传统机械用具在现代教学中的应用研究

刘泽田 肖芳卿 何理

摘要：传统机械用具是我国传统文化的重要组成部分，随着现代科技和工業化的发展，传统用具几乎已被现代器械所替代。但是，现代教学内容与传统机械用具所涉及的名词以及原理存在很强关联性。本文综合利用现代测绘、三维建模、逆向工程、3D打印、VR和机电一体化等技术，以典型传统用具水排为例，探讨将传统机械用具引用于现代教学中的意义和实施方法。

关键词：传统机械用具;现代教学;水排;数字化模型;实物模型

中图分类号：G4文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2020.25.065

中华传统文化是中华文明成果根本的创造力，也是民族历史上道德传承、各种文化思想、精神观念形态的总体。其中，传统机械用具是物质文化的一个重要载体，这些伟大的发明创造体现着人们对生产生活进行的积极思考和探索实践，这无疑对社会发展起到了巨大的推动作用。随着科技、工业化的高速发展，这些传统机械发明逐渐被越来越先进的生产器械所取代，因无法得以合理传承而逐渐走向消亡，这给我国优秀传统文化造成了巨大损失。为此，我们应当将这些优秀文化借以更合理、符合时代的方式带到人们的视野，并将其良好传承下去。据分析，传统机械用具所蕴含的理论知识和文化内涵与目前学校的教学内容具有很强关联性。本文将传统机械用具与当今课本理论知识相融合，探讨一种兼具提高课堂教学质量和传承古代发明创造的授课新模式。

1传统机械用具教学中应用方法

1.1搜集传统用具的相关资料

传统机械用具种类繁多，包括机械农具、生活用具、兵器等。通过网上查询、书籍阅览、博物馆探访等方式，对这些传统机械用具的创造背景、知识原理和具体实用意义等资料进行搜集。挖掘传统机械用具中可应用于当代中小学、大学各学科内容的部分，进行分类整理，归纳总结并汇编成册。

1.2建立传统用具的数字化模型并制作仿真视频

对可拆装的小型机具进行测量，用三维绘图软件将其制成三维模型;而对年代久远、不便拆装的大型用具进行三维扫描，生成点云数据，将其逆向建模制成三维模型;目前已无实物参考的机具，按书中描述将其复原制成三维模型。然后，在建立三维模型的基础上运用仿真软件将各机械的基本运动进行模拟，生成仿真运动视频。同时，在视频中添加文字说明，进行完整性介绍。对于具有功能操控性的器具，可利用VR/AR技术增强学习者的体验感。

1.3制作传统用具实物模型，搭建实物演示

运用3D打印技术和机械加工制作等方式，将这些用具做成直观性强，可实际观察触摸的微缩模型，加入电机驱动及单片机控制等机电一体化技术，建立自动演示模型。

1.4将传统用具数据进行集成，建立数据库

完成以上工作，便可将文字资料、仿真视频、实物模型等一系列数据集成在一个数据库内，运用现代图纸分享软件，将数据库生成链接或二维码，通过扫码便可直接获取数据库内所有数据，便于日常教学的查找运用。与此同时，继续搜集我国历史发展进程中具有教学研究意义、民族特色的机械用具，不断完善数据库。

2在现代教学中的应用——以水排为例

首先，对水排的相关资料进行搜集整理，制作水排的三维模型、微缩模型和运动仿真视频，如图1、图2。

东汉建武七年，杜诗发明了利用水力鼓风铸铁的机械水排，她因此被世人尊称为“杜母”。水排在创造设计的过程中涉及到诸多方面的知识原理，是古代机械发明的一个重大突破。在中学历史课堂上，古代工业占据很大篇章，而冶铁技术是古代工业中不可或缺的一部分，水排作为水力鼓动鼓风设备向铸铁炉里压送空气，极大解放了人力、畜力，对古代冶铁业产生了巨大促进作用，老师在讲解这部分内容时可以引出水排这一例子，让同学们观阅水排的视频讲解，加深对这部分知识的印象，领略古人的创造智慧;在中学物理能量转化定律和功的知识点中，也可以借助水排的运动仿真模型讲解水的动能如何转化为机械能再让机械能做有用功;圆周运动的相关知识点也同样可以结合水排中的水轮运动给学生进行讲解;甚至大学阶段的机械原理、机械设计课程中也能引出水排一例，水排以水作为原动力，将机械和力学方面的知识相互结合，其包括的曲柄连杆机构、凸轮机构和齿轮等在课程知识点上，学生可通过观察水排的微缩模型、动态视频等，更为直观地了解这些机构的作用原理，平日乏味、难以理解的文字内容将得以生动和形象化。

3思考和总结

当前我国人民对传统机械用具普遍存在无从认知、了解局限和缺乏传承等问题，而在现代教学尤其是理科课堂中，学生仅通过看教材、听讲解是难以对部分抽象概念进行消化的。本文将传统机械用具进行数字化，实物模型化，应用到当代教学课堂中，在有效提高教学质量的同时，能让学生接触了解我国的传统制造发明，体会古人的造物思想，激发其创新思维和动手实践能力，接受优秀传统文化的熏陶，进一步提高文化自信。与此同时，这些珍贵的历史发明也将得以良好传承下去。

参考文献

[1]王健慧，朱宏轩.基于工业设计视角的传统工具数字化保护研究[J].设计，2019，32（22）：140142.

[2]王星光，柴国生.略论中国古代的冶金鼓风设备与技术[J].商丘师范学院学报，2007，（04）：4650.

[3]杨世玲，向功周，郭丙凯.民族地区传统水车的力学原理及美学研究[J].凯里学院学报，2014，32（03）：2325.

[4]丁宏.水排在古代大型冶铁工程上的应用——以蒲津桥的冶铸实物为例[J].科学技术哲学研究，2012，29（02）：7176.