探究式教學在通用技術(shù)課中的應(yīng)用

摘 要：在完成高中通用技術(shù)《技術(shù)與設(shè)計2》中《結(jié)構(gòu)與設(shè)計》一章的教學內(nèi)容后，學生已具備相關(guān)結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定的生活經(jīng)驗和感性認識，也掌握了相應(yīng)的力學知識，會對事物進行一般性分析，觀察和思維能力逐漸成熟，但仍缺乏對事物的理性認識和自我探究能力。本文探討了教師如何運用“探究式教學”，以讓桌椅實現(xiàn)自動穩(wěn)定為例，引導學生在親歷情境、親手操作、親身體驗的過程中，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)和分析問題的能力，并將所學知識應(yīng)用于實際問題的解決。

關(guān)鍵詞：通用技術(shù)；改變；結(jié)構(gòu)；自動穩(wěn)定；模型

通用技術(shù)課程是培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新思維的重要途徑[1]。在這門課程中，教師應(yīng)注重引導學生進行探究式學習，讓學生在實踐中掌握知識和技能，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力。高中通用技術(shù)課程目標強調(diào)，學生應(yīng)經(jīng)歷將結(jié)構(gòu)的基本知識應(yīng)用于技術(shù)實踐的過程，初步掌握基本的技術(shù)學習方式和技術(shù)探究方法。本文以讓桌椅實現(xiàn)自動穩(wěn)定為例，探討了探究式教學在通用技術(shù)課中的應(yīng)用。

一、研究背景

（一）探究式教學的理論基礎(chǔ)

1.探究式教學的定義和特點

探究式教學是一種以學生為主體的教學模式，讓學生通過自主探究，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題來獲取知識和培養(yǎng)能力的教學方法。它強調(diào)學生的主動參與和實踐體驗，注重培養(yǎng)學生的思維能力和創(chuàng)新精神。

探究式教學的特點主要有：

A.以學生為主體，強調(diào)學生的主體性和主動性。

B.研究式學習，學生通過自主探究，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

C.實踐性，強調(diào)學生的實踐體驗，注重培養(yǎng)學生的思維能力和創(chuàng)新精神。

2.探究式教學與通用技術(shù)課的契合度

通用技術(shù)課注重培養(yǎng)學生的實踐操作能力和創(chuàng)新意識，是一門實踐性很強的課程，需要學生通過作品設(shè)計展示的形式呈現(xiàn)學習效果，從上述通用技術(shù)課的特點來看，探究式教學與通用技術(shù)課的理念和方法高度契合，兩者都強調(diào)學生的主體性、創(chuàng)新性和實踐性。通過探究式教學，學生能夠更好地將理論知識與實踐操作相結(jié)合，提高通用技術(shù)課的教學效果。

高中通用技術(shù)課程目標強調(diào)學生應(yīng)經(jīng)歷將結(jié)構(gòu)的基本知識應(yīng)用于技術(shù)實踐的過程，初步掌握基本的技術(shù)學習方法和技術(shù)探究方法。在完成高中通用技術(shù)《技術(shù)與設(shè)計2》中《結(jié)構(gòu)與設(shè)計》一章的教學內(nèi)容后，學生已通過技術(shù)試驗分析了影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強度的主要因素，并對簡單對象進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和繪制草圖、制作模型或原型。

（二）問題創(chuàng)設(shè)

1.問題的提出

筆者設(shè)計了一堂探究實踐課，提出問題：“日常生活中，人們經(jīng)常會遇到椅子或桌子擺放不穩(wěn)的現(xiàn)象，需要墊支使其穩(wěn)定不再晃動。如果桌椅挪動了位置，還需要重新找平。對于這一生活中的小煩惱，除了墊支這種方式外，能否從桌椅結(jié)構(gòu)本身找到解決方案，讓桌椅具備一定程度的自動找平功能呢？”然后引導學生以小組為單位進行結(jié)構(gòu)設(shè)計分析，繪制設(shè)計草圖，形成多種設(shè)計方案，并從多方案中進行篩選，將所選的最佳方案進一步優(yōu)化完善。

2.問題解析

人們在許多場合能見到三條腿的桌椅，觀察到三條腿的桌椅在不平整的地面可以實現(xiàn)自動穩(wěn)定。這是因為影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素有：

A.結(jié)構(gòu)的形狀，三角形構(gòu)成穩(wěn)定的幾何結(jié)構(gòu)。

B.結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面越大穩(wěn)定性越好。

C.靜止狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，其重心所在點的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)等。

三點可以確定一個平面，所以三條腿的桌椅在不平整的地面是可以自動穩(wěn)定的。但是三條腿桌椅相較于四條腿桌椅而言，其質(zhì)心距離邊沿較近，與地面接觸所形成的支撐面相對較小，容易傾覆，整體的穩(wěn)定性還是差些。

也就是說，三條腿桌椅因其局限性，不可能取代四條腿桌椅。四腿桌椅雖然容易“晃蕩”，但總體結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。所以我們平常使用四條腿的桌椅要多些。

3.提出初步設(shè)想

若將三條腿桌子與四條腿桌子的結(jié)構(gòu)優(yōu)點進行互補，是否能夠?qū)崿F(xiàn)桌椅的自動穩(wěn)定呢？結(jié)合三條腿桌椅和四條腿桌椅各自的設(shè)計特點，鼓勵學生大膽想象，從一條腿到兩條腿，再到多條腿，歸納總結(jié)各種桌椅的設(shè)計特點，指導學生以小組為單位挑戰(zhàn)從桌椅的支撐腿的數(shù)量開始創(chuàng)新初步設(shè)想。

經(jīng)過學生集思廣益、頭腦風暴等活動，適度引導學生思考、明確問題，若將三條腿桌子與四條腿桌子的結(jié)構(gòu)優(yōu)點進行互補，是否能夠?qū)崿F(xiàn)桌椅的自動穩(wěn)定呢？

通過交流分享，整理出較為合理的、便于實現(xiàn)的、改造成本較小的初步設(shè)想，形成初步的設(shè)計方案草圖。

4.教學目標

基于此，把本節(jié)實踐課的教學目標設(shè)定為：

A.讓學生了解椅子或桌子自動穩(wěn)定的基本結(jié)構(gòu)原理和所需的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新方法，培養(yǎng)學生創(chuàng)新設(shè)計和工程思維素養(yǎng)。

B.讓學生學習掌握設(shè)計、優(yōu)化自動穩(wěn)定椅子或桌子所需的繪制草圖、撰寫方案、試驗方案制定等技術(shù)學習方法。

C.通過學生的模型制作、技術(shù)試驗等實踐操作全過程，體驗3D打印制作工程，體驗先進的生產(chǎn)加工方式，了解技術(shù)實踐的探究基本方法，培養(yǎng)學生的技術(shù)意識和物化能力素養(yǎng)。

D.培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和探索精神等科學精神，強化通過合作、探究解決問題的能力。

E.通過集體討論、辯論、頭腦風暴等形式分析和理解利用技術(shù)手段解決現(xiàn)實生活問題的可行性和現(xiàn)實性，培養(yǎng)學生理性看待技術(shù)的意識。

5.資料準備

學生通過查閱資料，觀察生活中的多種多樣的桌椅，通過觀看火星探測車運行視頻短片等方式，啟發(fā)學生創(chuàng)新新思維，收集有關(guān)自動穩(wěn)定的相關(guān)資料信息。學生分組開展頭腦風暴活動，討論、歸納、整理，初步設(shè)想構(gòu)思方案。

二、設(shè)計方案

（一）分組展示設(shè)計方案

分組交流、展示學生設(shè)計繪制的草圖并輔以文字說明，解釋清楚設(shè)計意圖及功能、結(jié)構(gòu)、材料信息。集體討論形成共識，修訂完善設(shè)計。師生共同形成一套切實可行的設(shè)計方案

（二）師生共同形成設(shè)計的方案

將四腿桌椅的其中兩條與桌體固定，另兩條做成整體結(jié)構(gòu)，再通過轉(zhuǎn)動軸與桌身連接，這樣的桌子既是四條腿的，又有三條腿的結(jié)構(gòu)特點。

（三）制作模型

結(jié)合《普通高中通用技術(shù)課程標準》（2017年版2020年修訂）中選擇性必修“產(chǎn)品三維設(shè)計與制造”模塊對學生三維打印新技術(shù)綜合運用能力的具體要求：“學生能了解常見的三維打印技術(shù)及其機理，初步掌握一款三維設(shè)計軟件，能夠運用三維設(shè)計與制造技術(shù)的思想、方法與工具解決實際技術(shù)問題。[2]”將這一設(shè)想方案通過123DDesign三維軟件設(shè)計畫出草圖，并利用3D打印制作模型。桌子的四條腿分列四角，保證了它與地面接觸所形成的支撐面足夠大，不易傾覆，同時有相鄰兩條腿合而為一，使桌子本身具有三條腿特點，可以確定一個平面，從而實現(xiàn)整體穩(wěn)定。

（四）對模型進行技術(shù)試驗

A.當一條桌腳壓到凸起物時，可見活動的桌腿在連接軸約束下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，另一腳保持與地面接觸，四腳都落地時，整體就穩(wěn)定了。

B．當對角兩個桌腳都壓到凸起物，可見桌身傾斜，活動桌腿在連接軸的約束下向一個方向傾斜，桌面雖不是水平狀態(tài)，但四腳均落地，整體還是穩(wěn)定的。說明這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)自穩(wěn)定，具有一定的環(huán)境適應(yīng)性。

C．發(fā)現(xiàn)不足：模型結(jié)構(gòu)在模擬試驗中存在一定的缺陷，桌體和活動的兩條桌腿之間僅靠一根細軸聯(lián)結(jié)，受力集中，對軸的強度要求較高，而且結(jié)合處容易松動，久而久之必將會影響使用體驗。

三、優(yōu)化改進

師生開展頭腦風暴活動：對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改進。將模型中的轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)換為與原轉(zhuǎn)軸同心的溝槽嵌合結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)實質(zhì)上就是一根加粗若干倍的轉(zhuǎn)軸，只是視覺上看不到與轉(zhuǎn)軸的關(guān)聯(lián)。

（一）優(yōu)化改進后制作的第二款結(jié)構(gòu)模型，其中桌面是利用激光切割技術(shù)制作，桌腿是利用3D打印制作而成。桌面與其中合二為一的整體桌腿仍采用與原轉(zhuǎn)軸同心的溝槽嵌合方式連接，無轉(zhuǎn)軸，這樣無形化處理后大大增強了自身強度，且美觀大氣，還可以延長使用壽命。

（二）同樣，對模型進行技術(shù)試驗，讓一條桌腳壓到凸起物，可活動的桌腿在連接軸的約束下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，另一腳保持與地面接觸，四腳都落地時，整體達到穩(wěn)定。

（三）而當對角的兩個桌腳都壓到凸起物時，桌身傾斜，活動桌腿在連接軸的約束下向一個方向傾斜，桌面雖不是水平狀態(tài)，但四腳均落地，整體還是穩(wěn)定的。經(jīng)技術(shù)試驗，改進后的這種結(jié)構(gòu)能很好地實現(xiàn)自穩(wěn)定。

（四）在前兩種結(jié)構(gòu)模型試驗的基礎(chǔ)上，對桌子結(jié)構(gòu)再次改進完善又制作了第三款結(jié)構(gòu)模型。這次將四條腿兩兩組合成了兩個整體，每個整體仍由同心的溝槽嵌合結(jié)構(gòu)與桌面連接。

經(jīng)技術(shù)試驗，第三款桌子結(jié)構(gòu)無論是遇到一條桌腳壓到凸起物時，還是對角的兩條桌腳都壓到凸起物時，可活動的桌腿在連接軸的約束下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，能保證四條桌腳都盡快落地，達到整體穩(wěn)定。與第二種結(jié)構(gòu)相比，第三次改進后的結(jié)構(gòu)對地面環(huán)境的適應(yīng)性更好，結(jié)實耐用，且大氣美觀。

這三款桌子的結(jié)構(gòu)模型，在多次技術(shù)試驗中都能簡單地實現(xiàn)自動穩(wěn)定，應(yīng)該有一定的實用價值（也可滿足戶外地面不平的情況）。但還存在不足，自動穩(wěn)定后的桌面有一定程度的傾斜，不能讓桌面保持水平狀態(tài)。地面即便凹凸不平，若沒有太大的高度差時，這點缺陷可以忽略，至少對于那些只是坐人、不需要放置高精密儀器設(shè)備的情況來說是可以接受的。這也是以后改進的方向。

四、教學評價

（一）學生自評

第三款桌子在自動穩(wěn)定方面表現(xiàn)出色。它能夠在不平整的地面上自動調(diào)整，保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，減少了因地面不平而產(chǎn)生的晃動和不穩(wěn)定性。這一設(shè)計不僅提高了桌椅的實用性，還為用戶提供了更好的使用體驗。

（二）小組互評

這款桌椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計簡潔大方，符合現(xiàn)代審美要求。同時，它的制作材料環(huán)保耐用，易于加工和維護，具有較好的經(jīng)濟性和可持續(xù)性。

（三）教師評價

在實際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)了一些不足之處。例如，當桌面放置較重物品時，桌椅的自動穩(wěn)定功能可能會受到一定影響。此外，在極端環(huán)境下，如地震等情況，桌椅的穩(wěn)定性可能需要進一步提高。針對這些問題，我們將繼續(xù)進行改進和優(yōu)化。在后續(xù)的設(shè)計中，我們將考慮增加桌椅的重量和穩(wěn)定性，提高其在重載情況下的自動穩(wěn)定性能。同時，我們也將探索使用更先進的材料和結(jié)構(gòu)，以提高桌椅的抗震能力和穩(wěn)定性。

五、設(shè)計評價

通過對設(shè)計方案的評估和測試，我們發(fā)現(xiàn)設(shè)計的第三款桌子在自動穩(wěn)定方面表現(xiàn)出色。它能夠在不平整的地面上自動調(diào)整，保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，減少了因地面不平而產(chǎn)生的晃動和不穩(wěn)定性。這一設(shè)計不僅提高了桌椅的實用性，還為用戶提供了更好的使用體驗。

此外，這款桌椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計簡潔大方，符合現(xiàn)代審美要求。同時，它的制作材料環(huán)保耐用，易于加工和維護，具有較好的經(jīng)濟性和可持續(xù)性。

然而，在實際應(yīng)用中，我們也發(fā)現(xiàn)了一些不足之處。例如，當桌面放置較重物品時，桌椅的自動穩(wěn)定功能可能會受到一定影響。此外，在極端環(huán)境下，如地震等情況，桌椅的穩(wěn)定性可能需要進一步提高。

針對這些問題，我們將繼續(xù)進行改進和優(yōu)化。在后續(xù)的設(shè)計中，我們將考慮增加桌椅的重量和穩(wěn)定性，提高其在重載情況下的自動穩(wěn)定性能。同時，我們也將探索使用更先進的材料和結(jié)構(gòu)，以提高桌椅的抗震能力和穩(wěn)定性。

總的來說，這款自動穩(wěn)定桌椅的設(shè)計具有創(chuàng)新性和實用性。通過不斷改進和完善，我們相信它將為人們的生活帶來更多的便利和舒適。

六、結(jié)論

（一）探究式教學在通用技術(shù)課中的實施效果

1.提高學生的學習興趣和參與度

通過探究式教學、輔助視頻等多媒體資源展示相關(guān)實例，為學生提供了豐富的視覺刺激。這種教學方式能夠充分激發(fā)學生的學習興趣，使他們積極主動地參與到學習過程中，通過親自動手探索實踐和解決問題，學生能夠更好地理解和掌握知識，提高學習效果和參與度。

2.培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新思維

探究式教學注重學生的實踐操作和設(shè)計能力。在探究過程中，學生需要親自動手制作模型、進行實驗等，這有助于培養(yǎng)他們的實踐能力和解決問題的能力。同時，通過設(shè)計方案、繪制草圖等活動，學生的創(chuàng)新思維也得到了鍛煉和提高。

以本節(jié)課為例，學生根據(jù)所學的結(jié)構(gòu)知識，設(shè)計出能夠自動找平的桌椅結(jié)構(gòu)。在這個過程中，學生需要考慮如何利用三角形的穩(wěn)定性、如何增大支撐面等問題，同時還需要進行實際制作和測試，不斷改進和完善設(shè)計方案。通過這樣的實踐過程，學生的實踐能力和創(chuàng)新思維得到了有效的培養(yǎng)和提高。

3.促進學生的團隊合作和交流

在探究式教學中，學生通常以小組為單位進行學習和探究。在小組活動中，學生需要相互合作、交流和分享，共同完成任務(wù)。通過團隊合作，學生能夠?qū)W會傾聽他人的意見和建議，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，提高團隊協(xié)作能力和交流能力。

（二）探究式教學在通用技術(shù)課中應(yīng)用的注意事項

1.合理設(shè)置探究問題

探究問題要具有一定的挑戰(zhàn)性和趣味性，問題不能過于簡單，以免學生失去探究的興趣，也不能過于復雜，要能夠激發(fā)學生的探究欲望。如本案例中教師提出問題：若將三條腿桌子與四條腿桌子的結(jié)構(gòu)優(yōu)點進行互補，是否能夠?qū)崿F(xiàn)桌椅的自動穩(wěn)定呢？

2.提供充分的探究時間和空間

學生需要足夠的時間和空間進行探究，教師要合理安排教學時間和教學資源。

3.加強教師指導和引導

教師要及時給予學生指導和引導，在開始探究前，教師需要明確探究的目標和要求，探究中，時刻關(guān)注學生的探究情況，探究后，需要進行評價，指出學生在探究過程中遇到的問題和不足，并提出改進建議。

結(jié)束語

筆者認為通用技術(shù)課的教學，應(yīng)盡可能立足于學生的直接經(jīng)驗和親身經(jīng)歷，讓學生在“做中學”“學中做”，以學生的親歷情境、親手操作、親身體驗為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題能力，并將所學知識應(yīng)用于實際問題的解決。只要教師引導方法得當，打開學生思路，學生可以很快建立起相關(guān)概念，并激發(fā)學生探究熱情，培養(yǎng)學生技術(shù)興趣、創(chuàng)新意識，提升技術(shù)素養(yǎng)。

參考文獻

[1]靳士利.信息技術(shù)與高中通用技術(shù)課堂教學的融合研究：以希沃白板5為例[J].中學課程輔導，2022（35）：78-80.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中通用技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.