计算机辅助教学解决通用技术选考疑难问题的实践与探索

    王志强

    

    

    

    摘 ?要 为了对立体与平面转换、尺寸链构建、三视图补线、复杂电学逻辑分析和机构运动趋势与受力分析等通用技术选考疑难问题进行有效教学，在物化能力不足、教学耗材短缺、课时不足的情况下，利用计算机辅助教学。通过对教学班级对比测试，表明计算机辅助教学一定程度上提高了教学的有效性。

    关键词 计算机辅助教学;通用技术;选考;实训室

    中图分类号：G633.67 ? ?文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2019）17-0109-04

    1 引言

    通用技术选考的教学内容涉及较多的模块，教学中学生较难掌握的问题是技术图样的图样表达、复杂电学逻辑分析和机构运动趋势与受力分析。对于图样表达所涉及的立体与平面转换、尺寸链构建、三视图补线问题，较多教师采用的教学手段仍然是平面化教学和静态的教学，学情一般的学生会感到枯燥难学，逐渐失去学习兴趣。对于电路分析，要通过清晰明了的元器件状态与对应现象分析来理解电路控制逻辑关系;对于受力问题，则需要动态视觉感官感受运动趋势，从而判断受力情况。这些疑难问题如果仅依靠板书的静态讲解，则很难实现教学目标。

    通用技术作为浙江省7选3高考选考科目，开始于2015年，虽然在近四年间的教学实践中取得一定的成果，但还是有一部分学校存在物化能力不足、教学耗材短缺或课时不充足的情况。计算机具有较强的模拟仿真能力，利用其进行辅助教学可提升通用技术选考疑难问题教学的有效性。

    2 通用技术计算机辅助教学研究现状

    由于通用技术作为高考选考科目的时间较短，目前关于计算机辅助教学解决通用技术选考疑难问题的研究较少。麒麟高级中学徐丹提出采用计算机辅助教学可以创造多媒体情境，降低技术设计探究的难度，从而提高探究的兴趣，提高教学质量[1]，但没有给出实践操作方法和教学数据对比。杜建华提出利用计算机技术，通过对图文、声形、视频、动画等直观生动的多媒体形式的信息内容进行非线性、动态的组织，借助丰富的交互方式，较好地培养学生主动探究的能力，更有利于教学目标的实现[2];但该研究仍然停留在将计算机作为放映工具，对计算机的图形学建模、运动模拟和电子控制模拟等核心操作对通用技术的有效教学作用未作研究。马树斌提出利用计算机辅助教学化抽象为具体，利用计算机进行复杂空间结构的立体结构建模，有利于抽象结构的直观教学[3];但没有涉及技术选考疑难问题的教学，也没有相应对比教学研究。

    综上所述，计算机辅助教学解决通用技术选考疑难问题是一个较有价值的研究方向。

    3 计算机辅助教学解决通用技术选考疑难问题的实践与探索

    通用技术在让每个学生具备基本学科核心素养的同时，针对要参加高考选考的学生有更专业、更严格的要求。因此，根据学生特点研究有效教学策略和手段，才能做到保障基础的同时，又能有较强的趣味性和较高的层次，让每一个学生都享受通用技术教育的乐趣和成果。通用技术的实训室建设、教具制作以及项目式教学仍然在逐步建设和完善中，因此，计算机辅助教学在这个过渡时期显得较为重要。

    计算机实体建模，解决立体与三视图转换的视觉误差问题 ?在三视图教学中，固定方向的正等轴测图在向三视图转换过程中存在视觉误差，如果仅利用平面绘制来讲解，收效甚微。如图1所示，由于视觉误差，学生会认为三视图左视图的答案是B选项。而对于正确答案C选项，教师利用该视图很难快速地讲清楚投影关系。

    如果利用计算机实体建模，不仅能快速地将该实体的生成过程一步步呈现在学生眼前，还能多角度甚至切换显示模式，使学生观察到视图角度动态转换后的对应视图，并通过透明度的改变，使学生观察到被面所遮挡的面和线条的关系。如图2所示，CAD软件的建模不仅能清晰呈现多视角的立体，帮助学生快速理解视觉误差中的斜线是在平行于主视图投影平面的面上，学生可在短时间内掌握视图投影关系和消除立体视觉误差。

    计算机实体模型生成过程演示，解决完整尺寸链标注问题 ?通过计算机建模的实体生成过程，学生还能较好地形成完整、正确的尺寸标注习惯。如图3所示，在用计算机进行建模过程中，对称V形开口的标注涉及角度标注和两个方向的尺寸表达，并且涉及不多标、不少标地完成尺寸约束关系。当完整尺寸链形成后，图形中的线条会由绿色变为黑色，这样学生就能通过自己尝试标注，观察颜色变化而判断自己的尺寸標注情况，基本不用教师进行订正，大大提高自主学习效率。

    通过完整尺寸链标注，可以唯一且准确地将需要的形状在计算机中切割出来，使学生快速形成尺寸标注是十分严谨而有实际加工意义的观念，消除随意标注也可以的错误认识。

    计算机绘制平面相似形，解决三视图补线问题 ?对于选考通用技术的学生而言，缺乏立体轴测图的二维平面正投影三视图补线是教学中的难点，学生有畏难情绪，掌握情况一直不好。因此，巧用计算机绘制相似形，并利用立体和精确平面绘图，可以帮助学生加快、加深理解。

    在三视图补线教学中，通常教师在黑白平面上绘制还原立体，并且依次讲解点、线、面的对应关系。由于黑板上的立体是静止且不精确的，对于复杂立体的表达也不全面，这样的方法在讲解中费时、费力，学生也不易完全理解，换了一道新题目就又不会表达了。在高考中，时间非常紧张，学生也没有时间根据缺少线条的三视图重新构造一个立体。因此，在平时教学中利用计算机帮助其理解立体中面的投影关系及对应形状，就显得比较重要。采用计算机作图并展示讲解相似形法，通过相似的平面来解决平面补线问题，就避开了立体还原环节，在补出线条后，立体自然更容易呈现在学生头脑中。

    如图4所示一个经过多次切割的图形，可以看出，在缺少立体图的情况下，学生要完成补线是非常困难的。因此，利用计算机建模，通过动态的视觉转换和精确的平面图绘制相似形进行视图的“三三对应”，可以让学生对各投影图形进行定形后再精确定位，提高三视图补线的正确率。

    如图5所示，通过计算机作图，能精确得到各斜面及其正投影图形，图形形状及区域完全符合主视图、左视图和俯视图的“三三对应”关系，在计算机中用不同斜度和间距的阴影线条标出，如斜面1为间距较大的阴影区域。采用计算机绘制立体和平面图，将立体问题转换为平面问题，通过精确的作图和多视角的计算机图形呈现，有助于学生快速理解立体与平面间的对应关系，有助于解决三视图补线难点问题。

    计算机电路仿真，解决复杂电路逻辑问题 ?在电路图教学中，功能和现象的直观表达能使学生将理论或线条符号等与现实结合，帮助其理解和绘制电路图。三极管是电路图教学中的难点，学生在理解和自己绘制时都会遇到很多问题，问题的根源是教师将原理讲解得很清楚，但是忽略了让学生观察现象、分析思考。因此，在教学中引入计算机辅助仿真软件，清晰地将控制过程和现象变化呈现在学生面前是很有必要的。

    LiveWire就是一款非常适合电路图图样表达和仿真教学的软件。如图6所示，对于三极管Q3的基极电压的调整，可以清晰地通过调节热敏电阻R5的温度和可调电阻VR1的阻值，发光二极管D4随之发光，而且在断开SW1时仍然保持发光。如此复杂的电路如果没有现象的支撑和调节演示，学生必然很难接受和理解，更不要说让学生设计和绘制电路图。图6中的符号以及大小布局都较为规范，有助于学生在选考中设计电路和电路图连线时也形成规范的意识。

    计算机装配体建模，解决机构运动趋势与受力分析问题 ?机构的运动趋势判断和各构件受力分析是技术选考的热点和难点问题。分析其原因，主要是选考出现的复杂机构中构件数量多，构件间的连接方式多样，必然运动趋势就难以判断，更不要说让学生分析出每个构件的受力情况。在教学中，教师通常采用展示静态机构图，然后通过描述让学生想象运动趋势。这样的教学在平时的检测中发现收效甚微。利用计算机装配体建模进行动态教学有助于解决这一问题。

    如图7所示，计算机绘制机构的装配体可以动态展示各构件受力后的机构运动趋势，还能迅速改变机构连接情况，比较分析运动趋势和受力状态。学生可以用鼠标轻易地对构件进行外力施加，从而观察机构的运动变化，增强学习的趣味性和自主探究性，将枯燥的受力分析问题转化为生动的结构动态探究问题，使学生快速理解各种结构的受力运动变化，形成对情境的记忆，教学效果较好。

    4 设置参考组进行选考测试验证

    选取两个技术选考教学班作为对照组进行选考测试验证，分别命名为A1班和A2班。A1班和A2班均为在高一学考结束后重组的学情基本一致的选考教学班，由两名教学经验丰富的教师分别执教，分班前成绩见表1。

    A1班在讲解技术选考疑难问题时采用计算机辅助教学，A2班则仍用板书、PPT进行教学，以此来分析不同的教学方法对学生解决选考疑难问题能力的影响。经过半个学期的学习，进行一次选考模拟测试，A1班和A2班的相关疑难问题得分情况和总分情况见表2。

    模拟测试结束后，学生立刻面临技术选考提前考试。A1班提前考七人，四人取得100分，三人取得97分;A2班两人提前考，均取得97分。从数据对比可以看出，通过生动、直观的计算机辅助教学，学生对选考疑难问题的掌握速度较快，自信心较足，对于选考疑难问题的畏惧心理较弱。

    经过两年的学习，A1班和A2班最终的高考选考成绩情况见表3。

    综合分析表2、表3数据可以得出：计算机辅助教学可以使学生对选考疑难问题理解得更为透彻，因此，高分段学生更多，取得较好的效果。传统教学手段通过较长时间的教学，仍然能取得较好的教学效果，学生最终的知识点掌握情况与计算机辅助教学的教学效果相差不大。

    5 结论与展望

    高中通用技术选考实施时间不长，计算机辅助教学解决通用技术选考疑难问题也处于探索阶段。通过教学实践，得出结论。

    1）计算机辅助教学在物化能力不足、教学耗材短缺或课时不足的情况下，能通过立体建模、动态结构運动演示和电学控制中便捷的参数改变而产生声光变化的多样化呈现，提高学生的学习效率和兴趣。

    2）计算机辅助教学能在既满足学力较强学生的同时，又能让学力较差、运动想象和立体思维能力较弱的学生通过平面相似形或自己在计算机上操作的自主探究式学习解决选考疑难问题，由简到难，消除畏难情绪，取得较好效果。

    3）通过数据分析，基本可以得出计算机辅助教学可以使学生在较短的时间理解选考疑难问题，这样就可以有较多的时间探索其他多样化的教学方式，促进学生学科核心素养的形成。传统教学手段通过较长时间的教学，也能取得较好的教学效果。

    4）对于能力较强的教师，要通过自己的物化或现代技术的引入，精心设计更多的提高选考疑难问题教学有效性的方法;对于教学能力较薄弱的教师，也可以通过物化过程和计算机辅助软件的学习提升技能，为多样性教学打下基础，以提高教学的有效性。

    参考文献

    [1]徐丹.计算机辅助教学在通用技术课中的应用[J].课程教材教学研究：中教研究，2012（7）：41-42.

    [2]杜建华，郭金枝.通用技术教学中计算机辅助教学的作用[J].中国教育技术装备，2011（25）：143-144.

    [3]马树斌.通用技术教学中计算机辅助教学的作用[J].新课程，2016（2）：68.