《機械設計基礎》模塊化任務驅動式教學方法研究

巴文蘭+任寧

摘要：《機械設計基礎》是高等學校工科專業的一門重要的技術基礎課，本文提出在理論教學環節采用模塊化任務驅動式教學方法，并對該方法的具體實施過程進行了詳細論述。

關鍵詞：模塊化教學方法；任務驅動式教學方法；理論教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）14-0198-02

一、引言

《機械設計基礎》是高等學校工科各專業的一門重要的技術基礎課，通過該課程的理論學習和實驗、課程設計等教學實踐，可使學生初步具備運用手冊設計簡單機械傳動裝置的能力，為日后從事技術革新創造條件。

本文提出在理論教學環節采用模塊化任務驅動式教學方法，以提高非機類工科專業的大學生學習《機械設計基礎》課程的興趣和積極性，從而提高本門課程的教學效果。

二、模塊化任務驅動式教學方法

《機械設計基礎》的理論教學部分主要研究機械中的常用機構和通用零件的工作原理、基本的設計理論和計算方法。目前絕大多數教材采用的是先介紹機械原理（即常用機構）、后介紹機械設計（即通用零件）的編制方案，因此教師一般也按照先介紹平面機構、凸輪機構和齒輪機構等常用機構，然后介紹通用零件如齒輪、帶、軸等通用零件的教學安排來講授該課程。但機構本身是由零件組成的，且機構與零件是相互聯系、相互交叉、不可分割的，人為地把機構與零件分開來講授缺乏連貫性，不利于學生更好地掌握該課程。

本文提出了一種更符合教學規律的模塊化任務驅動式教學方法，即把本門課程需要講授的相關內容分成，每一模塊由相關任務組成，通過任務驅動的方式完成各個模塊的學習任務。在具體講授每個任務時，首先通過具體案例引出相關的設計任務；然后對設計任務進行分析分解，指出為了完成該任務必須解決相關問題，從而引出相關的學習內容；最后在講授完相關的教學內容后，指導并要求學生根據相關要求完成一個具體的設計任務，從而形成完整的教學過程。最終，通過學習每一模塊及每一模塊中的相關任務，把機械原理和機械設計相關知識有機地統一起來。

下面以其中三個模塊為例，詳細論述該方法的具體實施過程。

（一）“常用機構的設計”模塊的實施過程

第一個模塊為“常用機構的設計”，該模塊把連桿機構和凸輪機構歸為一個整體，具體包括“平面機構的自由度和速度分析”和“凸輪機構”三個章節的相關內容。該模塊由兩個任務組成：平面四桿機構的設計和凸輪機構的設計。

在講授第一個任務時，首先通過“焊接夾具”和“公交車門啟閉機構”相關圖片和視頻的介紹，說明這些機構都是采用平面四桿機構的工作原理工作的，并引出這次任務是設計在生產生活實際中使用的平面四桿機構；接著對如何完成該任務進行分析和分解，即為了完成該任務，必須首先解決如下問題：①平面連桿機構有哪些類型？②各種不同類型的平面連桿機構在生產生活實際中有哪些應用？③它們有什么特點？④又怎樣進行設計？指出為了回答上述問題，并完成平面四桿機構的設計任務，必須學習“平面機構的自由度和速度分析”和“平面連桿機構”相關章節的內容；最后，在講授完相關的教學內容后，指導并要求學生完成焊接夾具的設計，要求給出具體的設計方案和設計計算過程。

第二個任務是按照預定要求設計凸輪機構。通過內燃機配氣機構和自動車床上的走刀機構等與凸輪機構有關的圖片和視頻信息，指出凸輪機構是機械中的一種常用機構，因其能實現預定的運動規律而在自動化和半自動化機械中得到廣泛應用，從而引出本次任務；接著指出凸輪機構有不同的類型，要想完成設計任務必須首先明確我們要設計的是哪種類型的凸輪機構？其有什么樣的運動規律？怎樣設計凸輪機構？為了回答以上問題，必須學習“凸輪機構”相關章節的內容；最后學習完相關知識后，指導學生完成內燃機配氣機構中凸輪機構的設計。

（二）“齒輪傳動的設計計算”模塊的實施過程

把齒輪機構、輪系、齒輪傳動和蝸桿傳動歸為“齒輪傳動的設計計算”模塊，該模塊包括三個任務：認識齒輪傳動、設計齒輪傳動和齒輪系傳動比的計算。

第一個任務是認識在生產生活實踐中使用的齒輪傳動。首先通過機械式手表、一級直齒圓柱齒輪減速器、卷揚機等圖片闡明齒輪傳動是現代機械設備中應用最廣泛的一種機械傳動；接下來分析常用的齒輪傳動有很多類型，但具體有哪些類型？各自有什么特點？在生產生活實際中有哪些應用？什么是標準齒輪？兩個漸開線標準直齒圓柱齒輪配對使用應滿足哪些條件？漸開線標準直齒圓柱齒輪的幾何尺寸如何計算？要想回答這些問題，必須學習“齒輪機構”相關章節的內容；最后學習完相關知識后，通過計算一個漸開線標準直齒圓柱齒輪的幾何尺寸完成本次任務。

第二個任務是根據實際需要設計齒輪傳動。首先通過圓錐齒輪換向器、斜齒輪變速器、手動蝸桿卷揚機的圖片介紹指出在工程實際中，不僅應用直齒圓柱齒輪傳動，斜齒圓柱齒輪傳動、圓錐齒輪傳動、蝸桿傳動以及輪系的應用也很廣泛；那么，它們各自有什么特點？在生產生活實際中有哪些應用？漸開線標準直齒圓柱齒輪傳動如何設計？提出必須學習“齒輪傳動”和“蝸桿傳動”的相關知識才能回答以上問題；最后，學習完相關知識后要求學生設計一單級閉式直齒圓柱齒輪傳動，從而完成本次任務。

第三個任務是熟悉輪系在生產生活實際中的使用，并完成一行星輪系傳動比的計算。首先，通過圖片分析轎車變速器的輪系、行星齒輪減速器，說明在機械傳動中僅由一對齒輪組成的齒輪機構往往滿足不了工作需要，采常用齒輪系來滿足使用要求；那么，輪系有哪些類型？能完成哪些功能？怎樣計算傳動比？指出在學習了“輪系”相關章節的知識后，不僅能回答以上問題，還能完成計算輪系傳動比計算的任務；最后學習完相關知識后，要求學生完成一行星減速裝置的傳動比計算。

（三）“常用連接的選用”模塊的實施過程

“常用連接的選用”模塊由兩個任務組成：螺紋聯接的選用和鍵聯接的選用，具體內容為“連接”章節的相關知識。

第一個任務是完成螺紋聯接的選用工作。首先，通過一減速器說明減速器的下上箱體、軸承蓋與箱體、視孔蓋與箱體的連接采用的都是螺紋聯接，且螺紋聯接具有結構簡單、連接可靠、裝拆方便等優點，指出本次任務是掌握如何合理選用螺紋聯接；接著分析螺紋聯接在生產實踐中有著廣泛的應用，那么螺紋是怎樣形成的？它的主要參數有哪些？常用的螺紋聯接有哪些常用類型？在使用過程中如何對其進行預緊和防松？指出在學習了“連接”相關章節的知識后，不僅能回答以上問題，還能完成減速器中螺栓和螺釘的選用；最后學習完相關知識后，要求學生完成減速器中螺栓和螺釘的選用工作，為后敘課程設計中減速器的設計打下基礎。

第二個任務是完成鍵聯接的選用工作。首先分析齒輪與軸通過鍵聯接，指出機器中通常要把旋轉件與軸連接到一起，使其以同一轉速轉動，這就要用到軸轂連接件---鍵；接下來提出要根據機器中載荷要求來完成選用鍵聯接的任務，必須具備以下知識：①鍵聯接的類型、特點及應用；②鍵聯接的選用方法；③剪切變形及強度計算；④鍵聯接的強度驗算。而要掌握這些知識，必須學習“連接”相關章節的知識。

三、結語

為提高《機械設計基礎》的教學效果，提高學生學習該門課程的興趣和積極性，本文在理論教學環節提出了模塊化任務驅動式教學方法，并以三個模塊為例詳細論述了該方法的具體實施過程。

筆者已連續兩年在本校的非機械類工科專業開設的《機械設計基礎》課程的理論教學中采用了模塊化任務驅動式教學方法，實踐證明采用該方法后，學生學習該門課程的興趣及教學效果都有了明顯提高，從而證明該教學方法更有助于促進機構與零件的相互融合，更符合實際情況，更有助于學生將各個知識點聯系起來，從而更好地學習和掌握該門課程。

參考文獻：

[1]楊可禎，程光蘊，李仲生.機械設計基礎[M].北京：高等教學出版社，2006.

[2]嚴桂英.課程設計采用機構創新設計的探討[J].裝備制造技術，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