傳統(tǒng)機(jī)械用具在現(xiàn)代教學(xué)中的應(yīng)用研究

劉澤田 肖芳卿 何理

摘要：傳統(tǒng)機(jī)械用具是我國(guó)傳統(tǒng)文化的重要組成部分，隨著現(xiàn)代科技和工業(yè)化的發(fā)展，傳統(tǒng)用具幾乎已被現(xiàn)代器械所替代。但是，現(xiàn)代教學(xué)內(nèi)容與傳統(tǒng)機(jī)械用具所涉及的名詞以及原理存在很強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。本文綜合利用現(xiàn)代測(cè)繪、三維建模、逆向工程、3D打印、VR和機(jī)電一體化等技術(shù)，以典型傳統(tǒng)用具水排為例，探討將傳統(tǒng)機(jī)械用具引用于現(xiàn)代教學(xué)中的意義和實(shí)施方法。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)機(jī)械用具;現(xiàn)代教學(xué);水排;數(shù)字化模型;實(shí)物模型

中圖分類號(hào)：G4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2020.25.065

中華傳統(tǒng)文化是中華文明成果根本的創(chuàng)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(tài)的總體。其中，傳統(tǒng)機(jī)械用具是物質(zhì)文化的一個(gè)重要載體，這些偉大的發(fā)明創(chuàng)造體現(xiàn)著人們對(duì)生產(chǎn)生活進(jìn)行的積極思考和探索實(shí)踐，這無(wú)疑對(duì)社會(huì)發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。隨著科技、工業(yè)化的高速發(fā)展，這些傳統(tǒng)機(jī)械發(fā)明逐漸被越來(lái)越先進(jìn)的生產(chǎn)器械所取代，因無(wú)法得以合理傳承而逐漸走向消亡，這給我國(guó)優(yōu)秀傳統(tǒng)文化造成了巨大損失。為此，我們應(yīng)當(dāng)將這些優(yōu)秀文化借以更合理、符合時(shí)代的方式帶到人們的視野，并將其良好傳承下去。據(jù)分析，傳統(tǒng)機(jī)械用具所蘊(yùn)含的理論知識(shí)和文化內(nèi)涵與目前學(xué)校的教學(xué)內(nèi)容具有很強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。本文將傳統(tǒng)機(jī)械用具與當(dāng)今課本理論知識(shí)相融合，探討一種兼具提高課堂教學(xué)質(zhì)量和傳承古代發(fā)明創(chuàng)造的授課新模式。

1傳統(tǒng)機(jī)械用具教學(xué)中應(yīng)用方法

1.1搜集傳統(tǒng)用具的相關(guān)資料

傳統(tǒng)機(jī)械用具種類繁多，包括機(jī)械農(nóng)具、生活用具、兵器等。通過(guò)網(wǎng)上查詢、書(shū)籍閱覽、博物館探訪等方式，對(duì)這些傳統(tǒng)機(jī)械用具的創(chuàng)造背景、知識(shí)原理和具體實(shí)用意義等資料進(jìn)行搜集。挖掘傳統(tǒng)機(jī)械用具中可應(yīng)用于當(dāng)代中小學(xué)、大學(xué)各學(xué)科內(nèi)容的部分，進(jìn)行分類整理，歸納總結(jié)并匯編成冊(cè)。

1.2建立傳統(tǒng)用具的數(shù)字化模型并制作仿真視頻

對(duì)可拆裝的小型機(jī)具進(jìn)行測(cè)量，用三維繪圖軟件將其制成三維模型;而對(duì)年代久遠(yuǎn)、不便拆裝的大型用具進(jìn)行三維掃描，生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將其逆向建模制成三維模型;目前已無(wú)實(shí)物參考的機(jī)具，按書(shū)中描述將其復(fù)原制成三維模型。然后，在建立三維模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用仿真軟件將各機(jī)械的基本運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬，生成仿真運(yùn)動(dòng)視頻。同時(shí)，在視頻中添加文字說(shuō)明，進(jìn)行完整性介紹。對(duì)于具有功能操控性的器具，可利用VR/AR技術(shù)增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的體驗(yàn)感。

1.3制作傳統(tǒng)用具實(shí)物模型，搭建實(shí)物演示

運(yùn)用3D打印技術(shù)和機(jī)械加工制作等方式，將這些用具做成直觀性強(qiáng)，可實(shí)際觀察觸摸的微縮模型，加入電機(jī)驅(qū)動(dòng)及單片機(jī)控制等機(jī)電一體化技術(shù)，建立自動(dòng)演示模型。

1.4將傳統(tǒng)用具數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，建立數(shù)據(jù)庫(kù)

完成以上工作，便可將文字資料、仿真視頻、實(shí)物模型等一系列數(shù)據(jù)集成在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，運(yùn)用現(xiàn)代圖紙分享軟件，將數(shù)據(jù)庫(kù)生成鏈接或二維碼，通過(guò)掃碼便可直接獲取數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)所有數(shù)據(jù)，便于日常教學(xué)的查找運(yùn)用。與此同時(shí)，繼續(xù)搜集我國(guó)歷史發(fā)展進(jìn)程中具有教學(xué)研究意義、民族特色的機(jī)械用具，不斷完善數(shù)據(jù)庫(kù)。

2在現(xiàn)代教學(xué)中的應(yīng)用——以水排為例

首先，對(duì)水排的相關(guān)資料進(jìn)行搜集整理，制作水排的三維模型、微縮模型和運(yùn)動(dòng)仿真視頻，如圖1、圖2。

東漢建武七年，杜詩(shī)發(fā)明了利用水力鼓風(fēng)鑄鐵的機(jī)械水排，她因此被世人尊稱為“杜母”。水排在創(chuàng)造設(shè)計(jì)的過(guò)程中涉及到諸多方面的知識(shí)原理，是古代機(jī)械發(fā)明的一個(gè)重大突破。在中學(xué)歷史課堂上，古代工業(yè)占據(jù)很大篇章，而冶鐵技術(shù)是古代工業(yè)中不可或缺的一部分，水排作為水力鼓動(dòng)鼓風(fēng)設(shè)備向鑄鐵爐里壓送空氣，極大解放了人力、畜力，對(duì)古代冶鐵業(yè)產(chǎn)生了巨大促進(jìn)作用，老師在講解這部分內(nèi)容時(shí)可以引出水排這一例子，讓同學(xué)們觀閱水排的視頻講解，加深對(duì)這部分知識(shí)的印象，領(lǐng)略古人的創(chuàng)造智慧;在中學(xué)物理能量轉(zhuǎn)化定律和功的知識(shí)點(diǎn)中，也可以借助水排的運(yùn)動(dòng)仿真模型講解水的動(dòng)能如何轉(zhuǎn)化為機(jī)械能再讓機(jī)械能做有用功;圓周運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)也同樣可以結(jié)合水排中的水輪運(yùn)動(dòng)給學(xué)生進(jìn)行講解;甚至大學(xué)階段的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)課程中也能引出水排一例，水排以水作為原動(dòng)力，將機(jī)械和力學(xué)方面的知識(shí)相互結(jié)合，其包括的曲柄連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪等在課程知識(shí)點(diǎn)上，學(xué)生可通過(guò)觀察水排的微縮模型、動(dòng)態(tài)視頻等，更為直觀地了解這些機(jī)構(gòu)的作用原理，平日乏味、難以理解的文字內(nèi)容將得以生動(dòng)和形象化。

3思考和總結(jié)

當(dāng)前我國(guó)人民對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械用具普遍存在無(wú)從認(rèn)知、了解局限和缺乏傳承等問(wèn)題，而在現(xiàn)代教學(xué)尤其是理科課堂中，學(xué)生僅通過(guò)看教材、聽(tīng)講解是難以對(duì)部分抽象概念進(jìn)行消化的。本文將傳統(tǒng)機(jī)械用具進(jìn)行數(shù)字化，實(shí)物模型化，應(yīng)用到當(dāng)代教學(xué)課堂中，在有效提高教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)，能讓學(xué)生接觸了解我國(guó)的傳統(tǒng)制造發(fā)明，體會(huì)古人的造物思想，激發(fā)其創(chuàng)新思維和動(dòng)手實(shí)踐能力，接受優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的熏陶，進(jìn)一步提高文化自信。與此同時(shí)，這些珍貴的歷史發(fā)明也將得以良好傳承下去。

參考文獻(xiàn)

[1]王健慧，朱宏軒.基于工業(yè)設(shè)計(jì)視角的傳統(tǒng)工具數(shù)字化保護(hù)研究[J].設(shè)計(jì)，2019，32（22）：140142.

[2]王星光，柴國(guó)生.略論中國(guó)古代的冶金鼓風(fēng)設(shè)備與技術(shù)[J].商丘師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，（04）：4650.

[3]楊世玲，向功周，郭丙凱.民族地區(qū)傳統(tǒng)水車的力學(xué)原理及美學(xué)研究[J].凱里學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，32（03）：2325.

[4]丁宏.水排在古代大型冶鐵工程上的應(yīng)用——以蒲津橋的冶鑄實(shí)物為例[J].科學(xué)技術(shù)哲學(xué)研究，2012，29（02）：7176.