機械專業教學中知識可視化應用模式

程大泉 邢清桂

（河北機車技師學院 河北唐山 064000）

機械專業教學中知識可視化應用模式

程大泉 邢清桂

（河北機車技師學院 河北唐山 064000）

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

機械專業教學 知識可視化應用模式

引言

知識可視化作為可視化領域發展的衍生領域，與可視化有著密不可分的關系，通過將知識可視化整合至機械專業教學，能夠幫助學生更好的梳理和自主構建各類可視化信息與知識，幫助學習者跟上時代發展的腳步，這符合了機械專業培養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建、傳達和表示復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、記憶和應用知識。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，職業教育知識可視化進入一個新的發展階段，實施知識可視化教學是當前職業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）根據奧蘇伯爾的有意義學習理論提出的根據諾瓦克教授的概念圖模型，關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，以強調概念間的關系。從關鍵概念到一般概念、具體概念，呈現出了概念間的層級關系。[2]

2．思維導圖

思維導圖又叫心智圖，是表達發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，各級主題的關系用相互包含的層級圖表現，形成一種樹狀思維。思維導圖充分運用左右腦的機能，利用記憶、閱讀、思維的規律，協助人們在科學與藝術、邏輯與想象之間平衡發展，從而開啟人類大腦。

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

3．教學視頻

教學視頻主要是將知識采用動態的、交互的可視化技術，以影像的形式將知識呈現出來。它通過運用具體的形知識表現出來，畫面極具感染力、表現力，它具備直觀、形象的特點，用來表現客觀事物和創作者的主觀世界，或是全方面記錄一系列連貫的操作步驟、動作技能。它最大的特點和優勢就是直觀性，在教學當中早己廣泛應用。而隨著科技的不斷發展，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，能夠實現學習者與教學內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、機械基礎教學中思維可視化技術的應用

1．建立機械基礎課程內容體系的思維導圖

本文應用可視化技術建立機械基礎課程的思維導圖，實現課程知識結構圖像化。例如，在講授標準齒輪的幾何尺寸計算內容時，出現大量齒輪幾何參數名稱及尺寸計算公式，學生往往感到參數繁多，公式難以掌握。按照多向思維，從徑向和周向兩個方向對齒輪參數和尺寸進行分類，可以使問題簡化，并建立齒輪機構幾何參數和尺寸思維導圖。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，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）、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，多出一對相切節圓和一條嚙合線。因此，沿徑向方向多了節圓直徑（和半徑）、中心距，沿周向方向多了節圓的齒距（或周節）、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．基于思維導圖的機械設計、改進思維訓練

思維導圖符合人腦的思維模式，有利于發散思維的展開，可以有效地引導設計者的思考順利進行。在機械設計、改進過程中，借助思維導圖描述幫助創新思維的深入展開。例如，在減速箱的設計過程中，讓學生把設計步驟、參數和結構按照工程邏輯用思維導圖表示出來，一邊設計思考一邊做思維導圖，可以輔助設計過程順利完成。機械類專業教學中，應用思維導圖可以培養學生的工程邏輯思維和創造性思維。

結語

知識可視化有著實用機器不可替代的作用，即經濟又安全，好的資源能實現更多的現實機器無法取代的功能，如迅速的裝拆、內部結構的展示、機械的結構簡圖組成、工作原理的體現等，各個學校應重視這一技術，實現資源的建立與共享。當然，教學的方式多樣，也不能因知識可視化就忽視傳統教學、技能教學的優勢，我們應該有機地融合各類教學方法的優點，選擇最優的教學手段和方法，實現職業教育的春天。

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

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