計算機輔助教學解決通用技術選考疑難問題的實踐與探索

王志強

摘 ?要 為了對立體與平面轉換、尺寸鏈構建、三視圖補線、復雜電學邏輯分析和機構運動趨勢與受力分析等通用技術選考疑難問題進行有效教學，在物化能力不足、教學耗材短缺、課時不足的情況下，利用計算機輔助教學。通過對教學班級對比測試，表明計算機輔助教學一定程度上提高了教學的有效性。

關鍵詞 計算機輔助教學;通用技術;選考;實訓室

中圖分類號：G633.67 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）17-0109-04

1 引言

通用技術選考的教學內容涉及較多的模塊，教學中學生較難掌握的問題是技術圖樣的圖樣表達、復雜電學邏輯分析和機構運動趨勢與受力分析。對于圖樣表達所涉及的立體與平面轉換、尺寸鏈構建、三視圖補線問題，較多教師采用的教學手段仍然是平面化教學和靜態的教學，學情一般的學生會感到枯燥難學，逐漸失去學習興趣。對于電路分析，要通過清晰明了的元器件狀態與對應現象分析來理解電路控制邏輯關系;對于受力問題，則需要動態視覺感官感受運動趨勢，從而判斷受力情況。這些疑難問題如果僅依靠板書的靜態講解，則很難實現教學目標。

通用技術作為浙江省7選3高考選考科目，開始于2015年，雖然在近四年間的教學實踐中取得一定的成果，但還是有一部分學校存在物化能力不足、教學耗材短缺或課時不充足的情況。計算機具有較強的模擬仿真能力，利用其進行輔助教學可提升通用技術選考疑難問題教學的有效性。

2 通用技術計算機輔助教學研究現狀

由于通用技術作為高考選考科目的時間較短，目前關于計算機輔助教學解決通用技術選考疑難問題的研究較少。麒麟高級中學徐丹提出采用計算機輔助教學可以創造多媒體情境，降低技術設計探究的難度，從而提高探究的興趣，提高教學質量[1]，但沒有給出實踐操作方法和教學數據對比。杜建華提出利用計算機技術，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容進行非線性、動態的組織，借助豐富的交互方式，較好地培養學生主動探究的能力，更有利于教學目標的實現[2];但該研究仍然停留在將計算機作為放映工具，對計算機的圖形學建模、運動模擬和電子控制模擬等核心操作對通用技術的有效教學作用未作研究。馬樹斌提出利用計算機輔助教學化抽象為具體，利用計算機進行復雜空間結構的立體結構建模，有利于抽象結構的直觀教學[3];但沒有涉及技術選考疑難問題的教學，也沒有相應對比教學研究。

綜上所述，計算機輔助教學解決通用技術選考疑難問題是一個較有價值的研究方向。

3 計算機輔助教學解決通用技術選考疑難問題的實踐與探索

通用技術在讓每個學生具備基本學科核心素養的同時，針對要參加高考選考的學生有更專業、更嚴格的要求。因此，根據學生特點研究有效教學策略和手段，才能做到保障基礎的同時，又能有較強的趣味性和較高的層次，讓每一個學生都享受通用技術教育的樂趣和成果。通用技術的實訓室建設、教具制作以及項目式教學仍然在逐步建設和完善中，因此，計算機輔助教學在這個過渡時期顯得較為重要。

計算機實體建模，解決立體與三視圖轉換的視覺誤差問題 ?在三視圖教學中，固定方向的正等軸測圖在向三視圖轉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，學生會認為三視圖左視圖的答案是B選項。而對于正確答案C選項，教師利用該視圖很難快速地講清楚投影關系。

如果利用計算機實體建模，不僅能快速地將該實體的生成過程一步步呈現在學生眼前，還能多角度甚至切換顯示模式，使學生觀察到視圖角度動態轉換后的對應視圖，并通過透明度的改變，使學生觀察到被面所遮擋的面和線條的關系。如圖2所示，CAD軟件的建模不僅能清晰呈現多視角的立體，幫助學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，學生可在短時間內掌握視圖投影關系和消除立體視覺誤差。

計算機實體模型生成過程演示，解決完整尺寸鏈標注問題 ?通過計算機建模的實體生成過程，學生還能較好地形成完整、正確的尺寸標注習慣。如圖3所示，在用計算機進行建模過程中，對稱V形開口的標注涉及角度標注和兩個方向的尺寸表達，并且涉及不多標、不少標地完成尺寸約束關系。當完整尺寸鏈形成后，圖形中的線條會由綠色變為黑色，這樣學生就能通過自己嘗試標注，觀察顏色變化而判斷自己的尺寸標注情況，基本不用教師進行訂正，大大提高自主學習效率。

通過完整尺寸鏈標注，可以唯一且準確地將需要的形狀在計算機中切割出來，使學生快速形成尺寸標注是十分嚴謹而有實際加工意義的觀念，消除隨意標注也可以的錯誤認識。

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

在三視圖補線教學中，通常教師在黑白平面上繪制還原立體，并且依次講解點、線、面的對應關系。由于黑板上的立體是靜止且不精確的，對于復雜立體的表達也不全面，這樣的方法在講解中費時、費力，學生也不易完全理解，換了一道新題目就又不會表達了。在高考中，時間非常緊張，學生也沒有時間根據缺少線條的三視圖重新構造一個立體。因此，在平時教學中利用計算機幫助其理解立體中面的投影關系及對應形狀，就顯得比較重要。采用計算機作圖并展示講解相似形法，通過相似的平面來解決平面補線問題，就避開了立體還原環節，在補出線條后，立體自然更容易呈現在學生頭腦中。

如圖4所示一個經過多次切割的圖形，可以看出，在缺少立體圖的情況下，學生要完成補線是非常困難的。因此，利用計算機建模，通過動態的視覺轉換和精確的平面圖繪制相似形進行視圖的“三三對應”，可以讓學生對各投影圖形進行定形后再精確定位，提高三視圖補線的正確率。

如圖5所示，通過計算機作圖，能精確得到各斜面及其正投影圖形，圖形形狀及區域完全符合主視圖、左視圖和俯視圖的“三三對應”關系，在計算機中用不同斜度和間距的陰影線條標出，如斜面1為間距較大的陰影區域。采用計算機繪制立體和平面圖，將立體問題轉換為平面問題，通過精確的作圖和多視角的計算機圖形呈現，有助于學生快速理解立體與平面間的對應關系，有助于解決三視圖補線難點問題。

計算機電路仿真，解決復雜電路邏輯問題 ?在電路圖教學中，功能和現象的直觀表達能使學生將理論或線條符號等與現實結合，幫助其理解和繪制電路圖。三極管是電路圖教學中的難點，學生在理解和自己繪制時都會遇到很多問題，問題的根源是教師將原理講解得很清楚，但是忽略了讓學生觀察現象、分析思考。因此，在教學中引入計算機輔助仿真軟件，清晰地將控制過程和現象變化呈現在學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和仿真教學的軟件。如圖6所示，對于三極管Q3的基極電壓的調整，可以清晰地通過調節熱敏電阻R5的溫度和可調電阻VR1的阻值，發光二極管D4隨之發光，而且在斷開SW1時仍然保持發光。如此復雜的電路如果沒有現象的支撐和調節演示，學生必然很難接受和理解，更不要說讓學生設計和繪制電路圖。圖6中的符號以及大小布局都較為規范，有助于學生在選考中設計電路和電路圖連線時也形成規范的意識。

計算機裝配體建模，解決機構運動趨勢與受力分析問題 ?機構的運動趨勢判斷和各構件受力分析是技術選考的熱點和難點問題。分析其原因，主要是選考出現的復雜機構中構件數量多，構件間的連接方式多樣，必然運動趨勢就難以判斷，更不要說讓學生分析出每個構件的受力情況。在教學中，教師通常采用展示靜態機構圖，然后通過描述讓學生想象運動趨勢。這樣的教學在平時的檢測中發現收效甚微。利用計算機裝配體建模進行動態教學有助于解決這一問題。

如圖7所示，計算機繪制機構的裝配體可以動態展示各構件受力后的機構運動趨勢，還能迅速改變機構連接情況，比較分析運動趨勢和受力狀態。學生可以用鼠標輕易地對構件進行外力施加，從而觀察機構的運動變化，增強學習的趣味性和自主探究性，將枯燥的受力分析問題轉化為生動的結構動態探究問題，使學生快速理解各種結構的受力運動變化，形成對情境的記憶，教學效果較好。

4 設置參考組進行選考測試驗證

選取兩個技術選考教學班作為對照組進行選考測試驗證，分別命名為A1班和A2班。A1班和A2班均為在高一學考結束后重組的學情基本一致的選考教學班，由兩名教學經驗豐富的教師分別執教，分班前成績見表1。

A1班在講解技術選考疑難問題時采用計算機輔助教學，A2班則仍用板書、PPT進行教學，以此來分析不同的教學方法對學生解決選考疑難問題能力的影響。經過半個學期的學習，進行一次選考模擬測試，A1班和A2班的相關疑難問題得分情況和總分情況見表2。

模擬測試結束后，學生立刻面臨技術選考提前考試。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。從數據對比可以看出，通過生動、直觀的計算機輔助教學，學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。

經過兩年的學習，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數據可以得出：計算機輔助教學可以使學生對選考疑難問題理解得更為透徹，因此，高分段學生更多，取得較好的效果。傳統教學手段通過較長時間的教學，仍然能取得較好的教學效果，學生最終的知識點掌握情況與計算機輔助教學的教學效果相差不大。

5 結論與展望

高中通用技術選考實施時間不長，計算機輔助教學解決通用技術選考疑難問題也處于探索階段。通過教學實踐，得出結論。

1）計算機輔助教學在物化能力不足、教學耗材短缺或課時不足的情況下，能通過立體建模、動態結構運動演示和電學控制中便捷的參數改變而產生聲光變化的多樣化呈現，提高學生的學習效率和興趣。

2）計算機輔助教學能在既滿足學力較強學生的同時，又能讓學力較差、運動想象和立體思維能力較弱的學生通過平面相似形或自己在計算機上操作的自主探究式學習解決選考疑難問題，由簡到難，消除畏難情緒，取得較好效果。

3）通過數據分析，基本可以得出計算機輔助教學可以使學生在較短的時間理解選考疑難問題，這樣就可以有較多的時間探索其他多樣化的教學方式，促進學生學科核心素養的形成。傳統教學手段通過較長時間的教學，也能取得較好的教學效果。

4）對于能力較強的教師，要通過自己的物化或現代技術的引入，精心設計更多的提高選考疑難問題教學有效性的方法;對于教學能力較薄弱的教師，也可以通過物化過程和計算機輔助軟件的學習提升技能，為多樣性教學打下基礎，以提高教學的有效性。

參考文獻

[1]徐丹.計算機輔助教學在通用技術課中的應用[J].課程教材教學研究：中教研究，2012（7）：41-42.

[2]杜建華，郭金枝.通用技術教學中計算機輔助教學的作用[J].中國教育技術裝備，2011（25）：143-144.

[3]馬樹斌.通用技術教學中計算機輔助教學的作用[J].新課程，2016（2）：68.