基于螺旋的机械基础课程内容结构重构

　　刘艳红李颖贾哲
　　摘要：本文在分析了目前士官院校机械基础课程教学现状的基础上，提出了采用螺旋课程编制理论对机械基础课程内容进行重组，依据螺旋课程理论构建新的机械基础课程内容结构体系，并总结了新内容结构的优点。
　　关键词：机械基础螺旋课程内容体系
　　螺旋式课程是由美国著名教育家、认知心理学家布鲁纳提出的，它是指课程内容的编排采用螺旋式的反复上升，随着学生的认知思维的发展，不断将这些概念和原理进行深化和拓展。目前，我国许多院校都在进行新一轮的教学改革，本次教学改革的指导思想就是改进学生的学习方式和教师的教学方式，培养学生的创新意识和创新能力。教材对学习方式和教学方式都具有引导作用，编写教材应当遵循学生的认知规律、努力为学生创造自主探究、合作交流的空间，为教师营造教学创新的环境。要达到这一目的，教材编写应坚持螺旋上升的原则。既要在教学内容的深度、广度上做到螺旋上升，同时也应当在知识的呈现方式上做到螺旋上升。机械基础课是笔者学校机械类专业必修的主干课程，在笔者学校现行体系中包括机械识图和机械基础两门课程，是学员最早接触的专业基础课程。两门课程内容相互关联，比如机械识图课程中广泛接触的零部件是机械基础课程中研究的对象；虽然内容相互关联，但两门课程自成体系，相互独立，这样就导致学员所学知识点分散，不能很好实现前后知识点之间的联系，而有些内容又因为前后重复而浪费学时。如果只在原课程的框架下进行改革，也只能是对课程的教学方法和教学手段进行改进，诸多问题无法解决，必须打破原有的框架结构，实现课程之间的融合，才能使教学内容前后连贯，知识结构更加紧凑，教学效果更加明显。因此，笔者学校开展了采用螺旋式课程理论对机械基础课程内容进行重构的改革探索。一、机械基础课教学现状
　　机械识图与机械基础课作为笔者学校机械类专业的专业基础课，起到了非常重要的专业支撑作用。但纵观学员的学习情况来看，效果不是很理想。究其原因，主要有以下幾个方面。
　　1。课程设置问题
　　机械识图和机械基础目前是两门独立的课程，两门课程虽然安排在同一学期开课，但内容大都是串联关系，直线推进，少部分内容重复排列，比如：机械识图中讲螺纹的画法内容时，会先讲螺纹的形成、参数、种类等问题；在后续的机械基础课程中，讲授螺纹连接件的拆卸时，上述内容又会出现，但学员已经忘了，就需要教员重新再讲，因此就有内容的重复。这就导致多用时间，在目前，学时少内容多的情况下，对教员的压力就更大。
　　2。学员对机械零件的认知有限
　　机械识图是学员入学以后学习的第一门专业基础课，通过了解，很多学员对机械零部件了解接触的甚少，更不具备对机械制造方面的任何知识，不懂什么是设计要求，工作位置等，但机械识图课却要求他们绘图并阅读记录了全部信息的零件图和装配图，因此，学员会感到有一定难度，也不符合学员的认知规律。
　　3。士官学员个人文化水平有限
　　士官学员普遍文化水平较低、学习能力和接受能力偏差，直接影响了教学进度，使教员处于一种赶进度的状态中。机械基础和机械识图是重要的专业基础课，其教学效果直接影响后续专业课的学习，同时也为后续的任职岗位打下坚实的基础，因此，结合学员的认知规律，对机械基础和机械识图内容结构进行重组是十分重要的。二、机械基础课教学内容重构
　　螺旋形课程就是针对学习者的接受能力，按照繁简、深浅、难易的程度使教材内容的某些基本概念和基本原理重复出现，逐渐扩展，螺旋上升。螺旋式是阶段性、连续性和发展性的体现，符合学生的认知特点。依据螺旋形课程编制理论，结合士官特点，立足岗位任职及专业需求，对机械基础课程的内容体系进行重新整合，以认知零件为主线，形成了三个相互关联融合的教学模块，构成一个完整的内容结构，同时新课程名称定为机械基础及识图，课程内容结构如图所示。
　　新体系以认知零件为主线，分为三个模块，分别为机械认知、识图基础和机械基础及识图。针对学员对机械零部件了解和接触很少这种实际情况，笔者学校在课程的一开始增加了机械认知实践课，即第一模块机械认知，通过参观工厂或车间，结合现场、实物讲解和观看录像片等，概括介绍机械的组成、机械制造的基本过程以及对常用零部件及机器的认知，并对机械识图和机械基础建立起一定的实感，具有一些初步认识，同时受到工程意识的教育。这种方法具体、直观，符合学员的认知规律，在螺旋式课程中属于螺旋上升的第一阶段，称之为动作式认知的维度；第二模块以机械零件为载体，通过绘制零件的三视图，进而使学员掌握机械制图国家标准、投影原理等绘图的基本知识，这就是螺旋课程的第二个螺旋图像式认知的维度；机械基础与识图模块主要是从零件的结构、特点、种类、应用等方面去了解和掌握零件，进入了比较抽象和复杂的第三螺旋符号认知的维度。采用螺旋式课程编制理论对机械识图和机械基础课程的内容进行重新整合和编排，内容虽有一定的重复，但这种重复不是简单重复，而是在更高层次上的重复，并且内容逐渐扩大范围并加深程度，即螺旋式发展。
　　识图基础模块相对原来内容增加了形体的构型设计内容，这是学员创新能力培养的重要形式之一，也是激发学员学习兴趣的关键环节。构型设计是指根据已知条件，以基本形体为主，利用各种创造性思维方式构型设计组合体的形状、大小以及表面连接关系等，并表达成图样的过程。基于构型设计的教育理念是以拉伸、切割、并、交、差等计算机三维实体造型设计的方法为基础，在学习基本立体时，练习拉伸、旋转的构型方法，以形状特征视图和拉伸线作为构型要素，或根据给定的构型要素画出三视图。在阅读组合体视图和零件图时，让学员分析构成组合体的基本体的构型要素和并、交、差布尔运算方式，从视图中找出拉伸体的基图即形状特征视图，根据另一视图中拉伸线确定厚度，得到拉伸体，再运用不同的布尔运算，构思出最终的三维实体或零件的结构形状。在构型设计及组合体的识读教学过程中融入CAD三维建模的学习，教员借助CAD三维建模软件对形体进行建模、剖切、改变观察视口及动态演示，让学员从不同位置、不同角度进行观察，既可以加深学员对各种复杂形体的空间结构及组成的理解，同时又可以提高学员的空间想象能力。
　　在机械基础联结件的识别内容中，融入螺纹连接件的画法、键和销的画法等标准件的表达方法内容。先从结构、特点和应用方面去认识这些零件，然后再从画法和图形上去识读，逻辑性和衔接性更好。轴类、盘盖类、箱体和拨叉类零件的识图分别融入到机械基础轴、轴承的安装与维护、齿轮传动认知中。具备了轴、轴承、齿轮等零件类型、材料、工艺性等方面的相关知识后，再去阅读具备了技术要求、尺寸等全部信息的零件图，学员就会感觉轻松，内容也就更具备针对性。在减速器的拆装内容中，融入了装配图的识图。同时为了提高课堂的教学效率、学员的学习兴趣、降低学习的难度，在这个过程中，借助CAD三维建模，对机械零部件进行建模，也可以对常用机构进行建模，即提高了学员的空间想象能力，也提高了学员对该课程的学习效率。三、基于螺旋的机械基础新内容结构优势
　　基于螺旋的机械基础课程内容安排重视由简入繁、由易到难的内在秩序的逻辑组织。第一模块先让学员直观地去认识了解机械零件，知道了零件的结构、形状，了解了加工过程，对机械零件有了感性认识。然后再进入到绘制零件的三视图，采用任务式，以常用零件为载体去学习理论知识投影原理及表达方法等。之后进入到从理论上去认识这些零件，了解它的结构特点、加工工艺、工作原理等内容。最后再进入识读零件图和装配图，在掌握了零件的相关知识后，再去识读它的结构、尺寸、工作原理等内容，这对学员来说，就不再那么难了。学员的心理逻辑是一个渐进发展、不断成熟的过程，而这种课程內容结构逻辑完全与学员的心理逻辑相吻合，符合学员的认知规律。因此两者的结合更适合学员的学习的特点，有利于教学目标的实现。
　　机械识图和机械基础内容融合是能互相补充的。机械识图CAD形象生动的建模可以促进机械基础的学习。例如，机械基础上凸轮、棘轮及槽轮机构的学习，只看教师播放视频，虽然形象生动，但学员并不能深刻理解；如果让学员用三维CAD软件构建出模型并进行模拟运动，学员的学习兴趣肯定能被激发出来，对知识的理解也更透彻，成就感也是满满的。机械识图的学习中融入了机械基础的内容，学员可以更好地理解零件图和装配图的内容。同时，让学员感受到绘图及识图的目的更多是为了专业课的学习打好基础。学员明确了课程的重要性，学习的兴趣及学习效果也会得到一定提高。
　　参考文献：
　　〔1〕布鲁纳。教育过程〔M〕。北京：文化教育出版社，1982。
　　〔2〕夸美纽斯。大教学论〔M〕。北京：人民教育出版社，1979。
　　〔3〕丁宁，刘晓杰。工程制图课程改革初探〔J〕。长春大学学报，2000（3）。