羅 聲 葛衛(wèi)麗

摘要本文提出在機(jī)械基礎(chǔ)的教學(xué)中要強(qiáng)調(diào)思維方法,激勵(lì)思維活動(dòng),引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維體驗(yàn),結(jié)合筆者的教學(xué)體會(huì)和知識(shí)積累,闡述了《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程教學(xué)中的一些科學(xué)思維方法及其運(yùn)用。

關(guān)鍵詞機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 思維活動(dòng) 思維方法

中圖分類號(hào):G423文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

古人日:“授人以魚(yú),不如授人以漁”。在新知識(shí)、新理論、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)的當(dāng)今世界,教給學(xué)生正確思維方法,引導(dǎo)和激勵(lì)學(xué)生進(jìn)行思維體驗(yàn),已成為教育者的重要責(zé)任?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是技術(shù)基礎(chǔ)課,具有基礎(chǔ)學(xué)科的作用力持久的特點(diǎn),又有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性、綜合性,是將理論、技術(shù)、工程三者融為一身的課程,對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)有著獨(dú)特的作用,所以在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)中必須加強(qiáng)學(xué)生的思維方法培養(yǎng)。

1 強(qiáng)調(diào)思維方法

在介紹概念、原理時(shí),應(yīng)盡可能闡明它們的創(chuàng)新價(jià)值和在學(xué)科發(fā)展史上的意義,總結(jié)產(chǎn)生這些成果的思維過(guò)程或思維方法,讓學(xué)生樹(shù)立一個(gè)概念:與知識(shí)本身相比,學(xué)習(xí)知識(shí)的思維方法更為重要。比如:在凸輪廓線設(shè)計(jì)時(shí),怎樣將凸輪轉(zhuǎn)化為相對(duì)固定的?在行星輪系的傳動(dòng)比計(jì)算時(shí),怎么把行星輪的轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)化為固定的?其思維方法是:將整個(gè)機(jī)構(gòu)加上一個(gè)公共的反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),即相對(duì)運(yùn)動(dòng)的反轉(zhuǎn)法原理。再比如:不在同一平面內(nèi)的不平衡質(zhì)量如何平衡呢?利用的是分解轉(zhuǎn)化法。強(qiáng)調(diào)思維方法,讓學(xué)生開(kāi)動(dòng)腦筋,積極思維,不但使課堂活躍,而且使學(xué)生印象深刻,掌握思維方法,讓學(xué)生可受益終身。另外,解決同一個(gè)問(wèn)題有許多不同的有效方法,鼓勵(lì)學(xué)生用各種思維方法去分析前人己總結(jié)過(guò)的問(wèn)題,探索新的問(wèn)題。

2 激勵(lì)思維活動(dòng)

在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的教學(xué)中,對(duì)于應(yīng)該傳授的知識(shí),不要都采取正面敘述的方法介紹給學(xué)生,而應(yīng)該多提問(wèn)題,迫使他們認(rèn)真思考,激勵(lì)思維活動(dòng),特別是發(fā)散性思維,從中誘發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維,而思維總是由問(wèn)題引起的。教學(xué)中,為了激勵(lì)學(xué)生的思維活動(dòng),可將課堂教學(xué)組織成不斷地提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題,又提出新的問(wèn)題的過(guò)程。比如:講解平面四桿機(jī)構(gòu)的類型及演化時(shí),不是把平面四桿機(jī)構(gòu)的類型都列舉出來(lái),而是變成提出問(wèn)題,激勵(lì)思維活動(dòng)、解決問(wèn)題的過(guò)程.講完曲柄搖桿機(jī)構(gòu)后,向?qū)W生提出問(wèn)題:如果曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中的搖桿長(zhǎng)度變?yōu)闊o(wú)限長(zhǎng)會(huì)怎么樣?從而引出曲柄滑塊機(jī)構(gòu);如果曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中的搖桿長(zhǎng)度很短又會(huì)如何?從而引出偏心輪機(jī)構(gòu);如果選擇曲柄搖桿機(jī)構(gòu)及曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中不同桿件作為機(jī)架會(huì)得到什么機(jī)構(gòu)?從而總結(jié)出機(jī)構(gòu)演化及變異的思維方法。

教學(xué)中,對(duì)不同的問(wèn)題可以用不同的提問(wèn)方式。對(duì)判斷性問(wèn)題,可問(wèn)“是不是";對(duì)敘述性問(wèn)題,可問(wèn):“是什么”;對(duì)敘理性問(wèn)題,可問(wèn):“為什么”;對(duì)擴(kuò)散性問(wèn)題,可問(wèn)“有什么想法”,“還有哪些可能”。特別是后兩類問(wèn)題,有利于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維的啟動(dòng)。

3 引導(dǎo)思維體驗(yàn)

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程教學(xué)中相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理起著非常重要的作用,在連桿機(jī)構(gòu),凸輪機(jī)構(gòu)、輪系等章中都要用到。對(duì)該原理掌握的好壞,直接影響學(xué)習(xí)效果.若直接把相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理的內(nèi)容講出來(lái),學(xué)生印象不深。我們可以舉例引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維體驗(yàn)。例如:機(jī)械手表的秒針、分針及時(shí)針組成一個(gè)物系,三者以固定傳動(dòng)比作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。人戴上手表后,手臂以一定速度移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng),在課堂上表演后,問(wèn)學(xué)生:在手表隨手臂的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,秒針、分針及時(shí)針三者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(傳動(dòng)比)變了沒(méi)有?每個(gè)指針的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)變了沒(méi)有?讓學(xué)生體驗(yàn)和思考。每個(gè)針的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)(相對(duì)于地球)肯定會(huì)變,因?yàn)樵谠瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上又加了一個(gè)手臀的運(yùn)動(dòng),而秒針、分針和時(shí)針三者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(傳動(dòng)比)肯定沒(méi)有變,否則手表就不能用了。為什么呢?再講相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理。這樣經(jīng)過(guò)學(xué)生的思維體驗(yàn),學(xué)生自己總結(jié)出來(lái),對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理就會(huì)理解得更為透徹。

4 機(jī)械基礎(chǔ)課程中常用的的科學(xué)思維方法

(1)分析與綜合方法。分析與綜合是解決各類問(wèn)題的一個(gè)基本的思維方法。事實(shí)上《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的教學(xué)內(nèi)容主要就是常用機(jī)構(gòu)和通用零部件的分析與綜合兩個(gè)部分,分析與綜合的思維方法貫穿于整個(gè)教學(xué)內(nèi)容中。

(2)構(gòu)建模型法。模型是對(duì)物體系統(tǒng)的一種抽象描述。它具有解釋、預(yù)測(cè)和判斷等多方面的功能,可將系統(tǒng)某一方面的復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)化為易于處理的形式。如:將一部實(shí)際的機(jī)器抽象成理想的模型——機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖,就是構(gòu)建模型思維方法在機(jī)械研究上的具體應(yīng)用。

(3)分類方法。分類法是很重要的科學(xué)研究方法。當(dāng)人們對(duì)某一客觀事實(shí)或現(xiàn)象的描述或研究積累到一定程度時(shí),為了思路清晰、層次分明以及進(jìn)行深入的研究時(shí),就會(huì)對(duì)所研究問(wèn)題的層次和范同進(jìn)行界定,即分類。分類的依據(jù)按研究問(wèn)題的具體需要而設(shè)置,不同的分類依據(jù),會(huì)產(chǎn)生不同的分類結(jié)果。例如:運(yùn)動(dòng)副的分類、機(jī)構(gòu)的分類、凸輪的分類、齒輪的分類等。

(4)機(jī)構(gòu)演化和變異法。機(jī)構(gòu)演化和變異法是機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)常用的一種方法。例如:通過(guò)改變構(gòu)件的形狀、運(yùn)動(dòng)尺寸、運(yùn)動(dòng)副尺寸、變更機(jī)架和運(yùn)動(dòng)副元素的逆換等。將平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式演化為多種形式的四桿機(jī)構(gòu);反轉(zhuǎn)凸輪機(jī)構(gòu)也是機(jī)構(gòu)演化和變異的結(jié)果。機(jī)構(gòu)演化與變異,有時(shí)能得到意想不到的結(jié)果。

(5)等效當(dāng)量法。等效當(dāng)量法是指用己學(xué)過(guò)的簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)來(lái)代替或近似代替新的或復(fù)雜的結(jié)構(gòu),從而能夠比較容易解決新的或復(fù)雜的結(jié)構(gòu)(或問(wèn)題)?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》中的高副低代、斜齒輪及錐齒輪的當(dāng)量齒輪、當(dāng)量摩擦、等效質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等內(nèi)容,就是等效當(dāng)量思維方法的具體應(yīng)用。

(6)分解轉(zhuǎn)化法。分解轉(zhuǎn)化法是先將復(fù)雜的大系統(tǒng)分解為若干簡(jiǎn)單的單元,以便應(yīng)用己有的知識(shí)和方法進(jìn)行分析。研究這些單元的性能特點(diǎn),以及各單元問(wèn)的內(nèi)在聯(lián)系,則可對(duì)復(fù)雜事務(wù)進(jìn)行全面透徹的了解和掌握。如:將機(jī)構(gòu)分解為一系列簡(jiǎn)單的單元——桿組;復(fù)合輪系分解為定軸輪系和行星輪系進(jìn)行計(jì)算;不在同一平面內(nèi)的不平衡質(zhì)量分解轉(zhuǎn)化在兩平衡平面上等內(nèi)容就是分解轉(zhuǎn)化法的具體應(yīng)用。

(7)反轉(zhuǎn)法。反轉(zhuǎn)法是一種逆向思維方法,指遇到問(wèn)題時(shí),把問(wèn)題顛倒過(guò)來(lái)反向思考,從而獲得很好解決問(wèn)題方法。例如:平面四桿機(jī)構(gòu)的反轉(zhuǎn)圖解法設(shè)計(jì)、凸輪廓線的反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)、行星輪系的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)等。

(8)比較法。比較法是指把對(duì)象的各個(gè)部分、屬性、要素加以對(duì)比,以確定其相同點(diǎn)和差異點(diǎn)的思維方法。比較是認(rèn)識(shí)客觀事務(wù)的重要手段,如果善于運(yùn)用比較,就能把握知識(shí)的特征,從而有效地掌握。而且在比較的基礎(chǔ)上,能對(duì)事務(wù)進(jìn)行分類、選擇。例如:將標(biāo)準(zhǔn)齒輪和變位齒輪、將直齒輪和斜齒輪進(jìn)行比較,就能加深理解和記憶,提高學(xué)習(xí)的績(jī)效。

(9)列舉法。列舉法是以列舉的方式把問(wèn)題依次展開(kāi),幫助思維,尋找發(fā)明創(chuàng)造的思路。把對(duì)象的特性、屬性、缺陷列出來(lái),探討改進(jìn)的方法,找到創(chuàng)新發(fā)明的目標(biāo)。例如:發(fā)現(xiàn)直齒輪傳動(dòng)有沖擊、承載能力低的缺點(diǎn)后,發(fā)明了斜齒輪傳動(dòng)。但斜齒輪會(huì)產(chǎn)生附加軸向力,為克服這一缺點(diǎn),又發(fā)明了人字齒輪。

總之,在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的教學(xué)中,強(qiáng)調(diào)思維方法,激勵(lì)思維活動(dòng),引導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行思維體驗(yàn),教給學(xué)生正確的思維方法,將使學(xué)生增加學(xué)習(xí)興趣且終身受益。