《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》模塊化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法研究

巴文蘭+任寧

摘要：《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是高等學(xué)校工科專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，本文提出在理論教學(xué)環(huán)節(jié)采用模塊化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，并對(duì)該方法的具體實(shí)施過程進(jìn)行了詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：模塊化教學(xué)方法；任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法；理論教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）14-0198-02

一、引言

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是高等學(xué)校工科各專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，通過該課程的理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等教學(xué)實(shí)踐，可使學(xué)生初步具備運(yùn)用手冊(cè)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單機(jī)械傳動(dòng)裝置的能力，為日后從事技術(shù)革新創(chuàng)造條件。

本文提出在理論教學(xué)環(huán)節(jié)采用模塊化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，以提高非機(jī)類工科專業(yè)的大學(xué)生學(xué)習(xí)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的興趣和積極性，從而提高本門課程的教學(xué)效果。

二、模塊化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的理論教學(xué)部分主要研究機(jī)械中的常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理、基本的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法。目前絕大多數(shù)教材采用的是先介紹機(jī)械原理（即常用機(jī)構(gòu)）、后介紹機(jī)械設(shè)計(jì)（即通用零件）的編制方案，因此教師一般也按照先介紹平面機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)，然后介紹通用零件如齒輪、帶、軸等通用零件的教學(xué)安排來講授該課程。但機(jī)構(gòu)本身是由零件組成的，且機(jī)構(gòu)與零件是相互聯(lián)系、相互交叉、不可分割的，人為地把機(jī)構(gòu)與零件分開來講授缺乏連貫性，不利于學(xué)生更好地掌握該課程。

本文提出了一種更符合教學(xué)規(guī)律的模塊化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，即把本門課程需要講授的相關(guān)內(nèi)容分成，每一模塊由相關(guān)任務(wù)組成，通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式完成各個(gè)模塊的學(xué)習(xí)任務(wù)。在具體講授每個(gè)任務(wù)時(shí)，首先通過具體案例引出相關(guān)的設(shè)計(jì)任務(wù)；然后對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分析分解，指出為了完成該任務(wù)必須解決相關(guān)問題，從而引出相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容；最后在講授完相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容后，指導(dǎo)并要求學(xué)生根據(jù)相關(guān)要求完成一個(gè)具體的設(shè)計(jì)任務(wù)，從而形成完整的教學(xué)過程。最終，通過學(xué)習(xí)每一模塊及每一模塊中的相關(guān)任務(wù)，把機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)有機(jī)地統(tǒng)一起來。

下面以其中三個(gè)模塊為例，詳細(xì)論述該方法的具體實(shí)施過程。

（一）“常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)”模塊的實(shí)施過程

第一個(gè)模塊為“常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)”，該模塊把連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)歸為一個(gè)整體，具體包括“平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析”和“凸輪機(jī)構(gòu)”三個(gè)章節(jié)的相關(guān)內(nèi)容。該模塊由兩個(gè)任務(wù)組成：平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

在講授第一個(gè)任務(wù)時(shí)，首先通過“焊接夾具”和“公交車門啟閉機(jī)構(gòu)”相關(guān)圖片和視頻的介紹，說明這些機(jī)構(gòu)都是采用平面四桿機(jī)構(gòu)的工作原理工作的，并引出這次任務(wù)是設(shè)計(jì)在生產(chǎn)生活實(shí)際中使用的平面四桿機(jī)構(gòu)；接著對(duì)如何完成該任務(wù)進(jìn)行分析和分解，即為了完成該任務(wù)，必須首先解決如下問題：①平面連桿機(jī)構(gòu)有哪些類型？②各種不同類型的平面連桿機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)生活實(shí)際中有哪些應(yīng)用？③它們有什么特點(diǎn)？④又怎樣進(jìn)行設(shè)計(jì)？指出為了回答上述問題，并完成平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)任務(wù)，必須學(xué)習(xí)“平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析”和“平面連桿機(jī)構(gòu)”相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容；最后，在講授完相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容后，指導(dǎo)并要求學(xué)生完成焊接夾具的設(shè)計(jì)，要求給出具體的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)計(jì)算過程。

第二個(gè)任務(wù)是按照預(yù)定要求設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)。通過內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)和自動(dòng)車床上的走刀機(jī)構(gòu)等與凸輪機(jī)構(gòu)有關(guān)的圖片和視頻信息，指出凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械中的一種常用機(jī)構(gòu)，因其能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律而在自動(dòng)化和半自動(dòng)化機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用，從而引出本次任務(wù)；接著指出凸輪機(jī)構(gòu)有不同的類型，要想完成設(shè)計(jì)任務(wù)必須首先明確我們要設(shè)計(jì)的是哪種類型的凸輪機(jī)構(gòu)？其有什么樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？怎樣設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)？為了回答以上問題，必須學(xué)習(xí)“凸輪機(jī)構(gòu)”相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容；最后學(xué)習(xí)完相關(guān)知識(shí)后，指導(dǎo)學(xué)生完成內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

（二）“齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算”模塊的實(shí)施過程

把齒輪機(jī)構(gòu)、輪系、齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)歸為“齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算”模塊，該模塊包括三個(gè)任務(wù)：認(rèn)識(shí)齒輪傳動(dòng)、設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)和齒輪系傳動(dòng)比的計(jì)算。

第一個(gè)任務(wù)是認(rèn)識(shí)在生產(chǎn)生活實(shí)踐中使用的齒輪傳動(dòng)。首先通過機(jī)械式手表、一級(jí)直齒圓柱齒輪減速器、卷?yè)P(yáng)機(jī)等圖片闡明齒輪傳動(dòng)是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)；接下來分析常用的齒輪傳動(dòng)有很多類型，但具體有哪些類型？各自有什么特點(diǎn)？在生產(chǎn)生活實(shí)際中有哪些應(yīng)用？什么是標(biāo)準(zhǔn)齒輪？?jī)蓚€(gè)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪配對(duì)使用應(yīng)滿足哪些條件？漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的幾何尺寸如何計(jì)算？要想回答這些問題，必須學(xué)習(xí)“齒輪機(jī)構(gòu)”相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容；最后學(xué)習(xí)完相關(guān)知識(shí)后，通過計(jì)算一個(gè)漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的幾何尺寸完成本次任務(wù)。

第二個(gè)任務(wù)是根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)。首先通過圓錐齒輪換向器、斜齒輪變速器、手動(dòng)蝸桿卷?yè)P(yáng)機(jī)的圖片介紹指出在工程實(shí)際中，不僅應(yīng)用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)、圓錐齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)以及輪系的應(yīng)用也很廣泛；那么，它們各自有什么特點(diǎn)？在生產(chǎn)生活實(shí)際中有哪些應(yīng)用？漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)如何設(shè)計(jì)？提出必須學(xué)習(xí)“齒輪傳動(dòng)”和“蝸桿傳動(dòng)”的相關(guān)知識(shí)才能回答以上問題；最后，學(xué)習(xí)完相關(guān)知識(shí)后要求學(xué)生設(shè)計(jì)一單級(jí)閉式直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，從而完成本次任務(wù)。

第三個(gè)任務(wù)是熟悉輪系在生產(chǎn)生活實(shí)際中的使用，并完成一行星輪系傳動(dòng)比的計(jì)算。首先，通過圖片分析轎車變速器的輪系、行星齒輪減速器，說明在機(jī)械傳動(dòng)中僅由一對(duì)齒輪組成的齒輪機(jī)構(gòu)往往滿足不了工作需要，采常用齒輪系來滿足使用要求；那么，輪系有哪些類型？能完成哪些功能？怎樣計(jì)算傳動(dòng)比？指出在學(xué)習(xí)了“輪系”相關(guān)章節(jié)的知識(shí)后，不僅能回答以上問題，還能完成計(jì)算輪系傳動(dòng)比計(jì)算的任務(wù)；最后學(xué)習(xí)完相關(guān)知識(shí)后，要求學(xué)生完成一行星減速裝置的傳動(dòng)比計(jì)算。

（三）“常用連接的選用”模塊的實(shí)施過程

“常用連接的選用”模塊由兩個(gè)任務(wù)組成：螺紋聯(lián)接的選用和鍵聯(lián)接的選用，具體內(nèi)容為“連接”章節(jié)的相關(guān)知識(shí)。

第一個(gè)任務(wù)是完成螺紋聯(lián)接的選用工作。首先，通過一減速器說明減速器的下上箱體、軸承蓋與箱體、視孔蓋與箱體的連接采用的都是螺紋聯(lián)接，且螺紋聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、連接可靠、裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)，指出本次任務(wù)是掌握如何合理選用螺紋聯(lián)接；接著分析螺紋聯(lián)接在生產(chǎn)實(shí)踐中有著廣泛的應(yīng)用，那么螺紋是怎樣形成的？它的主要參數(shù)有哪些？常用的螺紋聯(lián)接有哪些常用類型？在使用過程中如何對(duì)其進(jìn)行預(yù)緊和防松？指出在學(xué)習(xí)了“連接”相關(guān)章節(jié)的知識(shí)后，不僅能回答以上問題，還能完成減速器中螺栓和螺釘?shù)倪x用；最后學(xué)習(xí)完相關(guān)知識(shí)后，要求學(xué)生完成減速器中螺栓和螺釘?shù)倪x用工作，為后敘課程設(shè)計(jì)中減速器的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

第二個(gè)任務(wù)是完成鍵聯(lián)接的選用工作。首先分析齒輪與軸通過鍵聯(lián)接，指出機(jī)器中通常要把旋轉(zhuǎn)件與軸連接到一起，使其以同一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，這就要用到軸轂連接件---鍵；接下來提出要根據(jù)機(jī)器中載荷要求來完成選用鍵聯(lián)接的任務(wù)，必須具備以下知識(shí)：①鍵聯(lián)接的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用；②鍵聯(lián)接的選用方法；③剪切變形及強(qiáng)度計(jì)算；④鍵聯(lián)接的強(qiáng)度驗(yàn)算。而要掌握這些知識(shí)，必須學(xué)習(xí)“連接”相關(guān)章節(jié)的知識(shí)。

三、結(jié)語

為提高《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的教學(xué)效果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程的興趣和積極性，本文在理論教學(xué)環(huán)節(jié)提出了模塊化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，并以三個(gè)模塊為例詳細(xì)論述了該方法的具體實(shí)施過程。

筆者已連續(xù)兩年在本校的非機(jī)械類工科專業(yè)開設(shè)的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的理論教學(xué)中采用了模塊化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，實(shí)踐證明采用該方法后，學(xué)生學(xué)習(xí)該門課程的興趣及教學(xué)效果都有了明顯提高，從而證明該教學(xué)方法更有助于促進(jìn)機(jī)構(gòu)與零件的相互融合，更符合實(shí)際情況，更有助于學(xué)生將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來，從而更好地學(xué)習(xí)和掌握該門課程。

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Abstract："Mechanical design foundation" is an important technology basic course for the engineering professional in the institutions of higher learning，this paper puts forward the modularization and the task-driven teaching method in the theoretical teaching，and discusses its specific implementation process in detail.

Key words：the modularization teaching method；the task-driven teaching method；the theoretical teaching