能在既滿足學(xué)力較強(qiáng)學(xué)生的同時(shí)，又能讓學(xué)力較差、運(yùn)動想象和立體思維能力較弱的學(xué)生通過平面相似形或自己在計(jì)算機(jī)上操作的自主探究式學(xué)習(xí)解決選考疑難問題，由簡到難，消除畏難情緒，取得較好效果。

3）通過數(shù)據(jù)分析，基本可以得出計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)可以使學(xué)生在較短的時(shí)間理解選考疑難問題，這樣就可以有較多的時(shí)間探索其他多樣化的教學(xué)方式，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。傳統(tǒng)教學(xué)手段通過較長時(shí)間的教學(xué)，也能取得較好的教學(xué)效果。

4）對于能力較強(qiáng)的教師，要通過自己的物化或現(xiàn)代技術(shù)的引入，精心設(shè)計(jì)更多的提高選考疑難問題教學(xué)有效性的方法;對于教學(xué)能力較薄弱的教師，也可以通過物化過程和計(jì)算機(jī)輔助軟件的學(xué)習(xí)提升技能，為多樣性教學(xué)打下基礎(chǔ)，以提高教學(xué)的有效性。

參考文獻(xiàn)

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