信息化課堂教學(xué)中︽機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)︾課程的教學(xué)設(shè)計(jì)
—— 以定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算為例

江西省冶金技師學(xué)院機(jī)電工程系 劉秀梅 丁宇寧

課程依據(jù)紡織企業(yè)技術(shù)改造實(shí)際要求，合理選取項(xiàng)目教學(xué)案例，利用信息化教學(xué)手段進(jìn)行課程教學(xué)方案設(shè)計(jì)，教學(xué)中將案例、教學(xué)平臺(tái)、仿真動(dòng)畫(huà)等信息化資源進(jìn)行有效整合，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)過(guò)程性數(shù)據(jù)采集，全程記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)痕跡，反饋學(xué)生的思維能力。

一、信息化教學(xué)介紹

信息化教學(xué)是指以現(xiàn)代教學(xué)理念為指導(dǎo)，以信息技術(shù)為支持，應(yīng)用現(xiàn)代教學(xué)方法的教學(xué)。在信息化教學(xué)中，要求課堂教學(xué)觀(guān)念、組織、內(nèi)容、模式、技術(shù)、評(píng)價(jià)等一系列因素信息化（張一春.教師教育技術(shù)能力建構(gòu)——信息化環(huán)境下的教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展[M].南京:南京師范大學(xué)出版社,2007）。

信息化教學(xué)整個(gè)過(guò)程以學(xué)生為中心，學(xué)生在探究課題的引導(dǎo)下自主的進(jìn)行探究，教師在課堂學(xué)習(xí)過(guò)程中起組織者和引導(dǎo)者的作用，學(xué)生在掌握知識(shí)內(nèi)容的同時(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力（余勝泉.信息技術(shù)與課程整合——網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的教學(xué)模式與方法[M].上海教育出版社,2004）。

二、學(xué)情分析與教材處理

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是高職機(jī)械制造與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，其中“定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算”是課程第七章“齒輪系和減速器”前2節(jié)的重要內(nèi)容。依據(jù)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，確定課程的教學(xué)重點(diǎn)為定軸輪系傳動(dòng)比的計(jì)算方法；教學(xué)難點(diǎn)為定軸輪系轉(zhuǎn)向判定。

根據(jù)崗位技能相關(guān)要求，在教學(xué)過(guò)程中既教會(huì)學(xué)生齒輪系傳動(dòng)比的計(jì)算，又要著重培養(yǎng)學(xué)生空間邏輯思維能力和實(shí)際動(dòng)手能力，因此在教材內(nèi)容基礎(chǔ)上增加了渦輪蝸桿轉(zhuǎn)向判定法則內(nèi)容，在課堂實(shí)施中還加強(qiáng)對(duì)學(xué)生空間思維和動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

教學(xué)對(duì)象為機(jī)械制造與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)高職二年級(jí)的學(xué)生，具有一定CAD繪圖基礎(chǔ)，對(duì)信息化學(xué)習(xí)方式比較感興趣，課前已經(jīng)學(xué)習(xí)了齒輪傳動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)，了解直齒齒輪、錐齒輪、蝸桿齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)和基本過(guò)程，但是學(xué)生還沒(méi)有接觸到多級(jí)齒輪傳動(dòng)，不會(huì)齒輪系傳動(dòng)比分析計(jì)算，對(duì)齒輪系轉(zhuǎn)向判別尤其是空間輪系轉(zhuǎn)向判別不清晰。掌握本次課內(nèi)容也將為以后更好理解行星輪系傳動(dòng)比計(jì)算打下基礎(chǔ)。2015年的教學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示，采用傳統(tǒng)教學(xué)方法講授本節(jié)課，85%以上學(xué)生難以掌握空間齒輪系轉(zhuǎn)向判別內(nèi)容，接近50%的學(xué)生不能正確給出定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算結(jié)果。

三、課程教學(xué)方案設(shè)計(jì)思路

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師難以通過(guò)課堂教學(xué)讓學(xué)生了解空間齒輪系傳動(dòng)過(guò)程和齒輪轉(zhuǎn)向，教學(xué)效果難測(cè)。結(jié)合信息化教學(xué)手段，整合教學(xué)內(nèi)容，充分采用案例教學(xué)法實(shí)施項(xiàng)目化教學(xué)，為此教師將案例分析、超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫(huà)、習(xí)題測(cè)試、FLASH游戲等信息化資源進(jìn)行有效整合，學(xué)生可隨時(shí)隨地登錄平臺(tái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

課程教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)從學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)，課中合作探究，課后深化拓展三個(gè)方面進(jìn)行考慮。

（一）課前學(xué)習(xí)

課前教師走訪(fǎng)紡織企業(yè)技術(shù)員工，了解企業(yè)崗位實(shí)際需求，根據(jù)企業(yè)生成實(shí)際要求制定教學(xué)任務(wù)和案例，利用超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)推送課程電子教案和動(dòng)畫(huà)資源，推送問(wèn)卷調(diào)查；發(fā)布任務(wù)通知，組織學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。

課前發(fā)布任務(wù)通知，組織學(xué)生利用手機(jī)登錄教學(xué)平臺(tái)，完成問(wèn)卷調(diào)查，同時(shí)嘗試課前“試一試”習(xí)題的計(jì)算，教師可通過(guò)教學(xué)平臺(tái)了解學(xué)生預(yù)習(xí)后對(duì)知識(shí)的掌握情況。平臺(tái)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，有近80%學(xué)生對(duì)齒輪系傳動(dòng)過(guò)程比較清楚，有近90%的學(xué)生無(wú)法計(jì)算出多級(jí)齒輪系傳動(dòng)比最終結(jié)果。

（二）課中學(xué)習(xí)

課堂為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，教師可播放一段機(jī)械企業(yè)生產(chǎn)工作視頻，讓學(xué)生體會(huì)齒輪系在機(jī)械中的重要性，再以紡織廠(chǎng)細(xì)紗機(jī)為例，說(shuō)明細(xì)紗機(jī)設(shè)備牽伸機(jī)構(gòu)主要是由齒輪系組成，合理設(shè)計(jì)和更改齒輪傳動(dòng)比改變牽伸倍數(shù)，使?fàn)可焖俣?、捻度達(dá)到紡紗工藝要求，從而引入齒輪系傳動(dòng)比計(jì)算課題。

接著推送兩組齒輪嚙合仿真動(dòng)畫(huà)視頻，通過(guò)改變主動(dòng)和從動(dòng)齒輪齒輪的大小，學(xué)生觀(guān)察輸出轉(zhuǎn)速的變化，讓學(xué)生初步認(rèn)識(shí)傳動(dòng)比作用，根據(jù)定義推導(dǎo)出一對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)比計(jì)算公式，學(xué)生動(dòng)手拆裝齒輪泵實(shí)物，并根據(jù)輸入軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算出齒輪泵輸出軸的轉(zhuǎn)速，將結(jié)果上傳至教學(xué)平臺(tái)。

針對(duì)本課重點(diǎn)，可充分運(yùn)用仿真動(dòng)畫(huà)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)展示，讓學(xué)生直觀(guān)感受傳動(dòng)過(guò)程，解決課堂教具短缺、傳動(dòng)部件難以拆裝問(wèn)題。學(xué)生觀(guān)看二級(jí)減速器傳動(dòng)仿真動(dòng)畫(huà)時(shí)進(jìn)行討論，每組派成員上臺(tái)講解傳動(dòng)過(guò)程，完成二級(jí)減速器傳動(dòng)比計(jì)算，最后完成課堂測(cè)試。教師及 時(shí)延伸拓展，推導(dǎo)出多級(jí)齒輪系傳動(dòng)比計(jì)算公式，對(duì)公式中“+、-”符號(hào)意義進(jìn)行講解，同時(shí)通過(guò)二級(jí)減速器案例引出惰輪作用是改變傳動(dòng)方向。

傳動(dòng)比計(jì)算拓展模塊教學(xué)設(shè)計(jì)理念是學(xué)生利用交互式三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行齒輪傳動(dòng)比設(shè)計(jì)更改，學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置軟件參數(shù)，增加和減少齒輪齒數(shù)，實(shí)現(xiàn)齒輪傳動(dòng)比改變，以深刻領(lǐng)會(huì)影響定軸輪系傳動(dòng)比主要因素。依據(jù)實(shí)際任務(wù)，學(xué)生在Inventor軟件上完成多級(jí)齒輪傳動(dòng)比設(shè)計(jì)沖關(guān)游戲，在給定齒輪模型的基礎(chǔ)下，對(duì)多個(gè)齒輪進(jìn)行選擇、組合，完成多級(jí)傳動(dòng)齒輪的傳動(dòng)設(shè)計(jì)，使之符合設(shè)計(jì)要求。

針對(duì)本課程的難點(diǎn)，為了不讓課堂授課陷入說(shuō)教模式，教師設(shè)計(jì)類(lèi)型分析、匹配游戲、能力提升三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。在齒輪轉(zhuǎn)向類(lèi)型分析教學(xué)環(huán)節(jié)，采用FLASH展示不同齒輪副機(jī)構(gòu)立體圖、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和轉(zhuǎn)向表示方法，學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行繪制和標(biāo)注；為了提升學(xué)生的三維空間想象能力，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)齒輪系整體與局部之間的聯(lián)系理解，學(xué)生完成二維簡(jiǎn)圖與三維圖的匹配游戲練習(xí)；能力提升環(huán)節(jié)主要訓(xùn)練學(xué)生空間思維能力，學(xué)生根據(jù)復(fù)雜齒輪系傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖標(biāo)出每個(gè)齒輪轉(zhuǎn)向，根據(jù)推送的空間輪系三維圖，學(xué)生進(jìn)行修改，最后學(xué)生通過(guò)輪系仿真動(dòng)畫(huà)演示轉(zhuǎn)動(dòng)方向得出正確結(jié)果。

結(jié)合紡織企業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)改造實(shí)際案例，按照設(shè)計(jì)要求，學(xué)生完成齒輪傳動(dòng)比設(shè)計(jì)與轉(zhuǎn)向判定，求出輸出軸轉(zhuǎn)速。讓每組學(xué)生把計(jì)算結(jié)果和過(guò)程上傳至學(xué)習(xí)平臺(tái)，讓最快完成的二組把結(jié)果上傳到學(xué)習(xí)平臺(tái)，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

最后總結(jié)回顧，教師根據(jù)課前課中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)學(xué)生表現(xiàn)進(jìn)行總結(jié)點(diǎn)評(píng)，形成客觀(guān)的多元化評(píng)價(jià)結(jié)果。

（三）課后學(xué)習(xí)

課后教師發(fā)布拓展教學(xué)資源，根據(jù)課中測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果分析，有針對(duì)性在教學(xué)平臺(tái)上推送作業(yè)題。借助平臺(tái)學(xué)生可以查看和完成作業(yè)，教師對(duì)學(xué)生課后作業(yè)完成情況進(jìn)行跟蹤，并錄入作業(yè)測(cè)試成績(jī)，利用數(shù)據(jù)智能分析與評(píng)估系統(tǒng)評(píng)估學(xué)生知識(shí)掌握情況，以便進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。

四、總結(jié)

本單元教學(xué)內(nèi)容以信息技術(shù)為支撐，使教學(xué)內(nèi)容由枯燥變生動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。利用信息化手段，每個(gè)學(xué)生參與問(wèn)卷調(diào)查、游戲、測(cè)試、討論等教學(xué)過(guò)程，師生互動(dòng)了多次，而傳統(tǒng)教學(xué)只有一兩次，有效提升了學(xué)生的參與度；同時(shí)根據(jù)課堂數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)反饋，學(xué)生在掌握傳動(dòng)比計(jì)算中由課前的10%會(huì)計(jì)算，到課程結(jié)束后95%會(huì)計(jì)算；80%的學(xué)生表示掌握了齒輪系傳動(dòng)轉(zhuǎn)向的判別方法，而利用傳統(tǒng)手段只有20%能掌握該內(nèi)容。這充分說(shuō)明，信息化教學(xué)有效解決了課堂教學(xué)學(xué)生對(duì)齒輪系轉(zhuǎn)向判定難題，提高了學(xué)生計(jì)算傳動(dòng)比能力。