通过知识模块关系罗织提高包装工程专业教学效果研究

■ 文/上海理工大学 许旭萍，陈景华，曾台英，于跃飞

一、知识模块关系罗织法在课堂教学中的作用

在当今信息化飞速发展的形势下，学生的课堂注意力早已不是多年前的状况了。在每个学生手持一部可提供大量的数字学习资源的手机的课堂上，还想抓住学生的注意力，已经不太容易了。即便是课堂上强行集中管制手机也并不会改变多少。学生课外所感受到的有趣信息，迫使他们难以在课堂上始终集中精力听教师授课。这是国内外课堂教学所面临的共同挑战。因此国内外都在积极开展适应当前学生的教学方法研究与探索。

课堂教学具有巨大的灵活空间，顺序介绍还是逆序介绍、跳跃穿插还是并行穿插、充分说明还是有限点破等等，都是教师可以自主编排的。这种编排，权且称之为知识模块关系罗织，是对唤醒学生群体注意力、启发学生认真独立思考等有很大作用的。

教学方法改革是实现专业教学向能力本位转变的迫切需要。传统的以教师为中心的讲授法、应试式教育已不符合时代的发展。在以往教学经验总结的基础上，立足当前教育发展的有关要求，尝试采用知识模块关系罗织法提高教学效果，有利于培养学生的综合素质和教师专业发展，有利于构建包装工程课程体系的完善。

二、授课过程中知识模块关系罗织法策划

本人授课的对象是包装工程（包装自动化方向）专业的学生，该专业的培养目标是要求学生适应社会和科技发展需要，富有工程能力、创新思维和国际视野，能够基于包装工程基础知识、专业知识和专业实践技能，运用现代工程软件和信息技术工具，进行包装工程问题研究、包装设备与工艺优化、包装机械设计与制造、包装生产与管理。

包装工程（包装自动化方向）专业的主要学科基础课程和专业课程有：工程制图、计算机辅助设计、公差与技术测量、机械设计基础、机械工程材料、机械制造基础、包装机械、印包机械控制、包装工艺、包装测试、数控技术基础、包装机构拆装与测绘、三维动画制作实践、三维工程软件实践等。

本人讲授的课程有三门学科基础理论课程：工程制图、计算机辅助设计、公差与技术测量；一门实践类课程：三维动画制作实践（安排在暑假短学期进行）。在教学中以工程制图和公差与技术测量这两门课为主线，结合后继与包装机械相关的专业课程将教学分成四个知识模块。

知识模块一，是基于正投影理论的组合体的绘图和读图。知识模块二，是标准件常用件、零件图和装配图。知识模块三，是计算机辅助设计学习与应用。知识模块四，是机械零件几何精度设计与应用。运用知识模块关系罗织教学的相关课程见表1。

表1 运用知识模块关系罗织教学的相关课程

三、授课过程中知识模块关系罗织法的具体实施

（一）知识模块一：基于正投影理论的组合体的绘图和读图的教学

知识模块一的教学内容是“工程制图”课程中第一章至第七章和“计算机辅助设计”、“三维动画制作实践”课程中的绘图软件演示；教学方式采用课堂讲解与课后答疑辅导相结合；教学目标要求学生掌握正投影的作图方法进行组合体三视图的画图读图、掌握截交线和相贯线的画法、剖视图和断面图的画法。

“工程制图”授课对象的是大一新生，在绪论中结合本专业的“包装机械”课程中的实例来讲解工程制图课程的目的任务。首先给学生观看饮料灌装机生产流水线的视频，然后简单讲解饮料灌装机装配结构图，并选取其中的分配器圆盘零件用计算机绘图软件AutoCAD演示其零件图的画法。这种结合包装专业实例来强调“工程制图”课的重要性，比较受学生欢迎。

在讲课内容的安排上不再是按部就班采用教材的顺序，而是从实际应用的角度简化投影变换和画法几何，重点放在组合体的三视图、截交线相贯线的表达、剖视图的讲授。

在课后答疑辅导中了解到相当一部分学生对组合体有相贯结构的剖视图画法不容易掌握，于是本人就及时调整教学方法，适当地进行多讲多练习，并在课堂上用三维动画软件3dmax绘制三维立体图和动态剖切效果图作为讲课辅助教学措施帮助学生建立空间想象力，搞清楚组合体的形体结构和三视图的绘制。

另外根据学生交上来的作业，归纳出现的错误，增加习题课，在黑板上手工画图，边画边讲解，由此获得了较好的教学效果。

（二）知识模块二：标准件常用件、零件图和装配图的教学

模块二的教学内容是“工程制图”课程中第十章标准件与常用件，第十一章零件图和第十二章装配图。讲课不再按照教材的章节顺序，而是结合后继课程“机械设计基础”相关知识来展开，将标准件常用件、零件图和装配图这三章的内容穿插结合在一起来讲授。标准件常用件主要包括螺纹、滚动轴承、键和销，齿轮。

鉴于学生是大一新生，对这部分教学，先介绍“机械设计基础”课程中的基础知识，让学生简单了解实际生产中机械设计、机械加工工艺的内容。在螺纹的讲授中，通过多媒体视频讲解内外螺纹的加工，螺栓螺柱螺母垫圈的联接使用，帮助学生掌握螺纹的五个主要参数（螺纹直径、螺距、旋向、线数和导程）含义及查阅国家标准的方法。在讲解螺纹联接图时先将第十二章装配图的规定表达方法挪过来先介绍，然后结合螺栓螺柱螺母垫圈的三维组装动画视频，以帮助学生理解并掌握螺纹联接图的画法。

对于滚动轴承、键和齿轮部分的教学，通过“机械设计基础”课程中齿轮减速器的三维实物组装图，介绍齿轮啮合传动的工作原理，由此帮助学生了解滚动轴承、键和齿轮的结构形状以及功用。例如，要让学生掌握的知识要点是：在轴、键和齿轮的结构中，轴带动齿轮一起旋转是通过键来完成的，键起到了传递扭矩的作用，滚动轴承起到了支撑的作用，当所需传递的扭矩越大，则轴的直径、键的尺寸、滚动轴承的尺寸和齿轮尺寸也相应需大些，具体的尺寸确定需要通过受力分析计算和材料的强度计算等，并告诉学生这些计算会在后继相关专业课中学习。

绘制轴和齿轮的零件图时，要求学生注意的是，键和滚动轴承是标准件，与键和滚动轴承有装配关系的零件（如：齿轮、轴，机架等）相关的尺寸大小和尺寸公差就不能随便乱定，而必须查阅国家标准来确定轴的键槽尺寸和齿轮轮毂的键槽尺寸、齿轮中心孔直径、轴的直径、滚动轴承尺寸等，并根据扭矩的大小查阅相关设计手册确定尺寸公差配合代号及上下偏差。

最后给学生布置一个综合大作业，绘制“齿轮轴承装配轴系”工作图，该轴系包含有齿轮、键、滚动轴承、螺纹、螺母垫圈的装配轴系，要求学生去购买标准的图纸手工画出除了标准件以外的每个零件的正规零件图，同时也画出该装配轴系的装配图。而零件图中相关零件的几何精度（即尺寸公差、形位公差和表面粗糙度）的选择及标注，先让学生按照老师给出的要求在图纸中标注，其进一步的几何精度设计知识点安排在知识模块三中介绍。

另外，综合作业中要求学生掌握正规的零件图和装配图的概念，让学生掌握根据制图国家标准，正规的零件图包含的四个内容有：一组零件几何形状图，尺寸标注，零件几何精度标注及加工技术要求、标题栏填写。正规的装配图包含的四个内容有：一组零件装配结构图，尺寸标注（即性能规格尺寸、装配位置及孔轴装配尺寸、安装尺寸、外形尺寸），装配技术要求、明细表标题栏填写。

（三）知识模块三：计算机辅助设计的教学

AutoCAD是计算机辅助设计的基础之一，掌握AutoCAD是工科大学生必备的技能。知识模块三的教学目标是掌握AutoCAD的基本知识和基本操作，熟练应用绘图命令和编辑命令绘制机械零件图并进行尺寸公差、形位公差、表面粗糙度的标注和文字注释；同时掌握绘制装配图的方法。

实际教学中与“工程制图”、“公差与技术测量”、“包装机构拆装与测绘”相结合，在上机操作绘图训练中，尽可能多地选择一些“工程制图”课程中学生曾经手工画过的机械图，学生在已经读懂图的基础上用AutoCAD来绘图可以快速有效地掌握AutoCAD的绘图命令和编辑命令和相应的绘图技巧。

另外适当选取“包装机构拆装与测绘”课程的典型包装机构中的部分零件，在课堂中边分析其结构功用特点，边作绘图演示操作，这样可以为学生在后继专业课中能看懂包装机械图打下基础。

在综合实例绘图操作训练中，选取知识模块二中的学生已经手工画过图的“齿轮轴承装配轴系”。首先，根据制图国家标准“图纸规格”，讲解在AutoCAD软件系统中创建图纸模板的方法，要求学生将零件图和装配图绘制在国标规定的图纸模板中。然后将“公差与技术测量”课程中的“用类比法设计零件的几何精度”这一教学内容挪过来，选取“齿轮轴承装配轴系”中的齿轮零件为实例，讲解几何精度（尺寸公差、形位公差和表面粗糙度）的设计选取方法。齿轮本身的精度等级需要根据齿轮的旋转速度用类比法查机械设计手册来确定，然后以该齿轮精度等级查阅“齿坯公差表”来确定齿轮中心孔和齿顶圆的尺寸公差等级、齿轮齿顶圆相对于中心孔轴线的径向圆跳动、齿轮端面相对于中心孔轴线的端面圆跳动等；齿轮的表面粗糙度数值需要根据齿轮精度和齿轮模数来查表确定。应该对齿轮的齿顶圆直径和中心孔的孔径提尺寸提出公差要求，齿顶圆直径的尺寸公差一般选择基轴制，其上下偏差值需查极限配合偏差表来确定；由于齿轮装在轴上通过键联结来传动，则中心孔与轴的尺寸配合代号用类比法查阅尺寸公差配合表，选择基孔制较松的过渡配合，其上下偏差值需查极限配合偏差表来确定；齿轮轮毂键槽宽度的尺寸公差和键槽的对称面相对于齿轮中心孔轴线的对称度公差，需要分别查阅“键”相关的设计手册和形位公差表来确定。将这个齿轮的几何精度设计方法讲完后，马上安排在机房让学生边听老师讲解操作边跟着老师一起在电脑上操作绘制完整的齿轮零件图，操作演示中重点讲解零件几何线性尺寸、尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的标注方法和技巧。

有关这些零件几何精度设计的方法，在本模块中只要求学生大致了解，其目的是为了让学生知晓几何精度设计及标注在零件图中的重要性，在理解的基础上更快速有效地掌握尺寸公差、形位公差、表面粗糙度的标注方法。而完整系统的几何精度设计的方法将会安排在知识模块四中进一步学习。

通过综合实例绘图操作训练，使学生能绘制完整正规的零件图和装配图，熟练掌握线性尺寸标注技巧，了解尺寸公差、形位公差、表面粗糙度的含义并掌握在图样上的标注方法。

本知识模块全程安排中机房讲课，学生可以边听老师讲解边跟着老师一起在电脑上操作。学生有疑问或操作方法技巧没有跟上的，老师够也可以现场进行解读和辅导。

（四）知识模块四：机械零件几何精度设计与应用的教学

知识模块四是以“公差与技术测量”这门课程为主线，结合“工程制图”、“计算机辅助设计”、“包装机械”和“包装机构拆装与测绘”课程来展开的。“公差与技术测量”课程，其内容源于国家标准, 与生产实际密切相连。机械零件几何精度主要包括尺寸公差、形状位置公差和表面粗糙度。本模块主要讲解机械零件几何精度设计与应用的相关理论和方法，几何精度的设计原则与选用方法，常用几何量检测及数据处理方法，相关仪器检测工具的使用。

由于工程制图课程学时数少内容多，在模块三中讲授的第十一章零件图时重点只讲解绘制方法，零件图中的尺寸公差、形状位置公差和表面粗糙度标注的教学内容挪到本模块进行详细讲解。实例讲解除了常用典型机械零件外，还专门讲解包装机构的部分零件。

例如：讲课中选择“包装机械”课程中饮料灌装机的星形拨轮机构供送装置，根据星型拨轮机构的工作原理及其各个零件装配位置关系来分析其零件的几何精度选用方法，要确保饮料灌装机在传送饮料瓶到达正确的工位进行饮料罐装，则星型拨轮机构供送装置中的主要零件（如：主轴、星型拨轮、拨轮盘）几何精度的设计尤为重要。例如：主轴零件的尺寸公差可用类比法查表，精度应不低于IT6级，需要对主轴的轴线提出直线度的形位公差要求；对星型拨轮零件，其上下两个面应提出平面度的形位公差要求，星型拨轮的每一个曲线孔位相对于中心孔应有位置度的形位公差要求；对于零件拨轮盘，其内孔轴线需要有直线度的形位公差要求，两端的环口轴线相对于内孔轴线需要有同轴度的形位公差要求等等。同时，在课堂上详细讲解如何查阅国家标准规定的“尺寸公差、形状位置公差和表面粗糙度”相关表格来选取公差数值。经反馈调查，这样的教学方法大大提高了学生的学习兴趣，也为后继课程“包装机械”、“包装机构拆装与测绘”做好基础知识的铺垫，有效地促进学生掌握专业知识。

四、结语

课堂教学重要支撑之一是教材、参考书等具有既成格式的材料。既成格式的书面材料特点，是通过循序渐进而推出系统性的内容，这对于潜心专注人员的自觉阅读是有利的。但作为现代课堂教学，为积极调动学生的注意力，则不一定要按照既成格式书面材料的前后顺序实施。所尝试采用的知识模块关系罗织法，立足教学基本要求，借鉴讲座与演说引导听众的技巧，通过采用设问、倒述、解包袱、因果衔接等方式，有机地罗织知识模块之间的关联，可显著改善专业技术课程教学的氛围，便于学生对知识模块的整体性接收。同时，也激发了学生的系统性关注兴趣，课后主动对不同相关课程的教材以及不同的章节作有关回溯阅读，提高教学效果。