论在《机械设计基础》教学中注重学生思维方法的培养|机械设计基础

　　摘要本文提出在机械基础的教学中要强调思维方法,激励思维活动,引导学生进行思维体验,结合笔者的教学体会和知识积累,阐述了《机械设计基础》课程教学中的一些科学思维方法及其运用。
　　关键词机械设计基础 思维活动 思维方法
　　中图分类号:G423文献标识码:A
　　
　　古人日:“授人以鱼,不如授人以渔”。在新知识、新理论、新技术不断涌现的当今世界,教给学生正确思维方法,引导和激励学生进行思维体验,已成为教育者的重要责任。《机械设计基础》是技术基础课,具有基础学科的作用力持久的特点,又有很强的工程实践性、综合性,是将理论、技术、工程三者融为一身的课程,对学生创新思维能力的培养有着独特的作用,所以在《机械设计基础》教学中必须加强学生的思维方法培养。
　　
　　1 强调思维方法
　　
　　在介绍概念、原理时,应尽可能阐明它们的创新价值和在学科发展史上的意义,总结产生这些成果的思维过程或思维方法,让学生树立一个概念:与知识本身相比,学习知识的思维方法更为重要。比如:在凸轮廓线设计时,怎样将凸轮转化为相对固定的?在行星轮系的传动比计算时,怎么把行星轮的转臂转化为固定的?其思维方法是:将整个机构加上一个公共的反转运动,即相对运动的反转法原理。再比如:不在同一平面内的不平衡质量如何平衡呢?利用的是分解转化法。强调思维方法,让学生开动脑筋,积极思维,不但使课堂活跃,而且使学生印象深刻,掌握思维方法,让学生可受益终身。另外,解决同一个问题有许多不同的有效方法,鼓励学生用各种思维方法去分析前人己总结过的问题,探索新的问题。
　　
　　2 激励思维活动
　　
　　在《机械设计基础》的教学中,对于应该传授的知识,不要都采取正面叙述的方法介绍给学生,而应该多提问题,迫使他们认真思考,激励思维活动,特别是发散性思维,从中诱发学生的创新思维,而思维总是由问题引起的。教学中,为了激励学生的思维活动,可将课堂教学组织成不断地提出问题、分析问题、解决问题,又提出新的问题的过程。比如:讲解平面四杆机构的类型及演化时,不是把平面四杆机构的类型都列举出来,而是变成提出问题,激励思维活动、解决问题的过程.讲完曲柄摇杆机构后,向学生提出问题:如果曲柄摇杆机构中的摇杆长度变为无限长会怎么样?从而引出曲柄滑块机构;如果曲柄摇杆机构中的摇杆长度很短又会如何?从而引出偏心轮机构;如果选择曲柄摇杆机构及曲柄滑块机构中不同杆件作为机架会得到什么机构?从而总结出机构演化及变异的思维方法。
　　教学中,对不同的问题可以用不同的提问方式。对判断性问题,可问“是不是";对叙述性问题,可问:“是什么”;对叙理性问题,可问:“为什么”;对扩散性问题,可问“有什么想法”,“还有哪些可能”。特别是后两类问题,有利于激发学生创造性思维的启动。
　　
　　3 引导思维体验
　　
　　《机械设计基础》课程教学中相对运动原理起着非常重要的作用,在连杆机构,凸轮机构、轮系等章中都要用到。对该原理掌握的好坏,直接影响学习效果.若直接把相对运动原理的内容讲出来,学生印象不深。我们可以举例引导学生进行思维体验。例如:机械手表的秒针、分针及时针组成一个物系,三者以固定传动比作相对运动。人戴上手表后,手臂以一定速度移动或转动,在课堂上表演后,问学生:在手表随手臂的运动过程中,秒针、分针及时针三者的相对运动(传动比)变了没有?每个指针的绝对运动变了没有?让学生体验和思考。每个针的绝对运动(相对于地球)肯定会变,因为在原来的运动基础上又加了一个手臀的运动,而秒针、分针和时针三者的相对运动(传动比)肯定没有变,否则手表就不能用了。为什么呢?再讲相对运动原理。这样经过学生的思维体验,学生自己总结出来,对相对运动原理就会理解得更为透彻。
　　
　　4 机械基础课程中常用的的科学思维方法
　　
　　(1)分析与综合方法。分析与综合是解决各类问题的一个基本的思维方法。事实上《机械设计基础》的教学内容主要就是常用机构和通用零部件的分析与综合两个部分,分析与综合的思维方法贯穿于整个教学内容中。
　　(2)构建模型法。模型是对物体系统的一种抽象描述。它具有解释、预测和判断等多方面的功能,可将系统某一方面的复杂问题简化为易于处理的形式。如:将一部实际的机器抽象成理想的模型――机构运动简图,就是构建模型思维方法在机械研究上的具体应用。
　　(3)分类方法。分类法是很重要的科学研究方法。当人们对某一客观事实或现象的描述或研究积累到一定程度时,为了思路清晰、层次分明以及进行深入的研究时,就会对所研究问题的层次和范同进行界定,即分类。分类的依据按研究问题的具体需要而设置,不同的分类依据,会产生不同的分类结果。例如:运动副的分类、机构的分类、凸轮的分类、齿轮的分类等。
　　(4)机构演化和变异法。机构演化和变异法是机构创新设计常用的一种方法。例如:通过改变构件的形状、运动尺寸、运动副尺寸、变更机架和运动副元素的逆换等。将平面四杆机构的基本形式演化为多种形式的四杆机构;反转凸轮机构也是机构演化和变异的结果。机构演化与变异,有时能得到意想不到的结果。
　　(5)等效当量法。等效当量法是指用己学过的简单的结构来代替或近似代替新的或复杂的结构,从而能够比较容易解决新的或复杂的结构(或问题)。《机械设计基础》中的高副低代、斜齿轮及锥齿轮的当量齿轮、当量摩擦、等效质量、等效转动惯量等内容,就是等效当量思维方法的具体应用。
　　(6)分解转化法。分解转化法是先将复杂的大系统分解为若干简单的单元,以便应用己有的知识和方法进行分析。研究这些单元的性能特点,以及各单元问的内在联系,则可对复杂事务进行全面透彻的了解和掌握。如:将机构分解为一系列简单的单元――杆组;复合轮系分解为定轴轮系和行星轮系进行计算;不在同一平面内的不平衡质量分解转化在两平衡平面上等内容就是分解转化法的具体应用。
　　(7)反转法。反转法是一种逆向思维方法,指遇到问题时,把问题颠倒过来反向思考,从而获得很好解决问题方法。例如:平面四杆机构的反转图解法设计、凸轮廓线的反转法设计、行星轮系的转化机构等。
　　(8)比较法。比较法是指把对象的各个部分、属性、要素加以对比,以确定其相同点和差异点的思维方法。比较是认识客观事务的重要手段,如果善于运用比较,就能把握知识的特征,从而有效地掌握。而且在比较的基础上,能对事务进行分类、选择。例如:将标准齿轮和变位齿轮、将直齿轮和斜齿轮进行比较,就能加深理解和记忆,提高学习的绩效。
　　(9)列举法。列举法是以列举的方式把问题依次展开,帮助思维,寻找发明创造的思路。把对象的特性、属性、缺陷列出来,探讨改进的方法,找到创新发明的目标。例如:发现直齿轮传动有冲击、承载能力低的缺点后,发明了斜齿轮传动。但斜齿轮会产生附加轴向力,为克服这一缺点,又发明了人字齿轮。
　　总之,在《机械设计基础》的教学中,强调思维方法,激励思维活动,引导学员进行思维体验,教给学生正确的思维方法,将使学生增加学习兴趣且终身受益。