傳統機械用具在現代教學中的應用研究

劉澤田 肖芳卿 何理

摘要：傳統機械用具是我國傳統文化的重要組成部分，隨著現代科技和工業化的發展，傳統用具幾乎已被現代器械所替代。但是，現代教學內容與傳統機械用具所涉及的名詞以及原理存在很強關聯性。本文綜合利用現代測繪、三維建模、逆向工程、3D打印、VR和機電一體化等技術，以典型傳統用具水排為例，探討將傳統機械用具引用于現代教學中的意義和實施方法。

關鍵詞：傳統機械用具;現代教學;水排;數字化模型;實物模型

中圖分類號：G4文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2020.25.065

中華傳統文化是中華文明成果根本的創造力，也是民族歷史上道德傳承、各種文化思想、精神觀念形態的總體。其中，傳統機械用具是物質文化的一個重要載體，這些偉大的發明創造體現著人們對生產生活進行的積極思考和探索實踐，這無疑對社會發展起到了巨大的推動作用。隨著科技、工業化的高速發展，這些傳統機械發明逐漸被越來越先進的生產器械所取代，因無法得以合理傳承而逐漸走向消亡，這給我國優秀傳統文化造成了巨大損失。為此，我們應當將這些優秀文化借以更合理、符合時代的方式帶到人們的視野，并將其良好傳承下去。據分析，傳統機械用具所蘊含的理論知識和文化內涵與目前學校的教學內容具有很強關聯性。本文將傳統機械用具與當今課本理論知識相融合，探討一種兼具提高課堂教學質量和傳承古代發明創造的授課新模式。

1傳統機械用具教學中應用方法

1.1搜集傳統用具的相關資料

傳統機械用具種類繁多，包括機械農具、生活用具、兵器等。通過網上查詢、書籍閱覽、博物館探訪等方式，對這些傳統機械用具的創造背景、知識原理和具體實用意義等資料進行搜集。挖掘傳統機械用具中可應用于當代中小學、大學各學科內容的部分，進行分類整理，歸納總結并匯編成冊。

1.2建立傳統用具的數字化模型并制作仿真視頻

對可拆裝的小型機具進行測量，用三維繪圖軟件將其制成三維模型;而對年代久遠、不便拆裝的大型用具進行三維掃描，生成點云數據，將其逆向建模制成三維模型;目前已無實物參考的機具，按書中描述將其復原制成三維模型。然后，在建立三維模型的基礎上運用仿真軟件將各機械的基本運動進行模擬，生成仿真運動視頻。同時，在視頻中添加文字說明，進行完整性介紹。對于具有功能操控性的器具，可利用VR/AR技術增強學習者的體驗感。

1.3制作傳統用具實物模型，搭建實物演示

運用3D打印技術和機械加工制作等方式，將這些用具做成直觀性強，可實際觀察觸摸的微縮模型，加入電機驅動及單片機控制等機電一體化技術，建立自動演示模型。

1.4將傳統用具數據進行集成，建立數據庫

完成以上工作，便可將文字資料、仿真視頻、實物模型等一系列數據集成在一個數據庫內，運用現代圖紙分享軟件，將數據庫生成鏈接或二維碼，通過掃碼便可直接獲取數據庫內所有數據，便于日常教學的查找運用。與此同時，繼續搜集我國歷史發展進程中具有教學研究意義、民族特色的機械用具，不斷完善數據庫。

2在現代教學中的應用——以水排為例

首先，對水排的相關資料進行搜集整理，制作水排的三維模型、微縮模型和運動仿真視頻，如圖1、圖2。

東漢建武七年，杜詩發明了利用水力鼓風鑄鐵的機械水排，她因此被世人尊稱為“杜母”。水排在創造設計的過程中涉及到諸多方面的知識原理，是古代機械發明的一個重大突破。在中學歷史課堂上，古代工業占據很大篇章，而冶鐵技術是古代工業中不可或缺的一部分，水排作為水力鼓動鼓風設備向鑄鐵爐里壓送空氣，極大解放了人力、畜力，對古代冶鐵業產生了巨大促進作用，老師在講解這部分內容時可以引出水排這一例子，讓同學們觀閱水排的視頻講解，加深對這部分知識的印象，領略古人的創造智慧;在中學物理能量轉化定律和功的知識點中，也可以借助水排的運動仿真模型講解水的動能如何轉化為機械能再讓機械能做有用功;圓周運動的相關知識點也同樣可以結合水排中的水輪運動給學生進行講解;甚至大學階段的機械原理、機械設計課程中也能引出水排一例，水排以水作為原動力，將機械和力學方面的知識相互結合，其包括的曲柄連桿機構、凸輪機構和齒輪等在課程知識點上，學生可通過觀察水排的微縮模型、動態視頻等，更為直觀地了解這些機構的作用原理，平日乏味、難以理解的文字內容將得以生動和形象化。

3思考和總結

當前我國人民對傳統機械用具普遍存在無從認知、了解局限和缺乏傳承等問題，而在現代教學尤其是理科課堂中，學生僅通過看教材、聽講解是難以對部分抽象概念進行消化的。本文將傳統機械用具進行數字化，實物模型化，應用到當代教學課堂中，在有效提高教學質量的同時，能讓學生接觸了解我國的傳統制造發明，體會古人的造物思想，激發其創新思維和動手實踐能力，接受優秀傳統文化的熏陶，進一步提高文化自信。與此同時，這些珍貴的歷史發明也將得以良好傳承下去。

參考文獻

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