摘 要：在完成高中通用技術(shù)《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》中《結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》一章的教學(xué)內(nèi)容后，學(xué)生已具備相關(guān)結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定的生活經(jīng)驗(yàn)和感性認(rèn)識，也掌握了相應(yīng)的力學(xué)知識，會對事物進(jìn)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(rèn)識和自我探究能力。本文探討了教師如何運(yùn)用“探究式教學(xué)”，以讓桌椅實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)定為例，引導(dǎo)學(xué)生在親歷情境、親手操作、親身體驗(yàn)的過程中，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和分析問題的能力，并將所學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際問題的解決。

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

通用技術(shù)課程是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)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(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握知識和技能，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。高中通用技術(shù)課程目標(biāo)強(qiáng)調(diào)，學(xué)生應(yīng)經(jīng)歷將結(jié)構(gòu)的基本知識應(yīng)用于技術(shù)實(shí)踐的過程，初步掌握基本的技術(shù)學(xué)習(xí)方式和技術(shù)探究方法。本文以讓桌椅實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)定為例，探討了探究式教學(xué)在通用技術(shù)課中的應(yīng)用。

一、研究背景

（一）探究式教學(xué)的理論基礎(chǔ)

1.探究式教學(xué)的定義和特點(diǎn)

探究式教學(xué)是一種以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，讓學(xué)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(xué)方法。它強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)參與和實(shí)踐體驗(yàn)，注重培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新精神。

探究式教學(xué)的特點(diǎn)主要有：

A.以學(xué)生為主體，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性和主動(dòng)性。

B.研究式學(xué)習(xí)，學(xué)生通過自主探究，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

C.實(shí)踐性，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)，注重培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新精神。

2.探究式教學(xué)與通用技術(shù)課的契合度

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

高中通用技術(shù)課程目標(biāo)強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)經(jīng)歷將結(jié)構(gòu)的基本知識應(yīng)用于技術(shù)實(shí)踐的過程，初步掌握基本的技術(shù)學(xué)習(xí)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(jì)2》中《結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》一章的教學(xué)內(nèi)容后，學(xué)生已通過技術(shù)試驗(yàn)分析了影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度的主要因素，并對簡單對象進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)了一堂探究實(shí)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(dòng)。如果桌椅挪動(dòng)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(dòng)找平功能呢？”然后引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，繪制設(shè)計(jì)草圖，形成多種設(shè)計(jì)方案，并從多方案中進(jìn)行篩選，將所選的最佳方案進(jìn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)定。這是因?yàn)橛绊懡Y(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?fàn)顟B(tài)的結(jié)構(gòu)，其重心所在點(diǎn)的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)等。

三點(diǎn)可以確定一個(gè)平面，所以三條腿的桌椅在不平整的地面是可以自動(dòng)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(diǎn)進(jìn)行互補(bǔ)，是否能夠?qū)崿F(xiàn)桌椅的自動(dòng)穩(wěn)定呢？結(jié)合三條腿桌椅和四條腿桌椅各自的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，鼓勵(lì)學(xué)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(jì)特點(diǎn)，指導(dǎo)學(xué)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(xué)生集思廣益、頭腦風(fēng)暴等活動(dòng)，適度引導(dǎo)學(xué)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(diǎn)進(jìn)行互補(bǔ)，是否能夠?qū)崿F(xiàn)桌椅的自動(dòng)穩(wěn)定呢？

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

4.教學(xué)目標(biāo)

基于此，把本節(jié)實(shí)踐課的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為：

A.讓學(xué)生了解椅子或桌子自動(dòng)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(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)和工程思維素養(yǎng)。

B.讓學(xué)生學(xué)習(xí)掌握設(shè)計(jì)、優(yōu)化自動(dòng)穩(wěn)定椅子或桌子所需的繪制草圖、撰寫方案、試驗(yàn)方案制定等技術(shù)學(xué)習(xí)方法。

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

D.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和探索精神等科學(xué)精神，強(qiáng)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(fēng)暴等形式分析和理解利用技術(shù)手段解決現(xiàn)實(shí)生活問題的可行性和現(xiàn)實(shí)性，培養(yǎng)學(xué)生理性看待技術(shù)的意識。

5.資料準(zhǔn)備

學(xué)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(yùn)行視頻短片等方式，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新新思維，收集有關(guān)自動(dòng)穩(wěn)定的相關(guān)資料信息。學(xué)生分組開展頭腦風(fēng)暴活動(dòng)，討論、歸納、整理，初步設(shè)想構(gòu)思方案。

二、設(shè)計(jì)方案

（一）分組展示設(shè)計(jì)方案

分組交流、展示學(xué)生設(shè)計(jì)繪制的草圖并輔以文字說明，解釋清楚設(shè)計(jì)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(jì)。師生共同形成一套切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案

（二）師生共同形成設(shè)計(jì)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(dòng)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(diǎn)。

（三）制作模型

結(jié)合《普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂）中選擇性必修“產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)與制造”模塊對學(xué)生三維打印新技術(shù)綜合運(yùn)用能力的具體要求：“學(xué)生能了解常見的三維打印技術(shù)及其機(jī)理，初步掌握一款三維設(shè)計(jì)軟件，能夠運(yùn)用三維設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的思想、方法與工具解決實(shí)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(jì)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(shí)有相鄰兩條腿合而為一，使桌子本身具有三條腿特點(diǎn)，可以確定一個(gè)平面，從而實(shí)現(xiàn)整體穩(wěn)定。

（四）對模型進(jìn)行技術(shù)試驗(yàn)

A.當(dāng)一條桌腳壓到凸起物時(shí)，可見活動(dòng)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(shí)，整體就穩(wěn)定了。

B．當(dāng)對角兩個(gè)桌腳都壓到凸起物，可見桌身傾斜，活動(dòng)桌腿在連接軸的約束下向一個(gè)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(shí)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(yàn)中存在一定的缺陷，桌體和活動(dòng)的兩條桌腿之間僅靠一根細(xì)軸聯(lián)結(jié)，受力集中，對軸的強(qiáng)度要求較高，而且結(jié)合處容易松動(dòng)，久而久之必將會影響使用體驗(yàn)。

三、優(yōu)化改進(jìn)

師生開展頭腦風(fēng)暴活動(dòng)：對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。將模型中的轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)換為與原轉(zhuǎn)軸同心的溝槽嵌合結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)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(jìn)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(qiáng)了自身強(qiáng)度，且美觀大氣，還可以延長使用壽命。

（二）同樣，對模型進(jìn)行技術(shù)試驗(yàn)，讓一條桌腳壓到凸起物，可活動(dòng)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(shí)，整體達(dá)到穩(wěn)定。

（三）而當(dāng)對角的兩個(gè)桌腳都壓到凸起物時(shí)，桌身傾斜，活動(dòng)桌腿在連接軸的約束下向一個(gè)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(yàn)，改進(jìn)后的這種結(jié)構(gòu)能很好地實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)定。

（四）在前兩種結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對桌子結(jié)構(gòu)再次改進(jìn)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(gè)整體，每個(gè)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(yàn)，第三款桌子結(jié)構(gòu)無論是遇到一條桌腳壓到凸起物時(shí)，還是對角的兩條桌腳都壓到凸起物時(shí)，可活動(dòng)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(dá)到整體穩(wěn)定。與第二種結(jié)構(gòu)相比，第三次改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)對地面環(huán)境的適應(yīng)性更好，結(jié)實(shí)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(yàn)中都能簡單地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)定，應(yīng)該有一定的實(shí)用價(jià)值（也可滿足戶外地面不平的情況）。但還存在不足，自動(dòng)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(shí)，這點(diǎn)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(jìn)的方向。

四、教學(xué)評價(jià)

（一）學(xué)生自評

第三款桌子在自動(dòng)穩(wěn)定方面表現(xiàn)出色。它能夠在不平整的地面上自動(dòng)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(dòng)和不穩(wěn)定性。這一設(shè)計(jì)不僅提高了桌椅的實(shí)用性，還為用戶提供了更好的使用體驗(yàn)。

（二）小組互評

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

（三）教師評價(jià)

在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)了一些不足之處。例如，當(dāng)桌面放置較重物品時(shí)，桌椅的自動(dòng)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(jìn)一步提高。針對這些問題，我們將繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。在后續(xù)的設(shè)計(jì)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(dòng)穩(wěn)定性能。同時(shí)，我們也將探索使用更先進(jìn)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(jì)評價(jià)

通過對設(shè)計(jì)方案的評估和測試，我們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的第三款桌子在自動(dòng)穩(wěn)定方面表現(xiàn)出色。它能夠在不平整的地面上自動(dòng)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(dòng)和不穩(wěn)定性。這一設(shè)計(jì)不僅提高了桌椅的實(shí)用性，還為用戶提供了更好的使用體驗(yàn)。

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

然而，在實(shí)際應(yīng)用中，我們也發(fā)現(xiàn)了一些不足之處。例如，當(dāng)桌面放置較重物品時(shí)，桌椅的自動(dòng)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(jìn)一步提高。

針對這些問題，我們將繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。在后續(xù)的設(shè)計(jì)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(dòng)穩(wěn)定性能。同時(shí)，我們也將探索使用更先進(jìn)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(dòng)穩(wěn)定桌椅的設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性和實(shí)用性。通過不斷改進(jìn)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(xué)在通用技術(shù)課中的實(shí)施效果

1.提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度

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

2.培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維

探究式教學(xué)注重學(xué)生的實(shí)踐操作和設(shè)計(jì)能力。在探究過程中，學(xué)生需要親自動(dòng)手制作模型、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等，這有助于培養(yǎng)他們的實(shí)踐能力和解決問題的能力。同時(shí)，通過設(shè)計(jì)方案、繪制草圖等活動(dòng)，學(xué)生的創(chuàng)新思維也得到了鍛煉和提高。

以本節(jié)課為例，學(xué)生根據(jù)所學(xué)的結(jié)構(gòu)知識，設(shè)計(jì)出能夠自動(dòng)找平的桌椅結(jié)構(gòu)。在這個(gè)過程中，學(xué)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(shí)還需要進(jìn)行實(shí)際制作和測試，不斷改進(jìn)和完善設(shè)計(jì)方案。通過這樣的實(shí)踐過程，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維得到了有效的培養(yǎng)和提高。

3.促進(jìn)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和交流

在探究式教學(xué)中，學(xué)生通常以小組為單位進(jìn)行學(xué)習(xí)和探究。在小組活動(dòng)中，學(xué)生需要相互合作、交流和分享，共同完成任務(wù)。通過團(tuán)隊(duì)合作，學(xué)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(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和交流能力。

（二）探究式教學(xué)在通用技術(shù)課中應(yīng)用的注意事項(xiàng)

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(xué)生失去探究的興趣，也不能過于復(fù)雜，要能夠激發(fā)學(xué)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(diǎn)進(jìn)行互補(bǔ)，是否能夠?qū)崿F(xiàn)桌椅的自動(dòng)穩(wěn)定呢？

2.提供充分的探究時(shí)間和空間

學(xué)生需要足夠的時(shí)間和空間進(jìn)行探究，教師要合理安排教學(xué)時(shí)間和教學(xué)資源。

3.加強(qiáng)教師指導(dǎo)和引導(dǎo)

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

結(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)

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