信息化課堂教學中︽機械設計基礎︾課程的教學設計
—— 以定軸輪系傳動比的計算為例

江西省冶金技師學院機電工程系 劉秀梅 丁宇寧

課程依據紡織企業技術改造實際要求，合理選取項目教學案例，利用信息化教學手段進行課程教學方案設計，教學中將案例、教學平臺、仿真動畫等信息化資源進行有效整合，借助網絡教學平臺實現過程性數據采集，全程記錄學生的學習痕跡，反饋學生的思維能力。

一、信息化教學介紹

信息化教學是指以現代教學理念為指導，以信息技術為支持，應用現代教學方法的教學。在信息化教學中，要求課堂教學觀念、組織、內容、模式、技術、評價等一系列因素信息化（張一春.教師教育技術能力建構——信息化環境下的教師專業發展[M].南京:南京師范大學出版社,2007）。

信息化教學整個過程以學生為中心，學生在探究課題的引導下自主的進行探究，教師在課堂學習過程中起組織者和引導者的作用，學生在掌握知識內容的同時，培養創新精神和實踐能力（余勝泉.信息技術與課程整合——網絡時代的教學模式與方法[M].上海教育出版社,2004）。

二、學情分析與教材處理

《機械設計基礎》是高職機械制造與自動化專業學生必修的一門專業基礎課，其中“定軸輪系傳動比的計算”是課程第七章“齒輪系和減速器”前2節的重要內容。依據教學標準，確定課程的教學重點為定軸輪系傳動比的計算方法；教學難點為定軸輪系轉向判定。

根據崗位技能相關要求，在教學過程中既教會學生齒輪系傳動比的計算，又要著重培養學生空間邏輯思維能力和實際動手能力，因此在教材內容基礎上增加了渦輪蝸桿轉向判定法則內容，在課堂實施中還加強對學生空間思維和動手實踐能力的培養。

教學對象為機械制造與自動化專業高職二年級的學生，具有一定CAD繪圖基礎，對信息化學習方式比較感興趣，課前已經學習了齒輪傳動基礎知識，了解直齒齒輪、錐齒輪、蝸桿齒輪傳動的特點和基本過程，但是學生還沒有接觸到多級齒輪傳動，不會齒輪系傳動比分析計算，對齒輪系轉向判別尤其是空間輪系轉向判別不清晰。掌握本次課內容也將為以后更好理解行星輪系傳動比計算打下基礎。2015年的教學調查結果顯示，采用傳統教學方法講授本節課，85%以上學生難以掌握空間齒輪系轉向判別內容，接近50%的學生不能正確給出定軸輪系傳動比計算結果。

三、課程教學方案設計思路

在傳統教學中，教師難以通過課堂教學讓學生了解空間齒輪系傳動過程和齒輪轉向，教學效果難測。結合信息化教學手段，整合教學內容，充分采用案例教學法實施項目化教學，為此教師將案例分析、超星泛雅網絡教學平臺、運動仿真動畫、習題測試、FLASH游戲等信息化資源進行有效整合，學生可隨時隨地登錄平臺進行自主學習。

課程教學設計應從學生課前自主學習，課中合作探究，課后深化拓展三個方面進行考慮。

（一）課前學習

課前教師走訪紡織企業技術員工，了解企業崗位實際需求，根據企業生成實際要求制定教學任務和案例，利用超星泛雅網絡教學平臺推送課程電子教案和動畫資源，推送問卷調查；發布任務通知，組織學生進行課前預習。

課前發布任務通知，組織學生利用手機登錄教學平臺，完成問卷調查，同時嘗試課前“試一試”習題的計算，教師可通過教學平臺了解學生預習后對知識的掌握情況。平臺統計結果顯示，有近80%學生對齒輪系傳動過程比較清楚，有近90%的學生無法計算出多級齒輪系傳動比最終結果。

（二）課中學習

課堂為激發學生學習興趣，教師可播放一段機械企業生產工作視頻，讓學生體會齒輪系在機械中的重要性，再以紡織廠細紗機為例，說明細紗機設備牽伸機構主要是由齒輪系組成，合理設計和更改齒輪傳動比改變牽伸倍數，使牽伸速度、捻度達到紡紗工藝要求，從而引入齒輪系傳動比計算課題。

接著推送兩組齒輪嚙合仿真動畫視頻，通過改變主動和從動齒輪齒輪的大小，學生觀察輸出轉速的變化，讓學生初步認識傳動比作用，根據定義推導出一對齒輪嚙合傳動比計算公式，學生動手拆裝齒輪泵實物，并根據輸入軸的轉速計算出齒輪泵輸出軸的轉速，將結果上傳至教學平臺。

針對本課重點，可充分運用仿真動畫進行現場展示，讓學生直觀感受傳動過程，解決課堂教具短缺、傳動部件難以拆裝問題。學生觀看二級減速器傳動仿真動畫時進行討論，每組派成員上臺講解傳動過程，完成二級減速器傳動比計算，最后完成課堂測試。教師及 時延伸拓展，推導出多級齒輪系傳動比計算公式，對公式中“+、-”符號意義進行講解，同時通過二級減速器案例引出惰輪作用是改變傳動方向。

傳動比計算拓展模塊教學設計理念是學生利用交互式三維設計軟件進行齒輪傳動比設計更改，學生現場設置軟件參數，增加和減少齒輪齒數，實現齒輪傳動比改變，以深刻領會影響定軸輪系傳動比主要因素。依據實際任務，學生在Inventor軟件上完成多級齒輪傳動比設計沖關游戲，在給定齒輪模型的基礎下，對多個齒輪進行選擇、組合，完成多級傳動齒輪的傳動設計，使之符合設計要求。

針對本課程的難點，為了不讓課堂授課陷入說教模式，教師設計類型分析、匹配游戲、能力提升三個教學環節。在齒輪轉向類型分析教學環節，采用FLASH展示不同齒輪副機構立體圖、結構簡圖和轉向表示方法，學生自己動手進行繪制和標注；為了提升學生的三維空間想象能力，加強學生對齒輪系整體與局部之間的聯系理解，學生完成二維簡圖與三維圖的匹配游戲練習；能力提升環節主要訓練學生空間思維能力，學生根據復雜齒輪系傳動結構簡圖標出每個齒輪轉向，根據推送的空間輪系三維圖，學生進行修改，最后學生通過輪系仿真動畫演示轉動方向得出正確結果。

結合紡織企業技術設計改造實際案例，按照設計要求，學生完成齒輪傳動比設計與轉向判定，求出輸出軸轉速。讓每組學生把計算結果和過程上傳至學習平臺，讓最快完成的二組把結果上傳到學習平臺，教師進行點評。

最后總結回顧，教師根據課前課中的數據統計，對學生表現進行總結點評，形成客觀的多元化評價結果。

（三）課后學習

課后教師發布拓展教學資源，根據課中測試數據結果分析，有針對性在教學平臺上推送作業題。借助平臺學生可以查看和完成作業，教師對學生課后作業完成情況進行跟蹤，并錄入作業測試成績，利用數據智能分析與評估系統評估學生知識掌握情況，以便進一步優化教學設計。

四、總結

本單元教學內容以信息技術為支撐，使教學內容由枯燥變生動，充分調動學習的積極性，引導學生自主學習。利用信息化手段，每個學生參與問卷調查、游戲、測試、討論等教學過程，師生互動了多次，而傳統教學只有一兩次，有效提升了學生的參與度；同時根據課堂數據的實時反饋，學生在掌握傳動比計算中由課前的10%會計算，到課程結束后95%會計算；80%的學生表示掌握了齒輪系傳動轉向的判別方法，而利用傳統手段只有20%能掌握該內容。這充分說明，信息化教學有效解決了課堂教學學生對齒輪系轉向判定難題，提高了學生計算傳動比能力。