1、普通高中通用技术创造潜能开发的实践探索利用 CAD 技术辅助完成普通高中通用技术课程中的项目教学，可使学生了解和掌握一些先进的技术，并尝试开展一些简单的技术设计和技术试验，培养学生的探究能力和敢于创新、善于创新的精神和勇气，使学生的创造潜能得到良好的引导和有效的开发。2012 年北京市普通高中通用技术冬令营活动对此方面进行了一些尝试和探索，文章中给出了可供参考的 6 个主题项目的实例，对于利用 CAD 技术进行创意设计有一定的借鉴和指导的意义。普通高中通用技术课程的基本理念之一是注重学生创造潜能的开发，加强学生实践能力的培养。创造学的研究表明，创造力是每个人都具有的自然属性，是每个人都具有的一
2、种潜在能力，普通人与杰出人才之间并无天壤之别，区别在于有没有开发和开发的程度。通用技术必修课程的基本内容是技术设计，让学生进行创意设计与制作是动手与动脑相结合、培养学生创新精神和实践能力的良好载体。创意设计和制作的主要任务是类比现存产品，从外形、材料、结构、原理、工艺等方面加入作者的联想与诠释，从而获得的改进型设计，同时将设计赋予原型或模型的制作。计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称 CAD）技术可以完成三维实体造型设计、特征造型设计等多种设计，从产品的概念设计、详细设计、结构分析与优化、仿真模拟实验到定型等阶段中均包含了 CAD 技术的内容。将 CAD 技术应用于
3、普通高中通用技术课程中的项目教学，可使学生了解和掌握一些先进的设计软件应用技术，并尝试进行一些简单的技术设计和技术试验，培养学生的探究能力，敢于创新、乐于创新的精神和勇气，使学生的创新潜能得到良好的引导和有效的开发。为了进行这方面的尝试和探索，将 CAD 技术应用在 2012年北京市普通高中通用技术冬令营项目中。1 冬令营项目设计及意图项目设计试图在学生学习了通用技术与设计 1后，已初步掌握了设计的一般过程和原则；能根据要求完成产品的设计；能绘制构思草图、设计草图、三视图以及轴测图；知道一些简单的电路知识等基础上，初步掌握和使用 CAD 技术进行实体设计；经历设计方案的形成过程；体验从构思设计
4、到制作完成作品的整个过程，感受技术设计的艰辛和困难；经历小组合作完成项目，感受团队合作的力量；理解技术与人、技术与社会、技术与自然的相互关系；将必修和选修、课内和课外、信息技术与通用技术等内容相融合，凸现当代技术教育的特点，探索培养和提高学生技术素养的新模式、新途径，为今后在北京市范围内进行项目教学的实施进行初步的尝试，推进北京市普通高中通用技术课程的实施。此次冬令营共设计了“可调台灯”“迷你音箱”“计数存钱罐”“迷你加湿器”“空气桨动力小车”“变形笔筒”6 个主题项目。这些均是学生熟悉的、感兴趣的、有挑战性的、创意设计空间较大的、能够实现设计意图的项目。学生在教师的带领下需要经历自选项目主题
5、、学习和使用 CAD 软件、进行创意设计、对实体打印后的模型进行制作（包括加工、焊接、组装、着色等环节）、展示和宣讲、评价等过程。2 冬令营项目及其实施项目的共同要求是：所设计项目的总尺寸要小于 150 mm200 mm200 mm，总质量小于 200 g；中空要接线的区域需分开设计；所设计的模型或零件壁厚应大于 1.5 mm 等。每个项目的个性化要求及组委会统一提供的套件各有不同（以下具体项目中阐述）。项目实施主要是每个代表队的学生和教师根据组委会提出的具体要求选择一个主题，在规定时间内利用 CAD 软件进行项目的创意、整体或零部件的设计；在三维实体机打印出来的外壳、零部件中内装入相应的电子
6、套件；之后进行修饰、着色等；根据作品的特点撰写“产品说明书”和介绍本作品的 PPT，并向全体营员介绍自己的作品；总结和交流评价等。2.1 可调台灯项目1）可调台灯项目的个性化要求。设计的台灯需结合声、光、电相关功能等，例如：声控台灯，光控台灯等。提供的套件有：5 mm 白色高亮 LED 灯（10 个）、自锁开关（8 mm8 mm）（2 个）、电池（3 V 纽扣电池或 2 节 5 号电池）、电池盒（1 个）、导线（若干）。2）可调台灯的设计。选择此项目的团队，有的借鉴了包装牛奶的利乐包的纸包装，朴素而不失经典，形状简约而大气，比较适合台灯的外观基础底座，并为台灯功能拓展设计提供了足够的空间；有的
7、借鉴了中国传统文化中的龙、方形回纹和太极图形等元素，设计出了“玉龙灯”；有的借鉴了动画片中的一些卡通猫作为台灯外壳的形象，同时结合台灯的基本功能增加了紫光验钞、彩灯等功能。“玉龙灯”的主体是一条蜿蜒的玉龙，灯罩选择了大红色和圆柱体，并在其上加以方形回纹（被民间称为“富贵不断头”的一种纹样）装饰，方圆结合使其更显古典大方。底座由太极图演变成日月图，在日月、阴阳（凹凸）、平衡之中蕴藏着力量、典雅、高贵、吉祥等，突出呈现了中国特色，寓意着龙年的欢腾，新春的喜庆以及对未来的美好憧憬。玉龙灯的设计见图 1。2.2 迷你音箱项目1）迷你音箱项目个性化要求。音箱需结合声、光、电相关功能等，例如：USB音箱，
8、触摸音箱等。提供的套件有：50 mm 扬声器（1 个）、USB 功放板（1个）、USB 电源（1 个）、USB 电源线（1 个）、3.5 mm 插头（母头）（1个）、导线（若干）。2）迷你音箱的设计。选择此项目的团队，有的根据动画片中精灵的形象，提炼了相应的设计元素：光亮、翅膀、飞翔、绿色、枝叶、旋转等，结合音箱的基本功能以及桌面办公的特点设计了音乐控制、桌面照明、桌面储物等功能，并考虑音箱设计中创意元素的运用以及音箱的功能实现，将音箱设计成可旋转的、绿色的、具有光亮的形态（见图 2）；有的借鉴了蜗牛卡通造型，突出体现蜗牛壳的纹理、色彩等非常有质感，扬声器隐藏在绳结状外壳中，可以悬挂起来听，U
9、SB 接口和连线均可隐藏在一半的蜗牛壳中，蜗牛外壳中间是电子表；有的借鉴了童话中的五彩斑斓古城堡的建筑，将儿时的梦境渗透在设计中，童话里的城堡伴随着美妙的音乐出现在办公桌上、卧室里，可以让人赏心悦目，仿佛重新回到童话的梦境里。2.3 计数存钱罐项目1）计数存钱罐项目的个性化要求。存钱罐需结合电子计数相关功能等，例如：计数存钱罐，投币问好存钱罐等。提供的套件有：计数存钱罐拆机套件（1套）、5 号电池（2 节）、导线（若干）。2）计数存钱罐的设计。选择此项目的团队，有的借鉴了孔明锁的设计，将孔明锁结构与功能附加在存钱罐上，增加了存钱罐的益智性与趣味性，可以激发人们对存钱的兴趣，存钱罐的进币口设置了
10、电子计数器，在每个面上彩绘了体现中国元素的龙、青花瓷、京剧脸谱、中国红等，突显了中国特色和龙年好运的愿望（见图 3）；有的借鉴了中国传统建筑文化元素“宝塔”作为一种装饰的主旋律，利用计数传感器改变了一般存钱罐各种硬币混装的做法，将不同的硬币进行分类，实现了功能上的突破，同时借鉴“好丽友”木糖醇的糖盒和“举重人自动牙签盒”的取物方式，进行了新式存钱罐的取钱方式的探索。2.4 迷你加湿器项目1）迷你加湿器项目的个性化要求。加湿器需结合加湿原理相关功能等，例如：光雾加湿器，音乐加湿器等。提供的套件有：带灯雾化头（直径 45 mm，高度27 mm）（1 个）、24 V 变压器（1 个）。2）迷你加湿器
11、的设计。选择此项目的团队，有的借鉴了冬天里的雪人，想象着在干燥的冬天能够有自然环境下的那种雾气缭绕的景观，雪人主要分为：底部、身体、头部、手臂和帽子等，底座的圆台里面安装着 LED 灯，可供照明使用，身体里面安装了雾化器，从手臂中进入的水，雾化成小液滴，然后从帽子上的小孔冒出，扩散到室内；有的根据龙（2012）年将至的时机，想制作一个有“龙”标志的加湿器，于是想到了“小龙人贺新春”的主题，其原理是通过超声波雾化器将水雾化，产生的势能会将水雾喷出，从而起到了加湿的效果，在超声波雾化器上装有 LED 彩色灯，用光导纤维可以将光束引出，在白天起到装饰的效果，在晚上可以照明，“小龙人”的手臂是一个化学
12、玻璃导管，通过连通器液面相等的原理可以直观地看出水箱中水的液面高度，加湿器右部是一个春联型笔筒，在“小龙人”的身体上印有镂空显示出有本校特点的铁路的标志，表达了全体师生喜迎新年心情，并祝愿学校龙年蒸蒸日上，越办越好（见图 4）。2.5 空气桨动力小车项目1）空气桨动力小车项目的个性化要求。小车需结合动力原理相关功能等，例如：风动小车，太阳能小车等。提供的套件有：直流电机（1 个）、桨叶（1个）、5 号电池（3 个）、电池盒（1 个）、导线（若干）。2）空气桨动力小车的设计。选择此项目的团队，有的根据当今世界的能源非常紧缺，而汽车数量与日俱增，不仅消耗资源，而且污染环境，想设计一款环保节能的太阳
13、能动力小车，希望它能帮助人们减少环境污染，节约能源，太阳能动力车的材料选取了耐腐蚀，质量轻，抗压能力强的钛合金，太阳能电池板为小车提供动力来源（见图 5）；有的借鉴了赛车外型，并加入了环保等理念，利用太阳能发电，带动桨叶推动赛车前进，此赛车电动机至于车后部，太阳能电池板放至于导流架顶部，便于更好吸收阳光。2.6 变形笔筒项目1）变形笔筒项目的个性化要求。笔筒需结合可折叠的相关功能等，例如：升降笔筒，多功能笔筒等。提供的套件有：直流减速电机（1 个）、5 号电池（2个）、电池盒（1 个）、按动开关（1 个）、导线（若干）。2）变形笔筒的设计。选择此项目的团队，有的考虑新年将至，根据中国传统，“人
14、人希望连年有余”，取“连”的同音字“莲”为底座，“鱼”为主体，鱼“倒”年到，然后用电机带动鱼形笔筒转动，有时来运转的寓意，取名“莲年有鱼”笔筒，此作品有一个莲花座，底座里有一个小电动机，它可以带动鱼形笔筒转动，笔筒底座带有个小架子，以便放置橡皮、尺子等小物件（见图6）。3 冬令营项目实施后的反思利用 CAD 和三维实体打印技术进行创意设计和制作，可将学生在电脑中的创意设计变成世界上独一无二的、渗透了自己创意理念的作品，学生们非常喜悦，很有成就感。活动表明，学生接受 CAD 技术并不费力，而且完全能够实现设计上的创新，在整个项目完成中，学生的创造潜能得到了充分的发挥，其想象力和创造潜能超出了教师
15、们的预期。带队教师与同学们一起经历了一个充满挑战和收获的过程，在这个过程中与学生一同成长，并开始思考在今后的教学中，如何进行项目的合理设计、在学生实践过程中如何给予必要的启发性的指导和评价等。总结此次项目实施环节有：“导入相关铺垫方案制订实施评价总结和反思”等。在“导入”环节中，教师呈现相关情境，提出完成的要求、条件等；在“相关铺垫”环节中，教师讲解有关的概念、背景、理论知识和原理方法等；在“方案制订”环节中，教师提供相关资料、指导和咨询，学生根据要求等查阅相关资料，收集信息，进行方案构思、制订方案和计划，并明确分组及分工；在“实施”环节中，学生根据拟定的方案，按照分工和流程完成任务；教师在此
16、过程中要巡回指导并适时提供咨询和建议；在“总结和反思”环节中，采用学生自评、互评和教师评价等方式进行过程性和发展性评价，评价的标准不追求学习成果的唯一正确性，教师要针对学生出现的问题，尤其是共性问题和重难点问题要予以深入分析和有效指导。此次冬令营项目对今后北京市开展项目教学有一定的指导意义，学校可根据不同条件有选择地进行，如有条件的学校可进行全过程的创意设计和制作；对于没有条件呈现作品的学校可只进行创意设计等。诚然，今后的项目教学中要大力提倡设计一些更适合本地区和学校实际的项目让学生进行创意设计和制作，项目呈现方式可多样。教师要充分发挥和保护学生丰富的想象力，激发他们的求知欲和好奇心，并在条件允许的情况下，让学生的创造潜能得到最大程度的发挥，不断提高理性思维、形象思维能力和艺术品位等，唤醒学生的创新意识，使其对自己的创造力充满信心，敢于挑战，敢于创新，促使他们由普通人格向创造人格转化。（作者单位：北京教育科学研究院基础教育教学研究中心）