基于真实情境问题的通用技术课堂教学研究

【摘要】要达成通用技术核心素养的通用技术课程需要教师打破传统教学的模式，精心设计学习活动，运用真实的问题情境，鼓励学生探究，在理解知识的基础上能够加以应用，从而促进其问题解决能力的迁移和创造能力的养成。本文将以真实情境下的问题，电池低电压检测指示电路的设计与制作为例，研究学生在真实问题情境下通用技术课堂学习情况。

【关键词】真实情境  探究学习  技术核心素养

【中图分类号】G63   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）30-0079-02

先前的技术课程中，学生已经理解电子控制电路的工作环节，能用方框图描述系统的组成和工作过程，掌握基本电子元器件的原理，体验电路设计和制作的过程，运用现有的电子元器件设计并制作了简单的光传感电路，具备电子控制技术的基础。

如何促成学生技术核心素养中创新设计，工程思维的养成？以往的课程中，总是以教师创设的问题情境引入教学，这些问题往往不能够提升学生的兴趣。

一、选取学生社团活动中的具体问题，创设具体问题情境

本学期，我校机器人社团的同学在训练过程中，遇到了开源的机器人经常会出现不稳定的问题。刚开始，大家都认为是程序编写的原因，总结多次经验后发现，每当机器人换上新电池的一段时间内，运行比较稳定，调试时间长一些以后，就会出现问题。这是因为电池的电压不足了，给控制板提供的电压过低，导致机器人不稳定。

教学班级中正好有几位机器人社团学生，请他们在课堂分享调试的过程中遭遇的问题和解决方法。“当电池电压小于8.7V时，机器人就不太稳定了。所以，在接下来的训练过程中，只要机器人出现程序跑飞的情况，大家第一步就用万用表进行检测，人工排查电池电压的原因，这样就给机器人调试又增加了一个步骤，这个方法既不方便又浪费时间。”

同学分享的问题更容易激发学生的兴趣，便于在接下来的课堂学习中展开基于问题情境的学习，探究控制系统知识在具体情境问题中的应用，尝试提出解决方法，设计并制作一个电源低电压检测指示的控制电路。

二、运用控制电路的知识，对目标电路进行需求分析

师：谈到设计电路，首先，需要对目标电路进行分析，这个电路需要具备什么样的功能？

生：电池电压的值高于或者低于8.7V时，电路会有不同的指示。可以使用发光二极管LED进行指示。

师：现在可以确定，在这个控制电路中，被检测的物理量是什么？

生：电池电压。

师：电池电压也就是控制电路的输入量。

师：那这个控制电路的输出，用什么来表示？也就是我们用来进行指示或者提醒的量？

学生：发光二极管LED，利用发光二极管的亮或者不亮表示输出。

在这个环节当中，学生能够熟练使用控制系统方框图直观地表示目标电路的设计需求，便于确定输入和输出间的对应关系。

三、依据目标电路需求选择电子元器件，尝试设计

师：采用什么电子元器件应用到这个电路中呢？让我们想一想，可以使用什么元器件？当电池电压大于8.7V或者小于8.7V时，电路中就像有一个开关一样，控制发光二极管亮或者不亮。

生：可以使用具有开关特性的元器件，三极管。

教师引导学生回顾熟悉的光传感控制电路，回忆此電路中，光照强度的变化引起了光敏电阻的阻值变化，从而使电阻R2上分得的电压发生改变，通过光照强度的变化来控制三极管是否导通。

学生在这个电路的基础上尝试进行设计，探究电路是否能够满足需求。

生：当电池电压大于8.7V时，R2上分得的电压大于0.7V，也就是三极管基极处电位大于0.7V，能够导通，发光二极管点亮;电池电压小于8.7V时，三极管基极处的电位小于0.7V，不能导通，发光二极管不亮。

光传感电路

这个电路能够指示电池电压大于8.7V的情况，已经初步完成对电池电压变化指示的功能。但是在实际的训练过程中，不能及时注意到发光二极管状态的变化，那就希望有更能吸引人注意的提醒，比如来点声音的提示。

教师提醒：可以使用有源蜂鸣器，将原先电路中的发光二极管更换成蜂鸣器。

学生尝试添加新的电子元器件优化设计电路，思考设计具有声音提示功能的检测电路，希望它在什么电压区间内发声提醒呢？

生：电路需要在机器人电池电压不足时发声提醒同学更换电池，而能够正常工作的电压区间内不需要发出声音提醒，影响正常训练。

确定控制电路工作情况，它在电池电压大于8.7V时，蜂鸣器不工作;在电池电压小于8.7V时，蜂鸣器发出声音提醒。

教师设问：如果直接应用蜂鸣器替换电路中发光二极管的位置，能不能满足现在设计的需求？

学生继续探究输入与输出恰好相反的电路。当输入端有输入时，输出端没有输出，没有输入时，输出端反而有输出。在此基础上，学生开展电路设计。

四、绘制电路设计图，并分析电路原理，改进设计

学生展示电路设计图，并对自己的电路进行分析，是否能够满足目标电路的需求。学生在对比自己设计电路之后，更能加深对电子元器件功能的理解，从而设计出正确的控制电路。

设计电路1

设计电路2

设计电路3

学生完成电路的设计后，以小组为单位，尝试电路的搭建和测试，检验设计是否成功。在接下来的课程中，学生可以将测试成功的电路焊接在电路板上，完成低电压检测指示功能电路的实物制作。

【案例反思】

在真实问题情境的探究学习中，学生展示了技术能力，从分析需求电路的输入输出，到设计合适的电路，再到最后的搭建测试，帮助机器人社团的同学解决了生活中的实际问题，体验了完整的开环系统的设计制作过程，增强了创新设计和工程思维的能力。

在新课程标准的要求下，通用技术课程教学要在传统教学的基础上发生改变，立足于学生的直接经验和生活认知，精心设计学习活动，尽量将新知识的认知与学生已有的经验相关联，寻找真实问题的学习情境。

在课程教学中，教师应多采取自主学习、合作探究等灵活的学习方式，注重学生对知识的理解应用能力，提高学生实践的能力，激发学生的创造能力，促进学生学科核心素养的形成。

参考文献：

[1]普通高中通用技术课程标准（2017版2020修订）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2]何惠安.基于问题情境的“氨”作业设计[J].数理化学习（高中版），2020（2）.

作者简介：

孔维鹏（1986年-），女，汉族，江苏南京人。