羅 聲 葛衛(wèi)麗

摘要本文提出在機械基礎(chǔ)的教學(xué)中要強調(diào)思維方法,激勵思維活動,引導(dǎo)學(xué)生進行思維體驗,結(jié)合筆者的教學(xué)體會和知識積累,闡述了《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)中的一些科學(xué)思維方法及其運用。

關(guān)鍵詞機械設(shè)計基礎(chǔ) 思維活動 思維方法

中圖分類號:G423文獻標(biāo)識碼:A

古人日:“授人以魚,不如授人以漁”。在新知識、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)和激勵學(xué)生進行思維體驗,已成為教育者的重要責(zé)任。《機械設(shè)計基礎(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,又有很強的工程實踐性、綜合性,是將理論、技術(shù)、工程三者融為一身的課程,對學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)有著獨特的作用,所以在《機械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)中必須加強學(xué)生的思維方法培養(yǎng)。

1 強調(diào)思維方法

在介紹概念、原理時,應(yīng)盡可能闡明它們的創(chuàng)新價值和在學(xué)科發(fā)展史上的意義,總結(jié)產(chǎn)生這些成果的思維過程或思維方法,讓學(xué)生樹立一個概念:與知識本身相比,學(xué)習(xí)知識的思維方法更為重要。比如:在凸輪廓線設(shè)計時,怎樣將凸輪轉(zhuǎn)化為相對固定的?在行星輪系的傳動比計算時,怎么把行星輪的轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)化為固定的?其思維方法是:將整個機構(gòu)加上一個公共的反轉(zhuǎn)運動,即相對運動的反轉(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。強調(diào)思維方法,讓學(xué)生開動腦筋,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,解決同一個問題有許多不同的有效方法,鼓勵學(xué)生用各種思維方法去分析前人己總結(jié)過的問題,探索新的問題。

2 激勵思維活動

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

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

3 引導(dǎo)思維體驗

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)中相對運動原理起著非常重要的作用,在連桿機構(gòu),凸輪機構(gòu)、輪系等章中都要用到。對該原理掌握的好壞,直接影響學(xué)習(xí)效果.若直接把相對運動原理的內(nèi)容講出來,學(xué)生印象不深。我們可以舉例引導(dǎo)學(xué)生進行思維體驗。例如:機械手表的秒針、分針及時針組成一個物系,三者以固定傳動比作相對運動。人戴上手表后,手臂以一定速度移動或轉(zhuǎn)動,在課堂上表演后,問學(xué)生:在手表隨手臂的運動過程中,秒針、分針及時針三者的相對運動(傳動比)變了沒有?每個指針的絕對運動變了沒有?讓學(xué)生體驗和思考。每個針的絕對運動(相對于地球)肯定會變,因為在原來的運動基礎(chǔ)上又加了一個手臀的運動,而秒針、分針和時針三者的相對運動(傳動比)肯定沒有變,否則手表就不能用了。為什么呢?再講相對運動原理。這樣經(jīng)過學(xué)生的思維體驗,學(xué)生自己總結(jié)出來,對相對運動原理就會理解得更為透徹。

4 機械基礎(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題的一個基本的思維方法。事實上《機械設(shè)計基礎(chǔ)》的教學(xué)內(nèi)容主要就是常用機構(gòu)和通用零部件的分析與綜合兩個部分,分析與綜合的思維方法貫穿于整個教學(xué)內(nèi)容中。

(2)構(gòu)建模型法。模型是對物體系統(tǒng)的一種抽象描述。它具有解釋、預(yù)測和判斷等多方面的功能,可將系統(tǒng)某一方面的復(fù)雜問題簡化為易于處理的形式。如:將一部實際的機器抽象成理想的模型——機構(gòu)運動簡圖,就是構(gòu)建模型思維方法在機械研究上的具體應(yīng)用。

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

(4)機構(gòu)演化和變異法。機構(gòu)演化和變異法是機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計常用的一種方法。例如:通過改變構(gòu)件的形狀、運動尺寸、運動副尺寸、變更機架和運動副元素的逆換等。將平面四桿機構(gòu)的基本形式演化為多種形式的四桿機構(gòu);反轉(zhuǎn)凸輪機構(gòu)也是機構(gòu)演化和變異的結(jié)果。機構(gòu)演化與變異,有時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)過的簡單的結(jié)構(gòu)來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)(或問題)?！稒C械設(shè)計基礎(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)分解為若干簡單的單元,以便應(yīng)用己有的知識和方法進行分析。研究這些單元的性能特點,以及各單元問的內(nèi)在聯(lián)系,則可對復(fù)雜事務(wù)進行全面透徹的了解和掌握。如:將機構(gòu)分解為一系列簡單的單元——桿組;復(fù)合輪系分解為定軸輪系和行星輪系進行計算;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,指遇到問題時,把問題顛倒過來反向思考,從而獲得很好解決問題方法。例如:平面四桿機構(gòu)的反轉(zhuǎn)圖解法設(shè)計、凸輪廓線的反轉(zhuǎn)法設(shè)計、行星輪系的轉(zhuǎn)化機構(gòu)等。

(8)比較法。比較法是指把對象的各個部分、屬性、要素加以對比,以確定其相同點和差異點的思維方法。比較是認識客觀事務(wù)的重要手段,如果善于運用比較,就能把握知識的特征,從而有效地掌握。而且在比較的基礎(chǔ)上,能對事務(wù)進行分類、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行比較,就能加深理解和記憶,提高學(xué)習(xí)的績效。

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

總之,在《機械設(shè)計基礎(chǔ)》的教學(xué)中,強調(diào)思維方法,激勵思維活動,引導(dǎo)學(xué)員進行思維體驗,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。