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摘要：教具的设计在教学过程中非常重要，教具设计与教学的有效结合，可以更好的实现教学目标，帮助培养学生的专业能力和非专业能力，尤其是培养学生的实验意识和方法。本文通过一体化教学中几个实例讲述了如何进行教具设计并与教学结合。同时，从学校层面应加大对教师教具设计的鼓励力度，提高教学质量。
关键词：教具设计；实验；一体化教学；非专业能力
1.教具设计的意义
通常，教师、教材、教具统称为教育中的三大基本条件。教具是在教学过程中，具有教学特点，体现教育思想、教学目标、教学内容和教学方法的实物、模型等直观教学用器具以及实验实训器材。在汽修专业，随着课程开发的不断深入，随着教学中对学生专业能力和非专业能力的要求不断提升，更需要有效利用教具的设计结合一体化的课程设计，更好地实现课堂的目标，帮助学生理解汽修部件的工作原理，调动学习的积极性和主动性，培养学生的实验意识和方法。汽车一体化教学中，根据汽车结构分为许多学习领域，各学习领域下又拥有许多学习情境，结合课程的安排，教具的设计又分为，工量具的开发、工量具改进、教学模型制作、实训设备研发、实训设备改进、电教器材的开发与制作等六大类型。
教具设计与开发在一体化教学中具有重要意义，首先设计的教具与我们传统的教学器材不同，如发动机台架在一体化教学中作为教学器材，可让学生进行结构的认知和拆装，教具的不同之处在于它是结合工作原理、定理或者操作方法的，能够让学生更加直观理解的或者能够帮助学生更加直观操作的教学用具。发动机是汽车本身的部件，是现实生活当中的实物，而教具本身就是教学设计的产物，本身就是教学设计的成果。所以，教具的设计可以辅助教学更好的实现教学目标，帮助学生更加直观地理解原理与定理，训练操作，提升学生的专业能力。
其次，教具的设计与课程设计相结合，可以有效提升学生学习的兴趣和主动性，比如在空调系统结构与工作原理的教学中，当我们讲膨胀阀的作用和工作原理，对于学生来说是很晦涩难懂的，而如果能够利用化清剂瓶子的喷头制作相应的道具，让学生能够看到喷出物质的形态，再用手去感受喷出物体的温度，那么就不难理解膨胀阀的雾化节流作用。在这个过程中结合课程设计，让学生自己动手体验并记录完成相应的问题，学生地兴趣和主动性就大大提升，你可以看到学生不再是被动的学习，而是主动地争先恐后地进行学习和操作。就像我们经常说的，只有主动学习才是更加有效的学习，通过教具设计与教学设计的结合，我们转化了学生的学习主动性，提升了课堂的效果。
再次，教具的设计可以提升学生的非专业能力，尤其通过与一体化教学设计的结合，可以提升学生的实验思维和方法。在汽修教学中，实验教学是非常重要的一个环节，也是培养学生实验思维非常重要的环节。德国职业教育在理论教学中应用大量的实验教学，有效地培养了学生的实验思维和方法，当然我们可以看到德国汽修专业的实验教学也是通过许多巧妙的教具设计来完成的。现在我国汽修教学中，理论教学大都以讲授为主，尤其在一体化教学中，并没有遵循行动导向教学的原则和思想。而教具的设计可以帮助我们很好的设计实验教学，帮助学生在实验中理解知识和原理，通过实验的方法探索部件内容的关系，理解部件的运行规律与故障原因，在实验中探索，在实验中沟通，在实验中认真负责，在实验中团队合作。我想这也是教具与教学结合最重要的作用。
最后，教具的设计可以减少教学成本。汽修专业院校在教学器材上的投入是很大的，而教具的设计往往是利用一些废弃的部件或物品进行制作。可以大大减少教学成本，还有利于环保和废物利用。同时教具的设计方法可以传播，有利于传承，教具损坏也不需要昂贵的维修费用，可以快速重新制作，实现资源的充分利用。
可见，教具的设计在一体化教学中是非常重要的，那么如何设计教具与教学相结合呢？
2.教具设计在教学中的实践
2.1变速器教学中的教具设计
在手动变速器教学中，我们都知道變速器有一个很重要的作用就是降速增扭或者增速减扭，最终结果是低速档扭力输出较大，但速度较低，高档的扭力输出较小，但速度较高。在教学中我们时常通过讲授的方式将手动变速器的这项特点教给学生，学生的理解不深刻，兴趣也比较小。而在实际教学中，我们可以通过教具的设计，更直观地表现变速器的这一特点，让学生主动学习。
首先，在教学中我们拥有几个从汽车上拆解下来的手动变速器总成，相应的工具。我们思考如何更加直观地展现手动变速器的这一特点，而且能够可测可记录可观察。首先针对扭力的变化，我们将自动变速器的输入轴和输出轴各制作一个接头，可利用我们工具箱里的短接头。如图1所示，将其焊接在手动变速器的输入轴和输出轴的接头上形成一个新的接头。在变速器的输入轴和输出轴各安装一个扭力扳手，输入轴固定使用50Nm的力矩，记录随着档位的变化，输出轴上扭力扳手的读数。
通过该教具的设计，可以更加直观地让学生观察到变速器在各个档位下输入轴和输出轴的扭力关系，从而理解汽车为何爬坡时我们用抵挡，为何降档能够更快加速。
其次，为了让学生更加直观地观察到不同档位转速的变化，我们可以在刚才教具设计的基础上，在输入轴和输出轴用纸加—个角度盘，如下图所示，通过让学生观察并记录不同档位下输入轴和输出轴的转过的角度比，来理解不同档位的转速变化。从而理解为何低档车速慢，随着档位的升高车速越来越快。
最后，教具的设计与教学相结合，我们可以设计工作站方法让学生轮流进行实习，同时设计成实验，让学生通过实验观察记录得到实验结果，从而得出变速器随档位变化扭矩与转速的关系。培养学生的团队合作意识和实验方法意识。学生在这个过程中化被动为主动，在激发学生兴趣的同时，在目标实现的过程中，培养了非专业能力。也真正意义上将传统的讲授式理论教学，转化成—体化教学。
我们看到，教具的设计可以有效地帮助实现教学目标，培养学生的非专业能力，同时也需要结合合理的教学设计，考虑不同阶段学生的知识储备和能力。如在上述的课程安排中，随着学生能力的提高，可以将课程设计为课题式的探索内容，将实验教具给学生，课题定为变速器不同档位扭矩与转速的关系。让学生自己设计实验内容，寻找试验中的自变量和因变量，设计相应的步骤和表格进行实验，得出结果。作为整体式的课程，接下来也顺利成章的引出为何有这样的结论，学习不同档位传动比的关系，同样可以设计相应的教具，让学生自己得出不同档位的传动比和齿数关系，进一步理解变速器的原理。 2.2车载网络教学中的教具设计
通过上面的案例，我们看到教学设计成本很小甚至不需要成本，利用我们身边的工具和物品就可以完成教具的设计。上面案例的主要思想是将部件内部的联系显现化，可观可测。而有些教具的设计是模拟设计部件的工作原理。例如我们上面提到的利用化清剂的喷头模拟膨胀阀的作用。模拟部件的工作原理我们也分为机械方面和电路方面的。在车载网络课程教学中，我们就可以设计一些教具，帮助学生理解较为复杂的汽车网络。
在车载网络的学习中，我们让学生理解总线形式的网络布置形式，为什么这样布置，与传统的通信方式相比有何优点。首先我们要模拟CAN总线车在网络的结构和形式，相比理论讲授电路图和结构图，不如设计相应的教具帮助学生更加直观的理解。可以利用纸杯电话让学生制作通信网络。规定让一个小组的学生制作纸杯电话并按照几种形式建立通信，记录不同通信方式的线束数量，线束长度，对于同一个信息传递步骤。从而理解采取总线形式的布置的通信原理以及其优点。
而在车载网络的教学中，最难理解的是传输的工作原理，包括二进制信息的传输方式及各个部件间的通信方式，在传统的教学中讲授法很难让学生理解。我们可以利用相应的电路板教具设计，模拟CAN的传输方式和原理。我们需要设计相应的电路板和教具，根据CAN系统的组成找到相应的接收器，处理器和信号发生器，当然也需要示波器显示二进制的信号在传输过程中的变化，根据试车电路图设计相应的电路板进行教学。
如图所示，我们根据试车电路图找到相应的电路板并进行电路连接，如左图所示，该教具可同时传递8个二进制信号，模拟CAN的信号传输过程。正常情况下，在8个信号开关关闭的情况下，波形图如下。二进制波形8个通道相同，为0和1的交替。
当我们打开通道l时，可以看见的波形如下图所示。我们可以看到，第一个脉冲信号占空比减小，也就是脉宽变窄。通过该实验教具的设计，我们可以观察出，CAN信号传输是以二进制的信号为基础进行传输的。可以同时传输多个信号，也就是我们说的分时多路传输。而信号通过改变脉宽来传递部件状态的变化，当然也可以通过改变频率、振幅、编码等方式传递部件或传感器的数据。
2.3如何进行教具设计的几点总结
首先，通过两个实例我们看到，教具的设计包含将部件的关系和状态显现化，模拟实际部件的结构和工作原理等方面，同时也包括将操作的姿势和方法数据化和标准化等。这些都是教具设计与专业知识的结合点。在教具的设计中我们首先应该考虑，教具与专业知识的结合点是什么，再根据结合点设计相应的教具。
其次，教具的设计同时要与教学的设计相结合，能够通过实验教学让学生利用教具自己探索知识就再好不过了，学生要学会寻找實验教学中的自变量和因变量，掌握实验学习和探索的方法。在教学过程中以教具为器材，以教学设计为基础，以专业知识为载体，培养学生的肥壮也能力，调动学生的学习积极性。
最后，教具的设计也需要有创造性思维和善于发现的眼睛，学会利用身边的材料进行制作，有效利用身边的资源，减少成本，才能体现教具设计的经济性。
3.教具设计改进建议
1）重视教具设计成果。德国职业教育无论是理论还是实操教学，都可以看到各式各样的教具，不仅提升了学生的兴趣，而且帮助更好的实现了教学目标。而我国职业教育对教具的设计重视不够，缺乏方法研究。从学校层面鼓励力度不够，应当增加教具设计项目申请，利用项目管理，资金支持，制度制约，奖惩明确，来促进教具设计，提高教具设计的质量和数量。学校也应当鼓励教师在教学中进行教具设计，重视设计成果，可以纳入考核机制，或者申请专利，并以采购的方式购买教师的教具设计专利。
2）深化教具设计与教学的结合。教具的设计首先要结合专业知识内容，而不仅仅只成为娱乐工具。应当结合教学设计，有效利用教具，让教具成为专业知识和非专业能力培养的有效工具，就要让教具融入教学设计环节中，突出重点，增加学生的实验意识和方法。
3）让学生设计教具。教具的设计是教师在教学过程中非常重要的过程和能力，而在教学中如果将教具设计作为学生的研究课题，可以让学生站在另一个高度进行学习，在理解知识和原理的基础上，提升学生的探索创新意识。不仅培养了学生，还提高了教学质量，可谓双赢。
总之，教具的设计需要不断的研究，也需要学校层面的支持和鼓励，让更多更丰富的教具出现在教学中，培养综合能力更加优秀的职业教育学生。
关键词：教具设计；实验；一体化教学；非专业能力
1.教具设计的意义
通常，教师、教材、教具统称为教育中的三大基本条件。教具是在教学过程中，具有教学特点，体现教育思想、教学目标、教学内容和教学方法的实物、模型等直观教学用器具以及实验实训器材。在汽修专业，随着课程开发的不断深入，随着教学中对学生专业能力和非专业能力的要求不断提升，更需要有效利用教具的设计结合一体化的课程设计，更好地实现课堂的目标，帮助学生理解汽修部件的工作原理，调动学习的积极性和主动性，培养学生的实验意识和方法。汽车一体化教学中，根据汽车结构分为许多学习领域，各学习领域下又拥有许多学习情境，结合课程的安排，教具的设计又分为，工量具的开发、工量具改进、教学模型制作、实训设备研发、实训设备改进、电教器材的开发与制作等六大类型。
教具设计与开发在一体化教学中具有重要意义，首先设计的教具与我们传统的教学器材不同，如发动机台架在一体化教学中作为教学器材，可让学生进行结构的认知和拆装，教具的不同之处在于它是结合工作原理、定理或者操作方法的，能够让学生更加直观理解的或者能够帮助学生更加直观操作的教学用具。发动机是汽车本身的部件，是现实生活当中的实物，而教具本身就是教学设计的产物，本身就是教学设计的成果。所以，教具的设计可以辅助教学更好的实现教学目标，帮助学生更加直观地理解原理与定理，训练操作，提升学生的专业能力。
其次，教具的设计与课程设计相结合，可以有效提升学生学习的兴趣和主动性，比如在空调系统结构与工作原理的教学中，当我们讲膨胀阀的作用和工作原理，对于学生来说是很晦涩难懂的，而如果能够利用化清剂瓶子的喷头制作相应的道具，让学生能够看到喷出物质的形态，再用手去感受喷出物体的温度，那么就不难理解膨胀阀的雾化节流作用。在这个过程中结合课程设计，让学生自己动手体验并记录完成相应的问题，学生地兴趣和主动性就大大提升，你可以看到学生不再是被动的学习，而是主动地争先恐后地进行学习和操作。就像我们经常说的，只有主动学习才是更加有效的学习，通过教具设计与教学设计的结合，我们转化了学生的学习主动性，提升了课堂的效果。
再次，教具的设计可以提升学生的非专业能力，尤其通过与一体化教学设计的结合，可以提升学生的实验思维和方法。在汽修教学中，实验教学是非常重要的一个环节，也是培养学生实验思维非常重要的环节。德国职业教育在理论教学中应用大量的实验教学，有效地培养了学生的实验思维和方法，当然我们可以看到德国汽修专业的实验教学也是通过许多巧妙的教具设计来完成的。现在我国汽修教学中，理论教学大都以讲授为主，尤其在一体化教学中，并没有遵循行动导向教学的原则和思想。而教具的设计可以帮助我们很好的设计实验教学，帮助学生在实验中理解知识和原理，通过实验的方法探索部件内容的关系，理解部件的运行规律与故障原因，在实验中探索，在实验中沟通，在实验中认真负责，在实验中团队合作。我想这也是教具与教学结合最重要的作用。
最后，教具的设计可以减少教学成本。汽修专业院校在教学器材上的投入是很大的，而教具的设计往往是利用一些废弃的部件或物品进行制作。可以大大减少教学成本，还有利于环保和废物利用。同时教具的设计方法可以传播，有利于传承，教具损坏也不需要昂贵的维修费用，可以快速重新制作，实现资源的充分利用。
可见，教具的设计在一体化教学中是非常重要的，那么如何设计教具与教学相结合呢？
2.教具设计在教学中的实践
2.1变速器教学中的教具设计
在手动变速器教学中，我们都知道變速器有一个很重要的作用就是降速增扭或者增速减扭，最终结果是低速档扭力输出较大，但速度较低，高档的扭力输出较小，但速度较高。在教学中我们时常通过讲授的方式将手动变速器的这项特点教给学生，学生的理解不深刻，兴趣也比较小。而在实际教学中，我们可以通过教具的设计，更直观地表现变速器的这一特点，让学生主动学习。
首先，在教学中我们拥有几个从汽车上拆解下来的手动变速器总成，相应的工具。我们思考如何更加直观地展现手动变速器的这一特点，而且能够可测可记录可观察。首先针对扭力的变化，我们将自动变速器的输入轴和输出轴各制作一个接头，可利用我们工具箱里的短接头。如图1所示，将其焊接在手动变速器的输入轴和输出轴的接头上形成一个新的接头。在变速器的输入轴和输出轴各安装一个扭力扳手，输入轴固定使用50Nm的力矩，记录随着档位的变化，输出轴上扭力扳手的读数。
通过该教具的设计，可以更加直观地让学生观察到变速器在各个档位下输入轴和输出轴的扭力关系，从而理解汽车为何爬坡时我们用抵挡，为何降档能够更快加速。
其次，为了让学生更加直观地观察到不同档位转速的变化，我们可以在刚才教具设计的基础上，在输入轴和输出轴用纸加—个角度盘，如下图所示，通过让学生观察并记录不同档位下输入轴和输出轴的转过的角度比，来理解不同档位的转速变化。从而理解为何低档车速慢，随着档位的升高车速越来越快。
最后，教具的设计与教学相结合，我们可以设计工作站方法让学生轮流进行实习，同时设计成实验，让学生通过实验观察记录得到实验结果，从而得出变速器随档位变化扭矩与转速的关系。培养学生的团队合作意识和实验方法意识。学生在这个过程中化被动为主动，在激发学生兴趣的同时，在目标实现的过程中，培养了非专业能力。也真正意义上将传统的讲授式理论教学，转化成—体化教学。
我们看到，教具的设计可以有效地帮助实现教学目标，培养学生的非专业能力，同时也需要结合合理的教学设计，考虑不同阶段学生的知识储备和能力。如在上述的课程安排中，随着学生能力的提高，可以将课程设计为课题式的探索内容，将实验教具给学生，课题定为变速器不同档位扭矩与转速的关系。让学生自己设计实验内容，寻找试验中的自变量和因变量，设计相应的步骤和表格进行实验，得出结果。作为整体式的课程，接下来也顺利成章的引出为何有这样的结论，学习不同档位传动比的关系，同样可以设计相应的教具，让学生自己得出不同档位的传动比和齿数关系，进一步理解变速器的原理。 2.2车载网络教学中的教具设计
通过上面的案例，我们看到教学设计成本很小甚至不需要成本，利用我们身边的工具和物品就可以完成教具的设计。上面案例的主要思想是将部件内部的联系显现化，可观可测。而有些教具的设计是模拟设计部件的工作原理。例如我们上面提到的利用化清剂的喷头模拟膨胀阀的作用。模拟部件的工作原理我们也分为机械方面和电路方面的。在车载网络课程教学中，我们就可以设计一些教具，帮助学生理解较为复杂的汽车网络。
在车载网络的学习中，我们让学生理解总线形式的网络布置形式，为什么这样布置，与传统的通信方式相比有何优点。首先我们要模拟CAN总线车在网络的结构和形式，相比理论讲授电路图和结构图，不如设计相应的教具帮助学生更加直观的理解。可以利用纸杯电话让学生制作通信网络。规定让一个小组的学生制作纸杯电话并按照几种形式建立通信，记录不同通信方式的线束数量，线束长度，对于同一个信息传递步骤。从而理解采取总线形式的布置的通信原理以及其优点。
而在车载网络的教学中，最难理解的是传输的工作原理，包括二进制信息的传输方式及各个部件间的通信方式，在传统的教学中讲授法很难让学生理解。我们可以利用相应的电路板教具设计，模拟CAN的传输方式和原理。我们需要设计相应的电路板和教具，根据CAN系统的组成找到相应的接收器，处理器和信号发生器，当然也需要示波器显示二进制的信号在传输过程中的变化，根据试车电路图设计相应的电路板进行教学。
如图所示，我们根据试车电路图找到相应的电路板并进行电路连接，如左图所示，该教具可同时传递8个二进制信号，模拟CAN的信号传输过程。正常情况下，在8个信号开关关闭的情况下，波形图如下。二进制波形8个通道相同，为0和1的交替。
当我们打开通道l时，可以看见的波形如下图所示。我们可以看到，第一个脉冲信号占空比减小，也就是脉宽变窄。通过该实验教具的设计，我们可以观察出，CAN信号传输是以二进制的信号为基础进行传输的。可以同时传输多个信号，也就是我们说的分时多路传输。而信号通过改变脉宽来传递部件状态的变化，当然也可以通过改变频率、振幅、编码等方式传递部件或传感器的数据。
2.3如何进行教具设计的几点总结
首先，通过两个实例我们看到，教具的设计包含将部件的关系和状态显现化，模拟实际部件的结构和工作原理等方面，同时也包括将操作的姿势和方法数据化和标准化等。这些都是教具设计与专业知识的结合点。在教具的设计中我们首先应该考虑，教具与专业知识的结合点是什么，再根据结合点设计相应的教具。
其次，教具的设计同时要与教学的设计相结合，能够通过实验教学让学生利用教具自己探索知识就再好不过了，学生要学会寻找實验教学中的自变量和因变量，掌握实验学习和探索的方法。在教学过程中以教具为器材，以教学设计为基础，以专业知识为载体，培养学生的肥壮也能力，调动学生的学习积极性。
最后，教具的设计也需要有创造性思维和善于发现的眼睛，学会利用身边的材料进行制作，有效利用身边的资源，减少成本，才能体现教具设计的经济性。
3.教具设计改进建议
1）重视教具设计成果。德国职业教育无论是理论还是实操教学，都可以看到各式各样的教具，不仅提升了学生的兴趣，而且帮助更好的实现了教学目标。而我国职业教育对教具的设计重视不够，缺乏方法研究。从学校层面鼓励力度不够，应当增加教具设计项目申请，利用项目管理，资金支持，制度制约，奖惩明确，来促进教具设计，提高教具设计的质量和数量。学校也应当鼓励教师在教学中进行教具设计，重视设计成果，可以纳入考核机制，或者申请专利，并以采购的方式购买教师的教具设计专利。
2）深化教具设计与教学的结合。教具的设计首先要结合专业知识内容，而不仅仅只成为娱乐工具。应当结合教学设计，有效利用教具，让教具成为专业知识和非专业能力培养的有效工具，就要让教具融入教学设计环节中，突出重点，增加学生的实验意识和方法。
3）让学生设计教具。教具的设计是教师在教学过程中非常重要的过程和能力，而在教学中如果将教具设计作为学生的研究课题，可以让学生站在另一个高度进行学习，在理解知识和原理的基础上，提升学生的探索创新意识。不仅培养了学生，还提高了教学质量，可谓双赢。
总之，教具的设计需要不断的研究，也需要学校层面的支持和鼓励，让更多更丰富的教具出现在教学中，培养综合能力更加优秀的职业教育学生。