程大泉 邢清桂

（河北機車技師學院 河北唐山 064000）

機械專業(yè)教學中知識可視化應(yīng)用模式

程大泉 邢清桂

（河北機車技師學院 河北唐山 064000）

機械基礎(chǔ)是職業(yè)學校機類、近機類專業(yè)學生的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。在工科專業(yè)學生的課程學習階段，起著由基礎(chǔ)課程到專業(yè)課程的過渡作用。通過對該課程的學習，不但使學生掌握通用零件的具體設(shè)計計算方法，而且還掌握了常用機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，更重要的是培養(yǎng)了學生靈活應(yīng)用基礎(chǔ)理論知識解決工程實際問題的能力以及機械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計、改進能力。本文對機械專業(yè)教學中知識可視化應(yīng)用模式進行了探討。

機械專業(yè)教學 知識可視化應(yīng)用模式

引言

知識可視化作為可視化領(lǐng)域發(fā)展的衍生領(lǐng)域，與可視化有著密不可分的關(guān)系，通過將知識可視化整合至機械專業(yè)教學，能夠幫助學生更好的梳理和自主構(gòu)建各類可視化信息與知識，幫助學習者跟上時代發(fā)展的腳步，這符合了機械專業(yè)培養(yǎng)目標中對于學生對于可視化信息處理能力的要求。

一、知識可視化的概念

知識可視化指可以用來構(gòu)建、傳達和表示復(fù)雜知識的圖形圖像手段，除了傳達事實信息之外，知識可視化的目標還在于傳輸人類的知識，并幫助他人正確地重構(gòu)、記憶和應(yīng)用知識。不同的人，其學習方式、學習習慣不同，但不同的學習方法對人的影響卻是相同的。目前，職業(yè)教育知識可視化進入一個新的發(fā)展階段，實施知識可視化教學是當前職業(yè)教育課程改革的新方向。[1]

二、幾種常見的知識可視化工具

1．概念圖

概念圖是利用圖形來組織知識，用視覺化的方式理清概念間的相互關(guān)系，并以此來傳授知識的程序圖。

它是由康奈爾大學的諾瓦克（J.D.Novak）博士等（1984）根據(jù)奧蘇伯爾的有意義學習理論提出的根據(jù)諾瓦克教授的概念圖模型，關(guān)于某一主題的概念圖是樹狀的，位于最頂端的是涵蓋意義最廣的第一級概念，次級概念以線段與第一級概念相連接，還可以繼續(xù)向下連接第三級概念等。連線上可以適當添加一些文字，以強調(diào)概念間的關(guān)系。從關(guān)鍵概念到一般概念、具體概念，呈現(xiàn)出了概念間的層級關(guān)系。[2]

2．思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖又叫心智圖，是表達發(fā)散性思維的有效的圖形思維工具，它簡單卻又極其有效，是一種革命性的思維工具。是二十世紀60年代英國人托尼·巴贊（Tony Buzan）創(chuàng)造的。它運用圖文并重的技巧，模擬人腦的工作方式，圍繞一個主題，然后以脈絡(luò)狀分支延伸出去并與主題詞語圖像、顏色等建立記憶連接，各級主題的關(guān)系用相互包含的層級圖表現(xiàn)，形成一種樹狀思維。思維導(dǎo)圖充分運用左右腦的機能，利用記憶、閱讀、思維的規(guī)律，協(xié)助人們在科學與藝術(shù)、邏輯與想象之間平衡發(fā)展，從而開啟人類大腦。

思維導(dǎo)圖是有效的思維模式，應(yīng)用于記憶、學習、思考等的思維“地圖”。當它被用作步驟的表達時，他的屬性是培養(yǎng)使用者的聚合性思維。當思維導(dǎo)圖被用作來選用最優(yōu)化解決方案、問題搜尋時，有利于人腦的發(fā)散思維的展開。

3．教學視頻

教學視頻主要是將知識采用動態(tài)的、交互的可視化技術(shù)，以影像的形式將知識呈現(xiàn)出來。它通過運用具體的形知識表現(xiàn)出來，畫面極具感染力、表現(xiàn)力，它具備直觀、形象的特點，用來表現(xiàn)客觀事物和創(chuàng)作者的主觀世界，或是全方面記錄一系列連貫的操作步驟、動作技能。它最大的特點和優(yōu)勢就是直觀性，在教學當中早己廣泛應(yīng)用。而隨著科技的不斷發(fā)展，教學視頻從原來的與學習者的“零交流”到交互性逐漸增強，能夠根據(jù)學習者需要，隨時暫停視頻、改變視頻的播放流程、切換視頻的場景等等，能夠?qū)崿F(xiàn)學習者與教學內(nèi)容之間的良好互動和交流，從而更進一步的提高學習效果。

三、機械基礎(chǔ)教學中思維可視化技術(shù)的應(yīng)用

1．建立機械基礎(chǔ)課程內(nèi)容體系的思維導(dǎo)圖

本文應(yīng)用可視化技術(shù)建立機械基礎(chǔ)課程的思維導(dǎo)圖，實現(xiàn)課程知識結(jié)構(gòu)圖像化。例如，在講授標準齒輪的幾何尺寸計算內(nèi)容時，出現(xiàn)大量齒輪幾何參數(shù)名稱及尺寸計算公式，學生往往感到參數(shù)繁多，公式難以掌握。按照多向思維，從徑向和周向兩個方向?qū)X輪參數(shù)和尺寸進行分類，可以使問題簡化，并建立齒輪機構(gòu)幾何參數(shù)和尺寸思維導(dǎo)圖。對于一個標準漸開線外齒輪，齒輪上有4個圓，分別是齒頂圓、齒根圓、分度圓、基圓；有一個角，即壓力角。以分度圓作為重要的基準圓，分別沿著徑向和周向兩個方向描述圓的幾何參數(shù)，徑向上有分度圓直徑（和半徑）、齒頂圓直徑（和半徑）、齒根圓直徑（和半徑）、基圓直徑（和半徑）以及齒頂高、齒根高等尺寸，周向上各圓有齒距（或周節(jié)）、齒厚、齒槽寬等尺寸。而對于一對標準漸開線外嚙合齒輪，除了每個齒輪上的4個圓，多出一對相切節(jié)圓和一條嚙合線。因此，沿徑向方向多了節(jié)圓直徑（和半徑）、中心距，沿周向方向多了節(jié)圓的齒距（或周節(jié)）、齒厚、齒槽寬，此外，還有描述嚙合線位置的嚙合角。學生參考思維導(dǎo)圖對比學習就很容易理解和記憶這些知識了。

2．基于思維導(dǎo)圖的機械設(shè)計、改進思維訓(xùn)練

思維導(dǎo)圖符合人腦的思維模式，有利于發(fā)散思維的展開，可以有效地引導(dǎo)設(shè)計者的思考順利進行。在機械設(shè)計、改進過程中，借助思維導(dǎo)圖描述幫助創(chuàng)新思維的深入展開。例如，在減速箱的設(shè)計過程中，讓學生把設(shè)計步驟、參數(shù)和結(jié)構(gòu)按照工程邏輯用思維導(dǎo)圖表示出來，一邊設(shè)計思考一邊做思維導(dǎo)圖，可以輔助設(shè)計過程順利完成。機械類專業(yè)教學中，應(yīng)用思維導(dǎo)圖可以培養(yǎng)學生的工程邏輯思維和創(chuàng)造性思維。

結(jié)語

知識可視化有著實用機器不可替代的作用，即經(jīng)濟又安全，好的資源能實現(xiàn)更多的現(xiàn)實機器無法取代的功能，如迅速的裝拆、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的展示、機械的結(jié)構(gòu)簡圖組成、工作原理的體現(xiàn)等，各個學校應(yīng)重視這一技術(shù)，實現(xiàn)資源的建立與共享。當然，教學的方式多樣，也不能因知識可視化就忽視傳統(tǒng)教學、技能教學的優(yōu)勢，我們應(yīng)該有機地融合各類教學方法的優(yōu)點，選擇最優(yōu)的教學手段和方法，實現(xiàn)職業(yè)教育的春天。

[1]濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計[M].第八版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]楊可楨.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].第五版.北京：高等教育出版社，2007：5.