《机械设计基础》模块化任务驱动式教学方法研究

巴文兰+任宁

摘要：《机械设计基础》是高等学校工科专业的一门重要的技术基础课，本文提出在理论教学环节采用模块化任务驱动式教学方法，并对该方法的具体实施过程进行了详细论述。

关键词：模块化教学方法；任务驱动式教学方法；理论教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）14-0198-02

一、引言

《机械设计基础》是高等学校工科各专业的一门重要的技术基础课，通过该课程的理论学习和实验、课程设计等教学实践，可使学生初步具备运用手册设计简单机械传动装置的能力，为日后从事技术革新创造条件。

本文提出在理论教学环节采用模块化任务驱动式教学方法，以提高非机类工科专业的大学生学习《机械设计基础》课程的兴趣和积极性，从而提高本门课程的教学效果。

二、模块化任务驱动式教学方法

《机械设计基础》的理论教学部分主要研究机械中的常用机构和通用零件的工作原理、基本的设计理论和计算方法。目前绝大多数教材采用的是先介绍机械原理（即常用机构）、后介绍机械设计（即通用零件）的编制方案，因此教师一般也按照先介绍平面机构、凸轮机构和齿轮机构等常用机构，然后介绍通用零件如齿轮、带、轴等通用零件的教学安排来讲授该课程。但机构本身是由零件组成的，且机构与零件是相互联系、相互交叉、不可分割的，人为地把机构与零件分开来讲授缺乏连贯性，不利于学生更好地掌握该课程。

本文提出了一种更符合教学规律的模块化任务驱动式教学方法，即把本门课程需要讲授的相关内容分成，每一模块由相关任务组成，通过任务驱动的方式完成各个模块的学习任务。在具体讲授每个任务时，首先通过具体案例引出相关的设计任务；然后对设计任务进行分析分解，指出为了完成该任务必须解决相关问题，从而引出相关的学习内容；最后在讲授完相关的教学内容后，指导并要求学生根据相关要求完成一个具体的设计任务，从而形成完整的教学过程。最终，通过学习每一模块及每一模块中的相关任务，把机械原理和机械设计相关知识有机地统一起来。

下面以其中三个模块为例，详细论述该方法的具体实施过程。

（一）“常用机构的设计”模块的实施过程

第一个模块为“常用机构的设计”，该模块把连杆机构和凸轮机构归为一个整体，具体包括“平面机构的自由度和速度分析”和“凸轮机构”三个章节的相关内容。该模块由两个任务组成：平面四杆机构的设计和凸轮机构的设计。

在讲授第一个任务时，首先通过“焊接夹具”和“公交车门启闭机构”相关图片和视频的介绍，说明这些机构都是采用平面四杆机构的工作原理工作的，并引出這次任务是设计在生产生活实际中使用的平面四杆机构；接着对如何完成该任务进行分析和分解，即为了完成该任务，必须首先解决如下问题：①平面连杆机构有哪些类型？②各种不同类型的平面连杆机构在生产生活实际中有哪些应用？③它们有什么特点？④又怎样进行设计？指出为了回答上述问题，并完成平面四杆机构的设计任务，必须学习“平面机构的自由度和速度分析”和“平面连杆机构”相关章节的内容；最后，在讲授完相关的教学内容后，指导并要求学生完成焊接夹具的设计，要求给出具体的设计方案和设计计算过程。

第二个任务是按照预定要求设计凸轮机构。通过内燃机配气机构和自动车床上的走刀机构等与凸轮机构有关的图片和视频信息，指出凸轮机构是机械中的一种常用机构，因其能实现预定的运动规律而在自动化和半自动化机械中得到广泛应用，从而引出本次任务；接着指出凸轮机构有不同的类型，要想完成设计任务必须首先明确我们要设计的是哪种类型的凸轮机构？其有什么样的运动规律？怎样设计凸轮机构？为了回答以上问题，必须学习“凸轮机构”相关章节的内容；最后学习完相关知识后，指导学生完成内燃机配气机构中凸轮机构的设计。

（二）“齿轮传动的设计计算”模块的实施过程

把齿轮机构、轮系、齿轮传动和蜗杆传动归为“齿轮传动的设计计算”模块，该模块包括三个任务：认识齿轮传动、设计齿轮传动和齿轮系传动比的计算。

第一个任务是认识在生产生活实践中使用的齿轮传动。首先通过机械式手表、一级直齿圆柱齿轮减速器、卷扬机等图片阐明齿轮传动是现代机械设备中应用最广泛的一种机械传动；接下来分析常用的齿轮传动有很多类型，但具体有哪些类型？各自有什么特点？在生产生活实际中有哪些应用？什么是标准齿轮？两个渐开线标准直齿圆柱齿轮配对使用应满足哪些条件？渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸如何计算？要想回答这些问题，必须学习“齿轮机构”相关章节的内容；最后学习完相关知识后，通过计算一个渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸完成本次任务。

第二个任务是根据实际需要设计齿轮传动。首先通过圆锥齿轮换向器、斜齿轮变速器、手动蜗杆卷扬机的图片介绍指出在工程实际中，不仅应用直齿圆柱齿轮传动，斜齿圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、蜗杆传动以及轮系的应用也很广泛；那么，它们各自有什么特点？在生产生活实际中有哪些应用？渐开线标准直齿圆柱齿轮传动如何设计？提出必须学习“齿轮传动”和“蜗杆传动”的相关知识才能回答以上问题；最后，学习完相关知识后要求学生设计一单级闭式直齿圆柱齿轮传动，从而完成本次任务。

第三个任务是熟悉轮系在生产生活实际中的使用，并完成一行星轮系传动比的计算。首先，通过图片分析轿车变速器的轮系、行星齿轮减速器，说明在机械传动中仅由一对齿轮组成的齿轮机构往往满足不了工作需要，采常用齿轮系来满足使用要求；那么，轮系有哪些类型？能完成哪些功能？怎样计算传动比？指出在学习了“轮系”相关章节的知识后，不仅能回答以上问题，还能完成计算轮系传动比计算的任务；最后学习完相关知识后，要求学生完成一行星减速装置的传动比计算。

（三）“常用连接的选用”模块的实施过程

“常用连接的选用”模块由两个任务组成：螺纹联接的选用和键联接的选用，具体内容为“连接”章节的相关知识。

第一个任务是完成螺纹联接的选用工作。首先，通过一减速器说明减速器的下上箱体、轴承盖与箱体、视孔盖与箱体的连接采用的都是螺纹联接，且螺纹联接具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点，指出本次任务是掌握如何合理选用螺纹联接；接着分析螺纹聯接在生产实践中有着广泛的应用，那么螺纹是怎样形成的？它的主要参数有哪些？常用的螺纹联接有哪些常用类型？在使用过程中如何对其进行预紧和防松？指出在学习了“连接”相关章节的知识后，不仅能回答以上问题，还能完成减速器中螺栓和螺钉的选用；最后学习完相关知识后，要求学生完成减速器中螺栓和螺钉的选用工作，为后叙课程设计中减速器的设计打下基础。

第二个任务是完成键联接的选用工作。首先分析齿轮与轴通过键联接，指出机器中通常要把旋转件与轴连接到一起，使其以同一转速转动，这就要用到轴毂连接件---键；接下来提出要根据机器中载荷要求来完成选用键联接的任务，必须具备以下知识：①键联接的类型、特点及应用；②键联接的选用方法；③剪切变形及强度计算；④键联接的强度验算。而要掌握这些知识，必须学习“连接”相关章节的知识。

三、结语

为提高《机械设计基础》的教学效果，提高学生学习该门课程的兴趣和积极性，本文在理论教学环节提出了模块化任务驱动式教学方法，并以三个模块为例详细论述了该方法的具体实施过程。

笔者已连续两年在本校的非机械类工科专业开设的《机械设计基础》课程的理论教学中采用了模块化任务驱动式教学方法，实践证明采用该方法后，学生学习该门课程的兴趣及教学效果都有了明显提高，从而证明该教学方法更有助于促进机构与零件的相互融合，更符合实际情况，更有助于学生将各个知识点联系起来，从而更好地学习和掌握该门课程。

参考文献：

[1]杨可祯，程光蕴，李仲生.机械设计基础[M].北京：高等教学出版社，2006.

[2]严桂英.课程设计采用机构创新设计的探讨[J].装备制造技术，2007，（7）：155-156.

Abstract："Mechanical design foundation" is an important technology basic course for the engineering professional in the institutions of higher learning，this paper puts forward the modularization and the task-driven teaching method in the theoretical teaching，and discusses its specific implementation process in detail.

Key words：the modularization teaching method；the task-driven teaching method；the theoretical teaching