基于真實(shí)情境問(wèn)題的通用技術(shù)課堂教學(xué)研究

【摘要】要達(dá)成通用技術(shù)核心素養(yǎng)的通用技術(shù)課程需要教師打破傳統(tǒng)教學(xué)的模式，精心設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)，運(yùn)用真實(shí)的問(wèn)題情境，鼓勵(lì)學(xué)生探究，在理解知識(shí)的基礎(chǔ)上能夠加以應(yīng)用，從而促進(jìn)其問(wèn)題解決能力的遷移和創(chuàng)造能力的養(yǎng)成。本文將以真實(shí)情境下的問(wèn)題，電池低電壓檢測(cè)指示電路的設(shè)計(jì)與制作為例，研究學(xué)生在真實(shí)問(wèn)題情境下通用技術(shù)課堂學(xué)習(xí)情況。

【關(guān)鍵詞】真實(shí)情境? 探究學(xué)習(xí)? 技術(shù)核心素養(yǎng)

【中圖分類號(hào)】G63 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）30-0079-02

先前的技術(shù)課程中，學(xué)生已經(jīng)理解電子控制電路的工作環(huán)節(jié)，能用方框圖描述系統(tǒng)的組成和工作過(guò)程，掌握基本電子元器件的原理，體驗(yàn)電路設(shè)計(jì)和制作的過(guò)程，運(yùn)用現(xiàn)有的電子元器件設(shè)計(jì)并制作了簡(jiǎn)單的光傳感電路，具備電子控制技術(shù)的基礎(chǔ)。

如何促成學(xué)生技術(shù)核心素養(yǎng)中創(chuàng)新設(shè)計(jì)，工程思維的養(yǎng)成？以往的課程中，總是以教師創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題情境引入教學(xué)，這些問(wèn)題往往不能夠提升學(xué)生的興趣。

一、選取學(xué)生社團(tuán)活動(dòng)中的具體問(wèn)題，創(chuàng)設(shè)具體問(wèn)題情境

本學(xué)期，我校機(jī)器人社團(tuán)的同學(xué)在訓(xùn)練過(guò)程中，遇到了開(kāi)源的機(jī)器人經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的問(wèn)題。剛開(kāi)始，大家都認(rèn)為是程序編寫的原因，總結(jié)多次經(jīng)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，每當(dāng)機(jī)器人換上新電池的一段時(shí)間內(nèi)，運(yùn)行比較穩(wěn)定，調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)一些以后，就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。這是因?yàn)殡姵氐碾妷翰蛔懔?，給控制板提供的電壓過(guò)低，導(dǎo)致機(jī)器人不穩(wěn)定。

教學(xué)班級(jí)中正好有幾位機(jī)器人社團(tuán)學(xué)生，請(qǐng)他們?cè)谡n堂分享調(diào)試的過(guò)程中遭遇的問(wèn)題和解決方法?！爱?dāng)電池電壓小于8.7V時(shí)，機(jī)器人就不太穩(wěn)定了。所以，在接下來(lái)的訓(xùn)練過(guò)程中，只要機(jī)器人出現(xiàn)程序跑飛的情況，大家第一步就用萬(wàn)用表進(jìn)行檢測(cè)，人工排查電池電壓的原因，這樣就給機(jī)器人調(diào)試又增加了一個(gè)步驟，這個(gè)方法既不方便又浪費(fèi)時(shí)間?！?/p>

同學(xué)分享的問(wèn)題更容易激發(fā)學(xué)生的興趣，便于在接下來(lái)的課堂學(xué)習(xí)中展開(kāi)基于問(wèn)題情境的學(xué)習(xí)，探究控制系統(tǒng)知識(shí)在具體情境問(wèn)題中的應(yīng)用，嘗試提出解決方法，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)電源低電壓檢測(cè)指示的控制電路。

二、運(yùn)用控制電路的知識(shí)，對(duì)目標(biāo)電路進(jìn)行需求分析

師：談到設(shè)計(jì)電路，首先，需要對(duì)目標(biāo)電路進(jìn)行分析，這個(gè)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(shí)，電路會(huì)有不同的指示?？梢允褂冒l(fā)光二極管LED進(jìn)行指示。

師：現(xiàn)在可以確定，在這個(gè)控制電路中，被檢測(cè)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(gè)控制電路的輸出，用什么來(lái)表示？也就是我們用來(lái)進(jìn)行指示或者提醒的量？

學(xué)生：發(fā)光二極管LED，利用發(fā)光二極管的亮或者不亮表示輸出。

在這個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，學(xué)生能夠熟練使用控制系統(tǒng)方框圖直觀地表示目標(biāo)電路的設(shè)計(jì)需求，便于確定輸入和輸出間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

三、依據(jù)目標(biāo)電路需求選擇電子元器件，嘗試設(shè)計(jì)

師：采用什么電子元器件應(yīng)用到這個(gè)電路中呢？讓我們想一想，可以使用什么元器件？當(dāng)電池電壓大于8.7V或者小于8.7V時(shí)，電路中就像有一個(gè)開(kāi)關(guān)一樣，控制發(fā)光二極管亮或者不亮。

生：可以使用具有開(kāi)關(guān)特性的元器件，三極管。

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧熟悉的光傳感控制電路，回憶此電路中，光照強(qiáng)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(fā)生改變，通過(guò)光照強(qiáng)度的變化來(lái)控制三極管是否導(dǎo)通。

學(xué)生在這個(gè)電路的基礎(chǔ)上嘗試進(jìn)行設(shè)計(jì)，探究電路是否能夠滿足需求。

生：當(dāng)電池電壓大于8.7V時(shí)，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?qū)ǎl(fā)光二極管點(diǎn)亮;電池電壓小于8.7V時(shí)，三極管基極處的電位小于0.7V，不能導(dǎo)通，發(fā)光二極管不亮。

光傳感電路

這個(gè)電路能夠指示電池電壓大于8.7V的情況，已經(jīng)初步完成對(duì)電池電壓變化指示的功能。但是在實(shí)際的訓(xùn)練過(guò)程中，不能及時(shí)注意到發(fā)光二極管狀態(tài)的變化，那就希望有更能吸引人注意的提醒，比如來(lái)點(diǎn)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(fā)光二極管更換成蜂鳴器。

學(xué)生嘗試添加新的電子元器件優(yōu)化設(shè)計(jì)電路，思考設(shè)計(jì)具有聲音提示功能的檢測(cè)電路，希望它在什么電壓區(qū)間內(nèi)發(fā)聲提醒呢？

生：電路需要在機(jī)器人電池電壓不足時(shí)發(fā)聲提醒同學(xué)更換電池，而能夠正常工作的電壓區(qū)間內(nèi)不需要發(fā)出聲音提醒，影響正常訓(xùn)練。

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

教師設(shè)問(wèn)：如果直接應(yīng)用蜂鳴器替換電路中發(fā)光二極管的位置，能不能滿足現(xiàn)在設(shè)計(jì)的需求？

學(xué)生繼續(xù)探究輸入與輸出恰好相反的電路。當(dāng)輸入端有輸入時(shí)，輸出端沒(méi)有輸出，沒(méi)有輸入時(shí)，輸出端反而有輸出。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生開(kāi)展電路設(shè)計(jì)。

四、繪制電路設(shè)計(jì)圖，并分析電路原理，改進(jìn)設(shè)計(jì)

學(xué)生展示電路設(shè)計(jì)圖，并對(duì)自己的電路進(jìn)行分析，是否能夠滿足目標(biāo)電路的需求。學(xué)生在對(duì)比自己設(shè)計(jì)電路之后，更能加深對(duì)電子元器件功能的理解，從而設(shè)計(jì)出正確的控制電路。

設(shè)計(jì)電路1

設(shè)計(jì)電路2

設(shè)計(jì)電路3

學(xué)生完成電路的設(shè)計(jì)后，以小組為單位，嘗試電路的搭建和測(cè)試，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否成功。在接下來(lái)的課程中，學(xué)生可以將測(cè)試成功的電路焊接在電路板上，完成低電壓檢測(cè)指示功能電路的實(shí)物制作。

【案例反思】

在真實(shí)問(wèn)題情境的探究學(xué)習(xí)中，學(xué)生展示了技術(shù)能力，從分析需求電路的輸入輸出，到設(shè)計(jì)合適的電路，再到最后的搭建測(cè)試，幫助機(jī)器人社團(tuán)的同學(xué)解決了生活中的實(shí)際問(wèn)題，體驗(yàn)了完整的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作過(guò)程，增強(qiáng)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)和工程思維的能力。

在新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求下，通用技術(shù)課程教學(xué)要在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)生改變，立足于學(xué)生的直接經(jīng)驗(yàn)和生活認(rèn)知，精心設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)，盡量將新知識(shí)的認(rèn)知與學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)聯(lián)，尋找真實(shí)問(wèn)題的學(xué)習(xí)情境。

在課程教學(xué)中，教師應(yīng)多采取自主學(xué)習(xí)、合作探究等靈活的學(xué)習(xí)方式，注重學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解應(yīng)用能力，提高學(xué)生實(shí)踐的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造能力，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。

參考文獻(xiàn)：

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[2]何惠安.基于問(wèn)題情境的“氨”作業(yè)設(shè)計(jì)[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)（高中版），2020（2）.

作者簡(jiǎn)介：

孔維鵬（1986年-），女，漢族，江蘇南京人。