基于真實情境問題的通用技術課堂教學研究

【摘要】要達成通用技術核心素養的通用技術課程需要教師打破傳統教學的模式，精心設計學習活動，運用真實的問題情境，鼓勵學生探究，在理解知識的基礎上能夠加以應用，從而促進其問題解決能力的遷移和創造能力的養成。本文將以真實情境下的問題，電池低電壓檢測指示電路的設計與制作為例，研究學生在真實問題情境下通用技術課堂學習情況。

【關鍵詞】真實情境? 探究學習? 技術核心素養

【中圖分類號】G63 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）30-0079-02

先前的技術課程中，學生已經理解電子控制電路的工作環節，能用方框圖描述系統的組成和工作過程，掌握基本電子元器件的原理，體驗電路設計和制作的過程，運用現有的電子元器件設計并制作了簡單的光傳感電路，具備電子控制技術的基礎。

如何促成學生技術核心素養中創新設計，工程思維的養成？以往的課程中，總是以教師創設的問題情境引入教學，這些問題往往不能夠提升學生的興趣。

一、選取學生社團活動中的具體問題，創設具體問題情境

本學期，我校機器人社團的同學在訓練過程中，遇到了開源的機器人經常會出現不穩定的問題。剛開始，大家都認為是程序編寫的原因，總結多次經驗后發現，每當機器人換上新電池的一段時間內，運行比較穩定，調試時間長一些以后，就會出現問題。這是因為電池的電壓不足了，給控制板提供的電壓過低，導致機器人不穩定。

教學班級中正好有幾位機器人社團學生，請他們在課堂分享調試的過程中遭遇的問題和解決方法。“當電池電壓小于8.7V時，機器人就不太穩定了。所以，在接下來的訓練過程中，只要機器人出現程序跑飛的情況，大家第一步就用萬用表進行檢測，人工排查電池電壓的原因，這樣就給機器人調試又增加了一個步驟，這個方法既不方便又浪費時間。”

同學分享的問題更容易激發學生的興趣，便于在接下來的課堂學習中展開基于問題情境的學習，探究控制系統知識在具體情境問題中的應用，嘗試提出解決方法，設計并制作一個電源低電壓檢測指示的控制電路。

二、運用控制電路的知識，對目標電路進行需求分析

師：談到設計電路，首先，需要對目標電路進行分析，這個電路需要具備什么樣的功能？

生：電池電壓的值高于或者低于8.7V時，電路會有不同的指示。可以使用發光二極管LED進行指示。

師：現在可以確定，在這個控制電路中，被檢測的物理量是什么？

生：電池電壓。

師：電池電壓也就是控制電路的輸入量。

師：那這個控制電路的輸出，用什么來表示？也就是我們用來進行指示或者提醒的量？

學生：發光二極管LED，利用發光二極管的亮或者不亮表示輸出。

在這個環節當中，學生能夠熟練使用控制系統方框圖直觀地表示目標電路的設計需求，便于確定輸入和輸出間的對應關系。

三、依據目標電路需求選擇電子元器件，嘗試設計

師：采用什么電子元器件應用到這個電路中呢？讓我們想一想，可以使用什么元器件？當電池電壓大于8.7V或者小于8.7V時，電路中就像有一個開關一樣，控制發光二極管亮或者不亮。

生：可以使用具有開關特性的元器件，三極管。

教師引導學生回顧熟悉的光傳感控制電路，回憶此電路中，光照強度的變化引起了光敏電阻的阻值變化，從而使電阻R2上分得的電壓發生改變，通過光照強度的變化來控制三極管是否導通。

學生在這個電路的基礎上嘗試進行設計，探究電路是否能夠滿足需求。

生：當電池電壓大于8.7V時，R2上分得的電壓大于0.7V，也就是三極管基極處電位大于0.7V，能夠導通，發光二極管點亮;電池電壓小于8.7V時，三極管基極處的電位小于0.7V，不能導通，發光二極管不亮。

光傳感電路

這個電路能夠指示電池電壓大于8.7V的情況，已經初步完成對電池電壓變化指示的功能。但是在實際的訓練過程中，不能及時注意到發光二極管狀態的變化，那就希望有更能吸引人注意的提醒，比如來點聲音的提示。

教師提醒：可以使用有源蜂鳴器，將原先電路中的發光二極管更換成蜂鳴器。

學生嘗試添加新的電子元器件優化設計電路，思考設計具有聲音提示功能的檢測電路，希望它在什么電壓區間內發聲提醒呢？

生：電路需要在機器人電池電壓不足時發聲提醒同學更換電池，而能夠正常工作的電壓區間內不需要發出聲音提醒，影響正常訓練。

確定控制電路工作情況，它在電池電壓大于8.7V時，蜂鳴器不工作;在電池電壓小于8.7V時，蜂鳴器發出聲音提醒。

教師設問：如果直接應用蜂鳴器替換電路中發光二極管的位置，能不能滿足現在設計的需求？

學生繼續探究輸入與輸出恰好相反的電路。當輸入端有輸入時，輸出端沒有輸出，沒有輸入時，輸出端反而有輸出。在此基礎上，學生開展電路設計。

四、繪制電路設計圖，并分析電路原理，改進設計

學生展示電路設計圖，并對自己的電路進行分析，是否能夠滿足目標電路的需求。學生在對比自己設計電路之后，更能加深對電子元器件功能的理解，從而設計出正確的控制電路。

設計電路1

設計電路2

設計電路3

學生完成電路的設計后，以小組為單位，嘗試電路的搭建和測試，檢驗設計是否成功。在接下來的課程中，學生可以將測試成功的電路焊接在電路板上，完成低電壓檢測指示功能電路的實物制作。

【案例反思】

在真實問題情境的探究學習中，學生展示了技術能力，從分析需求電路的輸入輸出，到設計合適的電路，再到最后的搭建測試，幫助機器人社團的同學解決了生活中的實際問題，體驗了完整的開環系統的設計制作過程，增強了創新設計和工程思維的能力。

在新課程標準的要求下，通用技術課程教學要在傳統教學的基礎上發生改變，立足于學生的直接經驗和生活認知，精心設計學習活動，盡量將新知識的認知與學生已有的經驗相關聯，尋找真實問題的學習情境。

在課程教學中，教師應多采取自主學習、合作探究等靈活的學習方式，注重學生對知識的理解應用能力，提高學生實踐的能力，激發學生的創造能力，促進學生學科核心素養的形成。

參考文獻：

[1]普通高中通用技術課程標準（2017版2020修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2]何惠安.基于問題情境的“氨”作業設計[J].數理化學習（高中版），2020（2）.

作者簡介：

孔維鵬（1986年-），女，漢族，江蘇南京人。