■ 文/上海理工大學 許旭萍，陳景華，曾臺英，于躍飛

一、知識模塊關系羅織法在課堂教學中的作用

在當今信息化飛速發(fā)展的形勢下，學生的課堂注意力早已不是多年前的狀況了。在每個學生手持一部可提供大量的數(shù)字學習資源的手機的課堂上，還想抓住學生的注意力，已經(jīng)不太容易了。即便是課堂上強行集中管制手機也并不會改變多少。學生課外所感受到的有趣信息，迫使他們難以在課堂上始終集中精力聽教師授課。這是國內(nèi)外課堂教學所面臨的共同挑戰(zhàn)。因此國內(nèi)外都在積極開展適應當前學生的教學方法研究與探索。

課堂教學具有巨大的靈活空間，順序介紹還是逆序介紹、跳躍穿插還是并行穿插、充分說明還是有限點破等等，都是教師可以自主編排的。這種編排，權且稱之為知識模塊關系羅織，是對喚醒學生群體注意力、啟發(fā)學生認真獨立思考等有很大作用的。

教學方法改革是實現(xiàn)專業(yè)教學向能力本位轉(zhuǎn)變的迫切需要。傳統(tǒng)的以教師為中心的講授法、應試式教育已不符合時代的發(fā)展。在以往教學經(jīng)驗總結的基礎上，立足當前教育發(fā)展的有關要求，嘗試采用知識模塊關系羅織法提高教學效果，有利于培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和教師專業(yè)發(fā)展，有利于構建包裝工程課程體系的完善。

二、授課過程中知識模塊關系羅織法策劃

本人授課的對象是包裝工程（包裝自動化方向）專業(yè)的學生，該專業(yè)的培養(yǎng)目標是要求學生適應社會和科技發(fā)展需要，富有工程能力、創(chuàng)新思維和國際視野，能夠基于包裝工程基礎知識、專業(yè)知識和專業(yè)實踐技能，運用現(xiàn)代工程軟件和信息技術工具，進行包裝工程問題研究、包裝設備與工藝優(yōu)化、包裝機械設計與制造、包裝生產(chǎn)與管理。

包裝工程（包裝自動化方向）專業(yè)的主要學科基礎課程和專業(yè)課程有：工程制圖、計算機輔助設計、公差與技術測量、機械設計基礎、機械工程材料、機械制造基礎、包裝機械、印包機械控制、包裝工藝、包裝測試、數(shù)控技術基礎、包裝機構拆裝與測繪、三維動畫制作實踐、三維工程軟件實踐等。

本人講授的課程有三門學科基礎理論課程：工程制圖、計算機輔助設計、公差與技術測量；一門實踐類課程：三維動畫制作實踐（安排在暑假短學期進行）。在教學中以工程制圖和公差與技術測量這兩門課為主線，結合后繼與包裝機械相關的專業(yè)課程將教學分成四個知識模塊。

知識模塊一，是基于正投影理論的組合體的繪圖和讀圖。知識模塊二，是標準件常用件、零件圖和裝配圖。知識模塊三，是計算機輔助設計學習與應用。知識模塊四，是機械零件幾何精度設計與應用。運用知識模塊關系羅織教學的相關課程見表1。

表1 運用知識模塊關系羅織教學的相關課程

三、授課過程中知識模塊關系羅織法的具體實施

（一）知識模塊一：基于正投影理論的組合體的繪圖和讀圖的教學

知識模塊一的教學內(nèi)容是“工程制圖”課程中第一章至第七章和“計算機輔助設計”、“三維動畫制作實踐”課程中的繪圖軟件演示；教學方式采用課堂講解與課后答疑輔導相結合；教學目標要求學生掌握正投影的作圖方法進行組合體三視圖的畫圖讀圖、掌握截交線和相貫線的畫法、剖視圖和斷面圖的畫法。

“工程制圖”授課對象的是大一新生，在緒論中結合本專業(yè)的“包裝機械”課程中的實例來講解工程制圖課程的目的任務。首先給學生觀看飲料灌裝機生產(chǎn)流水線的視頻，然后簡單講解飲料灌裝機裝配結構圖，并選取其中的分配器圓盤零件用計算機繪圖軟件AutoCAD演示其零件圖的畫法。這種結合包裝專業(yè)實例來強調(diào)“工程制圖”課的重要性，比較受學生歡迎。

在講課內(nèi)容的安排上不再是按部就班采用教材的順序，而是從實際應用的角度簡化投影變換和畫法幾何，重點放在組合體的三視圖、截交線相貫線的表達、剖視圖的講授。

在課后答疑輔導中了解到相當一部分學生對組合體有相貫結構的剖視圖畫法不容易掌握，于是本人就及時調(diào)整教學方法，適當?shù)剡M行多講多練習，并在課堂上用三維動畫軟件3dmax繪制三維立體圖和動態(tài)剖切效果圖作為講課輔助教學措施幫助學生建立空間想象力，搞清楚組合體的形體結構和三視圖的繪制。

另外根據(jù)學生交上來的作業(yè)，歸納出現(xiàn)的錯誤，增加習題課，在黑板上手工畫圖，邊畫邊講解，由此獲得了較好的教學效果。

（二）知識模塊二：標準件常用件、零件圖和裝配圖的教學

模塊二的教學內(nèi)容是“工程制圖”課程中第十章標準件與常用件，第十一章零件圖和第十二章裝配圖。講課不再按照教材的章節(jié)順序，而是結合后繼課程“機械設計基礎”相關知識來展開，將標準件常用件、零件圖和裝配圖這三章的內(nèi)容穿插結合在一起來講授。標準件常用件主要包括螺紋、滾動軸承、鍵和銷，齒輪。

鑒于學生是大一新生，對這部分教學，先介紹“機械設計基礎”課程中的基礎知識，讓學生簡單了解實際生產(chǎn)中機械設計、機械加工工藝的內(nèi)容。在螺紋的講授中，通過多媒體視頻講解內(nèi)外螺紋的加工，螺栓螺柱螺母墊圈的聯(lián)接使用，幫助學生掌握螺紋的五個主要參數(shù)（螺紋直徑、螺距、旋向、線數(shù)和導程）含義及查閱國家標準的方法。在講解螺紋聯(lián)接圖時先將第十二章裝配圖的規(guī)定表達方法挪過來先介紹，然后結合螺栓螺柱螺母墊圈的三維組裝動畫視頻，以幫助學生理解并掌握螺紋聯(lián)接圖的畫法。

對于滾動軸承、鍵和齒輪部分的教學，通過“機械設計基礎”課程中齒輪減速器的三維實物組裝圖，介紹齒輪嚙合傳動的工作原理，由此幫助學生了解滾動軸承、鍵和齒輪的結構形狀以及功用。例如，要讓學生掌握的知識要點是：在軸、鍵和齒輪的結構中，軸帶動齒輪一起旋轉(zhuǎn)是通過鍵來完成的，鍵起到了傳遞扭矩的作用，滾動軸承起到了支撐的作用，當所需傳遞的扭矩越大，則軸的直徑、鍵的尺寸、滾動軸承的尺寸和齒輪尺寸也相應需大些，具體的尺寸確定需要通過受力分析計算和材料的強度計算等，并告訴學生這些計算會在后繼相關專業(yè)課中學習。

繪制軸和齒輪的零件圖時，要求學生注意的是，鍵和滾動軸承是標準件，與鍵和滾動軸承有裝配關系的零件（如：齒輪、軸，機架等）相關的尺寸大小和尺寸公差就不能隨便亂定，而必須查閱國家標準來確定軸的鍵槽尺寸和齒輪輪轂的鍵槽尺寸、齒輪中心孔直徑、軸的直徑、滾動軸承尺寸等，并根據(jù)扭矩的大小查閱相關設計手冊確定尺寸公差配合代號及上下偏差。

最后給學生布置一個綜合大作業(yè)，繪制“齒輪軸承裝配軸系”工作圖，該軸系包含有齒輪、鍵、滾動軸承、螺紋、螺母墊圈的裝配軸系，要求學生去購買標準的圖紙手工畫出除了標準件以外的每個零件的正規(guī)零件圖，同時也畫出該裝配軸系的裝配圖。而零件圖中相關零件的幾何精度（即尺寸公差、形位公差和表面粗糙度）的選擇及標注，先讓學生按照老師給出的要求在圖紙中標注，其進一步的幾何精度設計知識點安排在知識模塊三中介紹。

另外，綜合作業(yè)中要求學生掌握正規(guī)的零件圖和裝配圖的概念，讓學生掌握根據(jù)制圖國家標準，正規(guī)的零件圖包含的四個內(nèi)容有：一組零件幾何形狀圖，尺寸標注，零件幾何精度標注及加工技術要求、標題欄填寫。正規(guī)的裝配圖包含的四個內(nèi)容有：一組零件裝配結構圖，尺寸標注（即性能規(guī)格尺寸、裝配位置及孔軸裝配尺寸、安裝尺寸、外形尺寸），裝配技術要求、明細表標題欄填寫。

（三）知識模塊三：計算機輔助設計的教學

AutoCAD是計算機輔助設計的基礎之一，掌握AutoCAD是工科大學生必備的技能。知識模塊三的教學目標是掌握AutoCAD的基本知識和基本操作，熟練應用繪圖命令和編輯命令繪制機械零件圖并進行尺寸公差、形位公差、表面粗糙度的標注和文字注釋；同時掌握繪制裝配圖的方法。

實際教學中與“工程制圖”、“公差與技術測量”、“包裝機構拆裝與測繪”相結合，在上機操作繪圖訓練中，盡可能多地選擇一些“工程制圖”課程中學生曾經(jīng)手工畫過的機械圖，學生在已經(jīng)讀懂圖的基礎上用AutoCAD來繪圖可以快速有效地掌握AutoCAD的繪圖命令和編輯命令和相應的繪圖技巧。

另外適當選取“包裝機構拆裝與測繪”課程的典型包裝機構中的部分零件，在課堂中邊分析其結構功用特點，邊作繪圖演示操作，這樣可以為學生在后繼專業(yè)課中能看懂包裝機械圖打下基礎。

在綜合實例繪圖操作訓練中，選取知識模塊二中的學生已經(jīng)手工畫過圖的“齒輪軸承裝配軸系”。首先，根據(jù)制圖國家標準“圖紙規(guī)格”，講解在AutoCAD軟件系統(tǒng)中創(chuàng)建圖紙模板的方法，要求學生將零件圖和裝配圖繪制在國標規(guī)定的圖紙模板中。然后將“公差與技術測量”課程中的“用類比法設計零件的幾何精度”這一教學內(nèi)容挪過來，選取“齒輪軸承裝配軸系”中的齒輪零件為實例，講解幾何精度（尺寸公差、形位公差和表面粗糙度）的設計選取方法。齒輪本身的精度等級需要根據(jù)齒輪的旋轉(zhuǎn)速度用類比法查機械設計手冊來確定，然后以該齒輪精度等級查閱“齒坯公差表”來確定齒輪中心孔和齒頂圓的尺寸公差等級、齒輪齒頂圓相對于中心孔軸線的徑向圓跳動、齒輪端面相對于中心孔軸線的端面圓跳動等；齒輪的表面粗糙度數(shù)值需要根據(jù)齒輪精度和齒輪模數(shù)來查表確定。應該對齒輪的齒頂圓直徑和中心孔的孔徑提尺寸提出公差要求，齒頂圓直徑的尺寸公差一般選擇基軸制，其上下偏差值需查極限配合偏差表來確定；由于齒輪裝在軸上通過鍵聯(lián)結來傳動，則中心孔與軸的尺寸配合代號用類比法查閱尺寸公差配合表，選擇基孔制較松的過渡配合，其上下偏差值需查極限配合偏差表來確定；齒輪輪轂鍵槽寬度的尺寸公差和鍵槽的對稱面相對于齒輪中心孔軸線的對稱度公差，需要分別查閱“鍵”相關的設計手冊和形位公差表來確定。將這個齒輪的幾何精度設計方法講完后，馬上安排在機房讓學生邊聽老師講解操作邊跟著老師一起在電腦上操作繪制完整的齒輪零件圖，操作演示中重點講解零件幾何線性尺寸、尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的標注方法和技巧。

有關這些零件幾何精度設計的方法，在本模塊中只要求學生大致了解，其目的是為了讓學生知曉幾何精度設計及標注在零件圖中的重要性，在理解的基礎上更快速有效地掌握尺寸公差、形位公差、表面粗糙度的標注方法。而完整系統(tǒng)的幾何精度設計的方法將會安排在知識模塊四中進一步學習。

通過綜合實例繪圖操作訓練，使學生能繪制完整正規(guī)的零件圖和裝配圖，熟練掌握線性尺寸標注技巧，了解尺寸公差、形位公差、表面粗糙度的含義并掌握在圖樣上的標注方法。

本知識模塊全程安排中機房講課，學生可以邊聽老師講解邊跟著老師一起在電腦上操作。學生有疑問或操作方法技巧沒有跟上的，老師夠也可以現(xiàn)場進行解讀和輔導。

（四）知識模塊四：機械零件幾何精度設計與應用的教學

知識模塊四是以“公差與技術測量”這門課程為主線，結合“工程制圖”、“計算機輔助設計”、“包裝機械”和“包裝機構拆裝與測繪”課程來展開的?！肮钆c技術測量”課程，其內(nèi)容源于國家標準, 與生產(chǎn)實際密切相連。機械零件幾何精度主要包括尺寸公差、形狀位置公差和表面粗糙度。本模塊主要講解機械零件幾何精度設計與應用的相關理論和方法，幾何精度的設計原則與選用方法，常用幾何量檢測及數(shù)據(jù)處理方法，相關儀器檢測工具的使用。

由于工程制圖課程學時數(shù)少內(nèi)容多，在模塊三中講授的第十一章零件圖時重點只講解繪制方法，零件圖中的尺寸公差、形狀位置公差和表面粗糙度標注的教學內(nèi)容挪到本模塊進行詳細講解。實例講解除了常用典型機械零件外，還專門講解包裝機構的部分零件。

例如：講課中選擇“包裝機械”課程中飲料灌裝機的星形撥輪機構供送裝置，根據(jù)星型撥輪機構的工作原理及其各個零件裝配位置關系來分析其零件的幾何精度選用方法，要確保飲料灌裝機在傳送飲料瓶到達正確的工位進行飲料罐裝，則星型撥輪機構供送裝置中的主要零件（如：主軸、星型撥輪、撥輪盤）幾何精度的設計尤為重要。例如：主軸零件的尺寸公差可用類比法查表，精度應不低于IT6級，需要對主軸的軸線提出直線度的形位公差要求；對星型撥輪零件，其上下兩個面應提出平面度的形位公差要求，星型撥輪的每一個曲線孔位相對于中心孔應有位置度的形位公差要求；對于零件撥輪盤，其內(nèi)孔軸線需要有直線度的形位公差要求，兩端的環(huán)口軸線相對于內(nèi)孔軸線需要有同軸度的形位公差要求等等。同時，在課堂上詳細講解如何查閱國家標準規(guī)定的“尺寸公差、形狀位置公差和表面粗糙度”相關表格來選取公差數(shù)值。經(jīng)反饋調(diào)查，這樣的教學方法大大提高了學生的學習興趣，也為后繼課程“包裝機械”、“包裝機構拆裝與測繪”做好基礎知識的鋪墊，有效地促進學生掌握專業(yè)知識。

四、結語

課堂教學重要支撐之一是教材、參考書等具有既成格式的材料。既成格式的書面材料特點，是通過循序漸進而推出系統(tǒng)性的內(nèi)容，這對于潛心專注人員的自覺閱讀是有利的。但作為現(xiàn)代課堂教學，為積極調(diào)動學生的注意力，則不一定要按照既成格式書面材料的前后順序?qū)嵤?。所嘗試采用的知識模塊關系羅織法，立足教學基本要求，借鑒講座與演說引導聽眾的技巧，通過采用設問、倒述、解包袱、因果銜接等方式，有機地羅織知識模塊之間的關聯(lián)，可顯著改善專業(yè)技術課程教學的氛圍，便于學生對知識模塊的整體性接收。同時，也激發(fā)了學生的系統(tǒng)性關注興趣，課后主動對不同相關課程的教材以及不同的章節(jié)作有關回溯閱讀，提高教學效果。