翻过“三座大山”：Solidworks在通用技术教学中的应用
郑三和
通用技术是以提高学生的学科核心素养为主旨，以设计学习、操作学习为主要特征的一门立足实践、注重创造、体现科技与人文相统一的课程。[1]通用技术作为普通高中的一门必修课程，在不断发展的过程中，也遇到了一些棘手的问题，为了高效地解决这些问题，笔者通过教学实践，提出应用Solidworks 3D建模软件予以解决，促进学生多方面素质的全面发展，从而提高教学质量和效率。
● 通用技术教学中存在的问题
在高中通用技术教学实践中，遇到的棘手问题主要有：①空间几何三视图问题。该部分内容既是学科考查的重点也是难点。该类问题非常考验学生的空间几何想象能力，而这种能力也是传统教学难以培养和提升的。②结构运动分析问题。解答该类问题需要的是动态的空间几何想象能力，并且部分试题还需应用数学几何计算相关的知识点，才能准确地判断出该结构各组成部分之间运动时的相互作用及影响。③结构受力分析问题。解答该类问题既需要理解结构的运动方式，又需要结合物理力学知识进行分析解答。
这三类问题关系密切、层层递进、环环相扣，犹如三座大山，紧紧挨在一起。如何翻过这“三座大山”呢？教师通常的解决方法是在黑板上多角度画出立体形状的轴测图或制作实物模型。在当前教学手段日益丰富的情况下，这些问题能否通过技术手段解决呢？
● Solidworks软件
SolidWorks软件功能强大，易学易用，是基于Windows开发的3D数字建模软件，利用该软件可以将通用技术中涉及空間几何、结构运动和结构受力分析的相关内容建立3D数字模型，以投影的形式将模型的各个角度和细节、机构中各个零部件的装配过程展示出来，也可以利用软件建立运动算例，模拟机构各个零件的工作运转情况，还可以利用软件的Simulation有限元分析仿真功能，模拟结构受力时各个构件的应力应变情况。
● Solidworks在通用技术教学中的应用
1.Solidworks空间几何三视图教学
三视图的教学是比较抽象并且难以理解的，它的技能性和操作性也是最强的，需要学生有较好的空间想象能力和较强的动手能力。三视图在工业设计中是表达与交流设计构思、设计方案的一种常用的工程技术语言，学生不但要学会识读三视图，而且还要学会绘制简单的三视图，并且在今后的设计实践中，能够运用三视图来表达自己的设计构思，与他人交流设计方案，从而获得全面的评价，优化设计方案。[2]同时，三视图也是通用技术考试中的重点考查内容。下面以考题为例（如图1），简述如何利用Solidworks突破空间几何三视图教学难点。
该类考题不但考查学生对三视图的理解和绘制，而且测试了学生的空间想象能力以及立体图绘制能力。讲解这类考题需要利用Solidworks建立三维数字模型从各个角度展示该立体模型：运用Solidworks中的“拉伸凸台/基体”功能，建立相应比例的长方体，如图2（a）所示;运用“拉伸切除”功能，切除相应长方体部分，如图2（b）所示;运用“参考几何体”配合“拉伸切除”功能，切除相应三角体部分，如图2（c）所示;运用“视图定向”功能，选择合适的角度将数字3D模型进行展示，如图2（d）所示。学生观看数字3D模型之后，能对题目的立体图形清晰明了，之后即可对照立体图补画出相应的三条图线。教师也可利用Solidworks的“从零件/装配体制作工程图”功能选择合适的视图，快速制作出该立体模型的三视图以及正等轴测图，且均以线框图形式表达，如图3所示。
2.Solidworks结构运动分析教学
结构运动分析的内容隐含于《技术与设计2》的第一单元“结构与设计”中，该部分教学要求学生能对常见的结构进行分析，能够对事物的结构动手改造和革新，提出合理化的结构设计。结构不仅是事物存在的一种形式，而且对事物的功能和作用产生直接影响，结构的改变可能导致功能的变化。[3]分析一个结构的运动方式，可以更好地了解这个结构的功能，还可以设计适合该结构工作运转的连接件。通用技术对该部分内容学生学习情况的考查主要有两种形式：选择题，即在几个结构中选择出符合题目对工作运转要求的结构;设计题，即在分析理解的基础上设计出结构工作运转所需的连接件。下面以考题为例（如图4），简述利用如何Solidworks突破结构运动分析教学难点。
动态结构零件的设计不利用静态结构零件的设计的是，学生需要理解结构的工作运转方式，即各个组成部分是如何连接和运动的，对学生的结构设计思维和理念提出了更高的要求。利用Solidworks建立该捣碎机的数字模型，可以从各个角度展示捣碎机各个零部件之间的连接方式及其运动轨迹。首先，利用SolidWorks建立各个零件的数字3D模型，再进入“装配体”模式，将捣碎机组装完成，如图5所示。接着，可以在Solidworks中对该模型生成运动算例，并选择合适的视图方位展示捣碎机的运动过程。
3.Solidworks结构受力分析教学
结构受力分析是《技术与设计2》第一单元第一节“常见结构的认识”中的知识点。该部分内容的教学目标是使学生了解结构与力的关系，学会结构受力的分析方法，能够简单分析结构是如何承受力的。通用技术介绍了构件的五种主要受力状态：受拉、受压、受弯曲、受剪切和受扭转。考试中需要学生判断结构各个组成构件的受力状态。下面以考题为例（如图6），简述利用如何Solidworks突破结构运动分析教学难点。
学生首先要理解结构的工作运转情况，才能进行受力分析，必要时需要结合物理力学的知识进行解答。首先，利用SolidWorks建立各个构件的数字模型，再进入“装配体”模式，将机械手组装完成，如图7所示。接着，打开Simulation有限元分析插件，对建立好的机械手模型设置相应的材料参数、约束和网格划分，进行有限元模拟仿真，即可模拟出在力F作用下，机械手夹紧工件时各个构件的应力应变情况。
● 结束语
应用Solidworks软件来辅助和优化通用技术课程，可以有效地改善通用技术在讲解空间几何三视图问题、结构运动分析问题和结构受力分析问题时效率低下的情况。运用该软件能将具体形象与抽象概念相结合，能激发学生的学习兴趣和热情，有助于发展学生的观察能力、形象思维能力，加深学生对知识的理解巩固，为提高通用技术教学质量和效率提供了一个切实可行的方法。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.普通高中通用技术课程标准[M].北京：人民教育出版社，2017.
[2]刘启华.高中通用技术三视图教学的几点体会[J].教育教学研究，2011，7（09）：110-111.
[3]顾建军.技术与设计2[M].南京：江苏凤凰教育出版社，2012.
