劉澤田 肖芳卿 何理

摘要：傳統(tǒng)機械用具是我國傳統(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)機械用具所涉及的名詞以及原理存在很強關(guān)聯(lián)性。本文綜合利用現(xiàn)代測繪、三維建模、逆向工程、3D打印、VR和機電一體化等技術(shù)，以典型傳統(tǒng)用具水排為例，探討將傳統(tǒng)機械用具引用于現(xiàn)代教學(xué)中的意義和實施方法。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)機械用具;現(xiàn)代教學(xué);水排;數(shù)字化模型;實物模型

中圖分類號：G4文獻標(biāo)識碼：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)機械用具是物質(zhì)文化的一個重要載體，這些偉大的發(fā)明創(chuàng)造體現(xiàn)著人們對生產(chǎn)生活進行的積極思考和探索實踐，這無疑對社會發(fā)展起到了巨大的推動作用。隨著科技、工業(yè)化的高速發(fā)展，這些傳統(tǒng)機械發(fā)明逐漸被越來越先進的生產(chǎn)器械所取代，因無法得以合理傳承而逐漸走向消亡，這給我國優(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)機械用具所蘊含的理論知識和文化內(nèi)涵與目前學(xué)校的教學(xué)內(nèi)容具有很強關(guān)聯(lián)性。本文將傳統(tǒng)機械用具與當(dāng)今課本理論知識相融合，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)機械用具種類繁多，包括機械農(nóng)具、生活用具、兵器等。通過網(wǎng)上查詢、書籍閱覽、博物館探訪等方式，對這些傳統(tǒng)機械用具的創(chuàng)造背景、知識原理和具體實用意義等資料進行搜集。挖掘傳統(tǒng)機械用具中可應(yīng)用于當(dāng)代中小學(xué)、大學(xué)各學(xué)科內(nèi)容的部分，進行分類整理，歸納總結(jié)并匯編成冊。

1.2建立傳統(tǒng)用具的數(shù)字化模型并制作仿真視頻

對可拆裝的小型機具進行測量，用三維繪圖軟件將其制成三維模型;而對年代久遠、不便拆裝的大型用具進行三維掃描，生成點云數(shù)據(jù)，將其逆向建模制成三維模型;目前已無實物參考的機具，按書中描述將其復(fù)原制成三維模型。然后，在建立三維模型的基礎(chǔ)上運用仿真軟件將各機械的基本運動進行模擬，生成仿真運動視頻。同時，在視頻中添加文字說明，進行完整性介紹。對于具有功能操控性的器具，可利用VR/AR技術(shù)增強學(xué)習(xí)者的體驗感。

1.3制作傳統(tǒng)用具實物模型，搭建實物演示

運用3D打印技術(shù)和機械加工制作等方式，將這些用具做成直觀性強，可實際觀察觸摸的微縮模型，加入電機驅(qū)動及單片機控制等機電一體化技術(shù)，建立自動演示模型。

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

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

2在現(xiàn)代教學(xué)中的應(yīng)用——以水排為例

首先，對水排的相關(guān)資料進行搜集整理，制作水排的三維模型、微縮模型和運動仿真視頻，如圖1、圖2。

東漢建武七年，杜詩發(fā)明了利用水力鼓風(fēng)鑄鐵的機械水排，她因此被世人尊稱為“杜母”。水排在創(chuàng)造設(shè)計的過程中涉及到諸多方面的知識原理，是古代機械發(fā)明的一個重大突破。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，對古代冶鐵業(yè)產(chǎn)生了巨大促進作用，老師在講解這部分內(nèi)容時可以引出水排這一例子，讓同學(xué)們觀閱水排的視頻講解，加深對這部分知識的印象，領(lǐng)略古人的創(chuàng)造智慧;在中學(xué)物理能量轉(zhuǎn)化定律和功的知識點中，也可以借助水排的運動仿真模型講解水的動能如何轉(zhuǎn)化為機械能再讓機械能做有用功;圓周運動的相關(guān)知識點也同樣可以結(jié)合水排中的水輪運動給學(xué)生進行講解;甚至大學(xué)階段的機械原理、機械設(shè)計課程中也能引出水排一例，水排以水作為原動力，將機械和力學(xué)方面的知識相互結(jié)合，其包括的曲柄連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和齒輪等在課程知識點上，學(xué)生可通過觀察水排的微縮模型、動態(tài)視頻等，更為直觀地了解這些機構(gòu)的作用原理，平日乏味、難以理解的文字內(nèi)容將得以生動和形象化。

3思考和總結(jié)

當(dāng)前我國人民對傳統(tǒng)機械用具普遍存在無從認知、了解局限和缺乏傳承等問題，而在現(xiàn)代教學(xué)尤其是理科課堂中，學(xué)生僅通過看教材、聽講解是難以對部分抽象概念進行消化的。本文將傳統(tǒng)機械用具進行數(shù)字化，實物模型化，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，能讓學(xué)生接觸了解我國的傳統(tǒng)制造發(fā)明，體會古人的造物思想，激發(fā)其創(chuàng)新思維和動手實踐能力，接受優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的熏陶，進一步提高文化自信。與此同時，這些珍貴的歷史發(fā)明也將得以良好傳承下去。

參考文獻

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