职校机械基础课程设计的教学改革

张悦丰

(天津劳动保护学校,天津市 300162)

《机械基础》是机械专业必须掌握的一门基础课程,它实践性很强,内容概念多,原理抽象,难懂难学,单纯的理论讲解无法使职校学生真正掌握相关的知识。对于高职学生,进行一次课程设计很有意义。为此,我在理论教学中安排了这个项目,考虑到减速器是一种普遍通用的机械设备,其结构包括了传动设计(直齿轮、斜齿轮、锥齿轮、蜗杆等),支撑件设计(轴、轴承等),箱体设计及密封、润滑等,是培养学生首次独立完成设计任务的良好参照设备,故以“齿轮减速器设计”为题进行课程设计。高职学生《机械基础》课程设计不能照搬全日制大学的教学模式,需要在其基础上做一些改革,主要做法如下:

一、分组因材而分

由于高职学生基础参差不齐,在班里分组时,按照平时学习成绩和基础,参考班主任的建议,分为两大组,A组一级减速器,B组二级减速器;再自由组合分成5～7人的小组。这样很好地避免了“有人吃不够有人吃不饱”的现象。

二、教学内容模块化

如果按照《机械基础》教材安排的顺序开展课程设计教学欠缺整体性,多数同学还是不能把知识有效地串起来。因此,第一次课应引导全体同学分组装拆二级齿轮减速器,充分利用了实物教学的直观性优势,把抽象的书本知识变成学生可以亲身体会的东西,使学生对减速器各个零部件有了直观认识,进一步了解和掌握各零部件的结构意义、加工工艺、安装方法。尤其是运动件与运动件之间的安装要求、运动件与固定件之间的安装要求、轴承的拆装等,通过实验能起到事半功倍的作用。由于贴近实际,消除了部分同学的“恐惧”心理,引起了同学们的学习兴趣。在小结的教学环节,再告诉学生本次设计教学内容包括五大模块:齿轮、轴和联接、箱体、其它、装配。接下来的教学,围绕设计需要,将教材上相关章节进行整合,并将《金属材料与热处理》、《机械制造工艺学》、《工程力学》等课程的相关内容穿插进来,以5个模块教学代替分章节教学;然后将大模块再细分为若干知识点的小模块,为学生进行设计准备全面的理论知识。

下面以齿轮模块的小模块内容为例:

1.组成:主动齿轮、从动齿轮

2.工作原理:依靠齿与齿之间的啮合来传递运动和动力。

3.特点:优点:一是结构简单紧凑;二是效率高;三是传动比稳定;四是工作可靠寿命长;五是可实现空间任意两轴间的传动。

缺点:一是制造成本高;二是安装精度要求高;三是不宜于传动距离大的场合

4.应用:不宜于传动距离大的场合。

5.主要类型:平面齿轮传动:直齿、斜齿、人字齿;空间齿轮传动:锥齿、交错轴斜齿

6.主要参数:齿数z 模数m 压力角α 齿顶高h＊a 顶隙系数c＊

7.设计准则:闭式:齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算;开式:齿根弯曲疲劳强度计算。

8.设计内容:一是选择材料及热处理;二是选定齿轮传动精度;三是确定齿轮传动参数;四是确定齿轮结构和尺寸;五是润滑设计。

9.失效形式:齿根折断、齿面点蚀、齿面塑变、齿面胶合、齿面磨损。

三、直观辅助教学

传统的课堂教学模式:一支粉笔、一张嘴、一块黑板、一张图,有存在的必要也暴露出一些弊端。现在处于知识爆炸的时代,新的技术、新的信息不断涌现,学生的思维很活跃,知识更新较快,教师们迫切需要一些优化的课堂教学方式来吸引他们。笔者在教学中也试着进行一些新旧手段的“混搭”,有些心得。

1.实物、模型教具的使用。传统的教具,如实物、模型,虽然有些老套,但是适当的时间、适当的用量,有目的地组织学生观察、接触、熟悉它们,还是能够帮助学生积累一些有用的感性知识的。这些感性知识再经过分析、综合、抽象、概括,就能达到理性认知的高度。因此,我在本阶段教学中应用了减速器的实物模型,分别指导学生进行了装拆和部分零件测绘,效果比较理想。

2.多媒体手段应用于教学。现代多媒体技术的发展突飞猛进,它具有图、文、声、影象并茂的特点,能够为教学活动提供有效的帮助,特别是在《机械基础》课程中艰涩难懂的概念、比较难以想象的的结构及工作原理的教学中,优势还是比较明显的。

受到以前读过的文章的提示,笔者尝试将Pro/E应用在《机械基础》的某些内容的教学中,取得了良好的效果。在这次课程设计的理论教学中应用两次。第一次是在齿轮模块的教学中,由于齿轮种类繁多,传动形式多样,教材、挂图和模型都不能提供全部形象的内容,传统的课堂教学必定是枯燥乏味的,学生(特别是从高中升入高职的学生)肯定是无法理解的。而应用 Pro/E制作的齿轮模型,在电化教室现场改变同类型齿轮的参数,生成不同大小的齿轮,并且仿真模拟齿轮间相互传动过程,帮助我的学生从真正意义上认识了齿轮和齿轮传动。第二次是在装配模块的教学中,应用该软件生动形象地将阶梯轴、齿轮、键、轴承、箱体等零部件组装起来,完成一个减速器的装配,与学生一起对比第一次课的动手装拆过程,帮助学生通过回忆对先前学习的理论内容形成一个完整的概念,起到了较好的辅助教学作用。

四、理念培养和能力训练

1.独立能力。职业学校的学生普遍对学习没有自信心,遇到困难就觉得无法战胜,容易产生两种消极行为:一种就是放弃努力,另一种就是依赖别人。笔者认为学生就业时需要的职业能力最重要的不是掌握的东西,而是独立面对任务的态度和能力。对于希望老师给出“标准答案”的依赖型学生和等待老师给出“标准答案”的放弃型学生,我都鼓励他们“自做主张”,以培养学生的独立学习思考和独立解决问题的能力。

在轴和联结这个模块中,轴的结构设计部分,先给定设计的三个基本原则:轴上零件能可靠地相对固定;轴上零件装拆方便;轴便于加工和减少应力集中。反复告诉学生只要满足上述条件就是合格的,“没有最好只有更好”,只能评说哪种方案更合理些。接下来讲估算轴的直径时,经验公式d=(0.3～0.4)a(注:a是同级齿轮的中心距),面对范围内的几个被选答案,许多学生不敢自己确定,都爱问老师选哪个。我的答案是:这是生产实践中产生的经验公式,范围内的答案都对,取小值的经济性好,取大值的安全性好,在实际的设计中,要综合考虑零件工作条件、材料、生产厂家设计人员的思路等因素,才能最终确定。在这次设计时,我让不同小组各选一个数值,算算看看,小组间互相对比一下,自己总结。这样的引导过程意在培养学生独立、主动的学习、工作态度。

2.《机械设计手册》的使用。首先必须消除学生使用设计手册的畏难心理。告诉他们,使用手册和使用卡尺一样,都是使用工具,是不难掌握的。然后,在设计齿轮时,以小组为单位,一步一步地引导他们找目录、找图表、查数据,让他们每人亲自动手熟悉,很快大家就能够按照要求正确查阅手册了,为顺利完成设计做好准备。同时,这也是他们就业后能够创新工作所需要的能力之一。

通过《机械基础》课程设计的教学改革实践,引入项目教学、行为引导法、多媒体教学技术等,提高了学生的学习兴趣。使得学生独立思考、独立完成工作任务的能力大为提高。取得了较好的效果,达到了预期的目的。

[1]孙恒.机械原理教学指南[M].北京:高等教育出版社,1989.

[2]施良方.学习论[M].北京:人民教育出版社,1994.

[3]胡家秀.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社,2004.

[4]钟丽萍.机械基础[M].北京:北京大学出版社,2006.