普通高中论文通用技术课程中三视图投影演示仪的设计与制作.docx

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普通高中论文通用技术课程中三视图投影演示仪的设计与制作

昌吉学院论文（设计）分类号：

本科毕业论文（设计）密级：

无

普通高中通用技术课程中三视图演示仪的设计与制作

系院物理系

学科理科

专业教育技术学

学号0725812007

姓名高青瑶

指导教师刘斌

教师职称讲师

二零一一年五月二十八日

授权声明

摘要

三视图是常见的技术图样，是高中通用技术课程中设计交流部分的内容，课标的具体要求“了解技术语言的种类及其应用，能识读一般的机械加工图、线路图、效果图等常见的技术图样，能绘制简单的草图和简单的三视图[1]。

通过对现有三视图投影演示仪现状的调查和分析发现其在设计上和功能需求上存在很多不足因此本文从其设计特点、实现的教学功能、需求三方面进行分析，进一步设计改进并进行制作能实现一定教学功能和满足一定的教学需求的三视图投影演示仪。

【关键字】三视图;技术图样;通用技术课程;三视图投影演示仪;设计制作

Abstract

Orthographicviewsisacommontechnicaldrawings,isahighschoolgeneraltechnologycoursedesigncommunicationpartofcontents,coursetargetspecificrequirements"understandtechnicallanguagecategoryanditsapplication,canreadthegeneralmechanicalprocessingfigure,thecircuitdiagram,renderingthecommontechnologysuchasdrawingsimplepattern,canOrthographicviewssketchesandasimple[1]forexistingOrthographicviewsprojection.Throughtheinvestigationofthepresentsituationofdemoinstrumentinthedesignandanalysisfoundthatexistsonandfunctionalrequirementsonmanydeficienciesinthispaperthedesigncharacteristics,realizefromthethreeaspects:

teachingfunction,demandanalysis,furtherdesignimprovementandmakingcanachievecertainteachingfunctionandmeettheneedsofcertainteachingOrthographicviewsprojectiondemoapparatus.

Keyword:

orthographicviews;technicaldrawing;courseofcommontechnical;orthographicviewsprojectiondemoinstrument;productionanddesign

目录

引言

三视图是常见的技术图样，是高中通用技术课程中设计的交流部分的内容，课标的具体要求“了解技术语言的种类及其应用，能识读一般的机械加工图、线路图、效果图等常见的技术图样，能绘制简单的草图和简单的三视图[1]。

”技术图样是技术语言表达设计的一种形式，通过对新疆昌吉州通用技术教师的授课情况调查，发现在教学过程中部份学生根据学习资料提供的和教师口头讲解、实物比划、使用演示仪展示的实物的三视图来绘制简单的三视图时容易出错。

其原因体现在两个方面，一是技术图样的三视图的绘制是学生初步接触的新学内容；二是之前学校里高中通用技术课程的直观演示教具缺乏和现在部分学校有演示教具但是部分演示教具的直观性、科学性、实用性缺乏。

因此对现有的三视图投影演示仪存在的不足进行分析、设计、制作是有必要的。

一、现有三视图投影演示仪现状分析

1.1演示仪的设计特点分析

通过调查目前市场上上海展天仪器设备有限公司、江苏教育家教学装备有限公司、江苏中盛科技等厂家的现有三视图投影演示仪特点分析存在以下共同缺点（详见附录I）：

一是没有支撑实物的支架，将实物直接放置在底面的展示面上。

在展示的过程过程当中对要绘制的结构简单的实物的三视图中的俯视图在底面的投影效果有很大的影响，达不到的直观展示后学生正常观察的效果，直接影响了教学效果不能起到演示教具在教学中的积极作用。

二是演示教具利用白天教室里的自然光线代替平行光源的平行光通过实物形成的投影效果很差几乎看不到，对要绘制的实物的三视图的形成原理展示不到位。

三是彩色的塑料磨砂材料制的展示面不透明，学生不能直观的观察到实物的投影效果，教学过程当中必须通过教师在幻灯片上画好后，然后展示给同学们。

三个面的幻灯片数量有限仅有三张，在教学过程中当需要展示多个物体的时候，虽然幻灯片是可以用湿布子擦除然后重复使用的但不能保存多个物体的投影效果，所以用于对比教学时就显得不合理了，而且当同一个教师上同一节内容给不同班级时幻灯片也不可以重复使用。

1.2演示仪实现的教学功能分析

通过对现有的三视图投影演示仪了解，在我们的实际教学中实现一定的教学功能。

具体体现在三视图投影演示仪遵循通用技术教材《技术与设计》三视图课程要求，展示三视图、左视图、俯视图、并在此基础上绘制三视图标志，可方便教师在课程教学中很好的授教。

更直观的让学生理解和吸收三视图教学内容。

1.3演示仪的需求分析

2010年11月至12月，昌吉州14所普通高中共57名通用技术教师，在昌吉学院接受了为期一周的课标及实验装备使用的培训。

在培训班上，笔者对昌吉州通用技术一线教师进行了调查，发现在教学过程中部份学生根据学习资料提供的和教师口头讲解、实物比划、使用演示仪展示的实物的三视图来绘制简单的三视图时容易出错。

其原因体现在两个方面，一是技术图样的三视图的绘制是学生初步接触的新学内容；二是之前学校里高中通用技术课程的直观演示教具缺乏和现在部分学校有演示教具但是部分演示教具的直观性、科学性、实用性缺乏。

对于技术图样的教学，针对不同的技术图样，有识读和绘制两类要求。

教学中要侧重于培养学生识读技术图样的能力，只要求能绘制草图和简单物体的三视图。

对于学生“识读”能力的培养，可以运用多媒体课件或者有关专业软件，还可以让学生识读一些实际的图样。

关于草图基本画法的教学，教师要演示具体的画法，如如何握笔、如何徒手画线到基本图形的画法等，并选择一些较为常见的技术产品让学生动手实践。

主题的专业性较强，比较抽象，难度较大。

教学中可采用探究式和启发式教学，积极创设问题情境，注重感受与体验，关注情感发展，激发学习兴趣。

通过课标分析和调查，三视图投影演示仪应该具备以下功能：

（1）设计一个可活动的平行光源，可以实现直观的、清晰地展示出要绘制的结构简单的实物的三视图主要轮廓投影效果及形成原理；

（2）设计一个特别稳定对要绘制的实物的三视图投影效果的影响效果最小、方便教师操作，教师可根据物体的大小来调整其具体位置的可活动的吸杆支架；

（3）设计一个可以将三视图演示仪至于一个稳定具有一定高度的位置，便于学生观察，方便教师教学，便于教具的存放的台座；

（4）设计一个透明的可折叠的展示面使得学生能直观的观察到实物的真实清晰地三视图主要轮廓投影效果；

（5）使用普通的投影片这样同一个教师不仅可以重复使用、还可以保存的此投影片，方便教师教学，节约资源有利于教师灵活的控制不同班级的课堂；

二、演示仪的设计与制作

三视图演示仪设计效果如右图2-1所示，设计方案是其整体主要有四部分构成具体有：

展示面、平行光源、底座、吸杆展示架，分别对应图2-1中的标号①、②、④、③。

其设计选用的材料有:

有机玻璃、万能胶、排灯、变压器、合页、螺丝钉、钢筋、带吸头的杆（用市面上的带有吸头的牙刷杆为材料如图2-15所示）。

产品附带教具有：

普通投影片、记号笔、尺子、小书夹、A4纸、小手电筒。

各部分具体的设计和制作如下：

图2-1三视图演示仪设计效果图

2.1结构部分的设计与制作

图2-3中的标号①是展示面：

由35*45（cm）的两个矩形和35*35（cm）一个矩形材料选用有机玻璃构成如图2-2所示。

方案一选用合页连接而成（在使用前后可以折叠），方案二选用角连接方式（隐性连接模具注塑磁钢固定）结构特点是可以折叠存放，方便携带的活动式三维立体正交结构。

打开放置在台座上效果如图2-3所示。

这样设计的展示面结构的特点：

图2-2个展示面的结构设计草图

一是设计一个透明的可折叠的展示面使得学生能直观的观察到实物的真实清晰地三视图主要轮廓投影效果。

图2-3展示架在展示面上展示物体的设计效果图

二是在透明的展示面的背面可以使用普通投影片和A4的白纸，使用普通的投影片和A4的白纸这样同一个教师不仅可以重复使用、还可以保存的此投影片，方便教师教学，节约资源有利于教师灵活的控制不同班级的课堂。

2.2光源部分的设计与制作

根据正投影原理提出平行光源的设计要求，然后写笔者通过市场考察和查阅资料，寻找合适的光源来解决三视图演示仪的平行光的问题。

考察市场后有Led和发光二极管两种产品分别如图2-4,2-5所示可以选用，利用其制成排灯。

制作面积和展示面的最大成像面一样大35*35（cm），由图2-6的物件的支架方式,将光源的支架设计成带有两个固定支架的平面平行光源如图2-7所示，这样设计的目的在于教师可以方便和把握光线在每一个面时是否垂直与展示面，这个光源是可以活动的方便教师操作在教学的过程中，其中图2-9中的标号⑤是活动支架：

可以利用如图2-17所示的吸杆支架来实现其功能，它的杆长由于要考虑到平行光源放置到顶部的时候光源面到台座的距离所以合理设计为43（cm）。

最终作品效果如图2-8所示。

图2-4光源选取参考物

图2-5光源排列设计参考物

图2-6光源支架参考物

图2-7中的标号⑥⑦是固定支架：

选用材质较重的钢筋焊接固定。

（这样的支架立在台上的时候可以使整个平光源部分的重心偏低，重心是影响结构稳定性的重要因素之一，因此这种结构比较稳定）。

结构连接方式如图2-6所示使用时放在侧面和顶面的设计效果分别如图2-1，2-9所示，制作的作品实际展示效果如图2-10，2-11所示。

图2-7平行光源设计的效果图

图2-8平行光源制作作品图

图2-9光源在顶部时的设计效果图

图2-10光源放在顶面时的试图展示效果图

图2-11光源放在侧面时的实际制作作品图

2.3台座的设计与制作

图2-1中的标号③是台座：

由20*55（cm）的4个矩形和55*55（cm）一个矩形材料选用和展示面一样的透明有机玻璃粘合而成，设计草图如图2-12所示，设计效果图2-13所示，合设计优化的特点：

稳定、美观、使用。

这样的台座是选用和展示面一样的透明有机玻璃材料制成底座的特点：

一是它在教学中的时候可以将三视图演示仪至于一个稳定具有一定高度的位置，便于学生观察，教师方便教学。

图2-12台座的组成面结构设计草图

二是教师在完教成教学的时候将演示仪取下拆卸后进行折叠然后将台座倒置如图2-13，然后将模具和吸杆支架及其它的教学附带工具（记号笔、幻灯片、尺子、夹子灯）装进其中然后将三视图演示仪（折叠后的）盖在盒子上面。

最后可以将其矩形盒放进矩形包中，根据需要携带到任意地方。

图2-13台座倒置时的设计效果草图

2.4展示支架的设计与制作

图2-9中的标号④⑤是吸杆展示架：

用市面上的带有吸头的牙刷为材料如图2-15所示，杆的长度：

8cm和10cm或者使用的吸盘如图2-11所示的吸垫吸住展示面的时候大约高在2cm如图2-17中的标号⑧，制作的实际作品效果如图2-16所示。

此吸杆做支架的特点：

一是它比较容易固定、教师可以自己根据模型的形状选支架的位置、可以方便拆除和折叠教具。

二是对投影的效果影响缩小到点的影响达到设计优化的目的.其结构效果如图2-12使用时的效果如图2-8所示。

图2-14吸垫

图2-15带吸盘的牙刷杆

图2-16带吸盘的吸杆制作作品图

图2-17吸杆展示支架的结构设计草图

三、三视图投影演示仪教学应用

3.1教学设计

通过对通用技术必修模块“技术与设计1”第六章第二节《常见的技术图样》之“正投影与三视图”（苏教版）的内容分析、学情分析、三维目标分析以及重点和难点分析，利用三视图投影演示仪进行具体的教学设计如下：

技术图样是表达设计的一种形式，从学生身边的现象入手，借助三视图投影演示仪的投影原理以及展示效果向学生讲解三视图的形成原理使学生掌握一般技术图样所采用的投影方法并引导学生自主参与探究学习，接着教师使用演示仪向学生展示三视图的画法及尺寸标注如果时间允许的话可以让学生上来亲自完成一个模型的三视图的画法及尺寸标注。

这样设计的有利于教师对重点和难点的讲解以及学生对本堂课的重点难点的理解和掌握。

教师首先实现了新课改下的高中通用技术课程的课程新理念注重学生创新精神和实践的能力的培养，并着力在知识与技能、过程与方法以及情感、态度、价值观三个方面形成目标上独特的追求。

3.2教学过程

教师针对本堂课的重点和难点，借助了三视图投影演示仪讲解知识点。

具体实施过程如下：

（1）课前引入的具体实施过程：

教师在进行讲解正投影法的时候先将演示教具从工具箱中取出搭建好后根据模型的大小确定吸杆支架的位置，然后将模型放在如图2-1的吸杆支架上。

第一步：

教师可以向学生提问怎样才能在三个面上得到物体的投影呢？

学生可能回答借助光线。

第二步：

教师根据学生的回答拿出一个手电筒分别使用垂直光线和斜射光线两种方式向模型的投影面的中心照去进行投影，让学生观察在展示面上获得的投影并让学生思考怎样的光线照射方式形成的投影与实际模型的投影面更形似呢？

学生根据观察结果判断是垂直光线照射的方式得到的投影更接近模型投影面的真实投影。

第三步：

教师又让学生思考这样得到的投影是否与真实投影全等呢？

这时候教师叫一个学生上来借用尺子量取模型投影面的一条边实际尺寸然后再量取得到的投影的对应边的尺寸，将得到的结果进行比较后发现不一样而且是得到的投影对应的那个边比较长，那么这两个面究竟是怎样的关系呢？

学生思考回答的结果是相似的。

那么究竟是不是呢？

第四步：

教师这时候叫学生价拿着电筒按照老师的照射方式照射，教师将其投影在展示面背面的用夹子夹住的白纸和普通投影片上借用尺子和记号笔画出，然后将其边长进行测量标注。

教师在做每一步的时候都要进行说明。

再将模型的投影面的实际尺寸进行量取，然后利用几何知识进行证明两个面的关系，最终得到的结果是相似的。

第五步：

教师这时候又让学生思考怎样的光线会反映模型投影面的实际尺寸或者更接近实际尺寸呢？

学生通过思考经过总结得出的结果如下大于等于投影面的大小的面光源、将手电筒拿到无限远处的亮光源又或者自然光线。

第六步：

教师根据学生的结论引导学生思考这些光源的有没有共同的特点呢？

有，又是什么呢？

学生根据几何当中学到的全等的定理特点得出的结论是这样的光源都具有平行与展示面的特点。

（2）新课教学正投影与三视图的具体教学过程：

第一步：

教师这时候根据学生的回答进行鼓励并且将制作的平行光源通上电然后平行放置在展示面的每个面如图2-10，3-1所示投影展示效果，然后让学生观察投影的结果。

教师这时候向学生讲解正投影的定义并且在讲解的过程中向学生说明因为技术的原因这个光源不是很理想所以形成的投影只能说接近模型投影面的实际大小而我们讲的正投影指的是投影结果应该是等于实际模型投影面的大小因此不要因为这一点的原因而产生理解的困惑。

图3-1侧面视图的展示效果图

第二步:

教师向大家讲解三视图的关系，根据光源投影得到的投影结果和原理进行分析后把每个投影面的投影结果在展示面的背面的投影片上用记号笔和直尺画出并进行尺寸标注，这个过程进行的时候教师一定要要强调让学生注意自己画的时候的思路和方法，如果时间允许的话教师可以叫几个学生上来操作一遍教师可以根据学生的操作过程和操作结果进行进一步的说明。

第三步：

教师将展示面展开如图3-2所示让学生以同桌之间讨论的形式根据标注的尺寸观察、思考、讨论三个视图边长之间的关系。

学生通过观察、思考、讨论得出的结果是三个视图各边长之间是俯视图在主视图下方，且长对正（主俯长对正）；左视图在主视图右方，且高平齐（主左高平齐）；左视图和俯视图右上方，且宽相等（俯左宽相等）。

图3-2展示面展开后视图的关系图

第四步：

教师用ppt的动画的效果向学生展示一张画好的标准的三视图的绘画过程，来向大家讲解三视图的具体画法和注意事项，然后让学生把刚才展示的三个视图按照正规的画法画在A4的白纸上，在这个过程中教师在下面走动进行指导，完成之后下一步教师让同桌之间相互交换视图然后带着大家一起总结三视图的具体画法和注意事项。

第五步：

用ppt向学生继续展示一些标准的机械加工图，教师具体讲解分析一张然后让学生根据以上要求来了解和分析剩余的几张，教师可以进行必要的补充和点评。

第六步：

教师让学生将自己手上同桌的那份三视图按照以上画法和注意事项进行改评并交给小组进行收齐交给老师，然后布置习题并预习三视图与轴测图的转化。

第七步：

将教具拆放折叠整理放置在如图2-10的倒置的台座里盖上盖子带走。

3.3教学效果分析

通过对阜康市一中通用技术小组使用三视图投影演示仪教学的教学效果的调查分析，有18人认为使用三视图演示仪进行通用技术教学时可以很好地实现直观展示三视图原理来帮助学生掌握和理解三视图的原理和三视图的绘制。

有两个人认为教具在操作上有点复杂难以操作和控制课堂。

有一半的人对此教具非常满意，认为使用三视图投影演示仪进行通用技术教学时此教具有利于教师对章节重点难点的讲解，可以达到很好的互动效果对教学产生很大的影响。

少数人认为对教学有很大的效果，但是教师对课堂的控制变难了。

因此总体来看此三视图投影演示仪再设计上的改进是有进步的和实际意义的。

3.4技术改进

（1）结构部分：

连接方式上由于设备和技术的原因我们采用了合页连接的方式在原理上实现了可是设计的美观上很缺乏因此如果技术允许可以采用隐形式的铰链接方式使其更美观实用。

（2）光源部分：

在设计上仅仅实现了对于简单实物的三视图的形成原理有直观的体现因此有助于教师对抽象原理的讲解。

但是在技术和科学性上还很缺乏。

具体来说现在设计的光源在投影的时候形成的阴影和事物的投影实际尺寸有一点误差原因是因为使用的光源不是像激光一样的灯管而是普通的二极管形成的光源比较发散因此是相似的而不是等大的因此在教师使用时要记住强调这一点，以防学生在对知识形成能够理解知识并记忆的时候产生疑惑或者误导。

对这个光源的设计在技术和科学性反方面要继续能力改进和创新是非常有必要的。

（3）支架部分：

由于在市场上没有找到想要的那种符合我设计使用的吸杆支架，因此我借助吸干牙刷的刷柄、装饰吸盘来替代实现设计，如果技术和设备允许的情况下设计符合要求的吸杆支架是有必要的。

结束语：

实践表明这个三视图投影演示仪实现了预期要达到的教学效果，但是在技术方面存在很多不足。

这种研究的目的不是为教学增加另外的负担，而是力图使教学以更有效的方式展开，使教师在有限的时间内引导学生进行研究性学习，培养创新精神和实践能力使其获得更好的发展。

注释

[1]admin.2009-12-23.江苏省普通高中通用技术课程标准教学要求

参考文献:

[1]admin.2009-12-23.江苏省普通高中通用技术课程标准教学要求

[2]顾建军.普通高中课程标准实验教科书.通用技术必修一［M］南京：

江苏教育出版社，2010-07

[3]顾建军.普通高中课程标准实验教科书.通用技术必修二［M］南京：

江苏教育出版社，2010-07

[4]顾建军.普通高中通用技术课程目标.

<,2006-12-8

[5]顾建军.普通高中课程标准实验教科书.通用技术.[M]南京：

江苏教育出版社，2004

[6]中华人民共和国教育部.普通高中课程方案（实验）.[M]北京：

人民教育出版社，2003

[7]中华人民共和国教育部.普通高中技术课程标准（实验）.[M]北京：

人民教育出版社，2003

[8]王凌诗.技术设计基础.[M]北京：

现代教育出版社2007-08

[9]许琼.技术设计实践.[M]北京：

现代教育出版社，2007-09

[10]李腾训，卢杰。

 计算机辅助设计--AutoCAD2009教程清华大学出版社2009-11-1

致谢

本论文的撰写是在我的指导老师刘斌老师的亲切关怀和悉心指导下完成的，从课题的选择到论文的最终完成。

她总是不厌其烦的指出我在论文写作过程中存在的问题，就算再忙，也会抽出时间把我的论文批改出来。

以便我能及时的改正错误。

在此，谨向刘斌老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意同时，还要感谢物理系书记杜青发老师、物理系主任王伟老师，感谢我的班主任王文慧老师及呼延玲老师。

还要感谢那些帮助我做调查设计的老师、同学们。

谢谢你们的支持与关心。

最后感谢我身边的同学朋友们，谢谢你们的支持和帮助！