机械专业教学中知识可视化应用模式

程大泉 邢清桂

（河北机车技师学院 河北唐山 064000）

机械专业教学中知识可视化应用模式

程大泉 邢清桂

（河北机车技师学院 河北唐山 064000）

机械基础是职业学校机类、近机类专业学生的一门重要专业基础课。在工科专业学生的课程学习阶段，起着由基础课程到专业课程的过渡作用。通过对该课程的学习，不但使学生掌握通用零件的具体设计计算方法，而且还掌握了常用机械结构的设计方法，更重要的是培养了学生灵活应用基础理论知识解决工程实际问题的能力以及机械结构的创新设计、改进能力。本文对机械专业教学中知识可视化应用模式进行了探讨。

机械专业教学 知识可视化应用模式

引言

知识可视化作为可视化领域发展的衍生领域，与可视化有着密不可分的关系，通过将知识可视化整合至机械专业教学，能够帮助学生更好的梳理和自主构建各类可视化信息与知识，帮助学习者跟上时代发展的脚步，这符合了机械专业培养目标中对于学生对于可视化信息处理能力的要求。

一、知识可视化的概念

知识可视化指可以用来构建、传达和表示复杂知识的图形图像手段，除了传达事实信息之外，知识可视化的目标还在于传输人类的知识，并帮助他人正确地重构、记忆和应用知识。不同的人，其学习方式、学习习惯不同，但不同的学习方法对人的影响却是相同的。目前，职业教育知识可视化进入一个新的发展阶段，实施知识可视化教学是当前职业教育课程改革的新方向。[1]

二、几种常见的知识可视化工具

1．概念图

概念图是利用图形来组织知识，用视觉化的方式理清概念间的相互关系，并以此来传授知识的程序图。

它是由康奈尔大学的诺瓦克（J.D.Novak）博士等（1984）根据奥苏伯尔的有意义学习理论提出的根据诺瓦克教授的概念图模型，关于某一主题的概念图是树状的，位于最顶端的是涵盖意义最广的第一级概念，次级概念以线段与第一级概念相连接，还可以继续向下连接第三级概念等。连线上可以适当添加一些文字，以强调概念间的关系。从关键概念到一般概念、具体概念，呈现出了概念间的层级关系。[2]

2．思维导图

思维导图又叫心智图，是表达发散性思维的有效的图形思维工具，它简单却又极其有效，是一种革命性的思维工具。是二十世纪60年代英国人托尼·巴赞（Tony Buzan）创造的。它运用图文并重的技巧，模拟人脑的工作方式，围绕一个主题，然后以脉络状分支延伸出去并与主题词语图像、颜色等建立记忆连接，各级主题的关系用相互包含的层级图表现，形成一种树状思维。思维导图充分运用左右脑的机能，利用记忆、阅读、思维的规律，协助人们在科学与艺术、逻辑与想象之间平衡发展，从而开启人类大脑。

思维导图是有效的思维模式，应用于记忆、学习、思考等的思维“地图”。当它被用作步骤的表达时，他的属性是培养使用者的聚合性思维。当思维导图被用作来选用最优化解决方案、问题搜寻时，有利于人脑的发散思维的展开。

3．教学视频

教学视频主要是将知识采用动态的、交互的可视化技术，以影像的形式将知识呈现出来。它通过运用具体的形知识表现出来，画面极具感染力、表现力，它具备直观、形象的特点，用来表现客观事物和创作者的主观世界，或是全方面记录一系列连贯的操作步骤、动作技能。它最大的特点和优势就是直观性，在教学当中早己广泛应用。而随着科技的不断发展，教学视频从原来的与学习者的“零交流”到交互性逐渐增强，能够根据学习者需要，随时暂停视频、改变视频的播放流程、切换视频的场景等等，能够实现学习者与教学内容之间的良好互动和交流，从而更进一步的提高学习效果。

三、机械基础教学中思维可视化技术的应用

1．建立机械基础课程内容体系的思维导图

本文应用可视化技术建立机械基础课程的思维导图，实现课程知识结构图像化。例如，在讲授标准齿轮的几何尺寸计算内容时，出现大量齿轮几何参数名称及尺寸计算公式，学生往往感到参数繁多，公式难以掌握。按照多向思维，从径向和周向两个方向对齿轮参数和尺寸进行分类，可以使问题简化，并建立齿轮机构几何参数和尺寸思维导图。对于一个标准渐开线外齿轮，齿轮上有4个圆，分别是齿顶圆、齿根圆、分度圆、基圆；有一个角，即压力角。以分度圆作为重要的基准圆，分别沿着径向和周向两个方向描述圆的几何参数，径向上有分度圆直径（和半径）、齿顶圆直径（和半径）、齿根圆直径（和半径）、基圆直径（和半径）以及齿顶高、齿根高等尺寸，周向上各圆有齿距（或周节）、齿厚、齿槽宽等尺寸。而对于一对标准渐开线外啮合齿轮，除了每个齿轮上的4个圆，多出一对相切节圆和一条啮合线。因此，沿径向方向多了节圆直径（和半径）、中心距，沿周向方向多了节圆的齿距（或周节）、齿厚、齿槽宽，此外，还有描述啮合线位置的啮合角。学生参考思维导图对比学习就很容易理解和记忆这些知识了。

2．基于思维导图的机械设计、改进思维训练

思维导图符合人脑的思维模式，有利于发散思维的展开，可以有效地引导设计者的思考顺利进行。在机械设计、改进过程中，借助思维导图描述帮助创新思维的深入展开。例如，在减速箱的设计过程中，让学生把设计步骤、参数和结构按照工程逻辑用思维导图表示出来，一边设计思考一边做思维导图，可以辅助设计过程顺利完成。机械类专业教学中，应用思维导图可以培养学生的工程逻辑思维和创造性思维。

结语

知识可视化有着实用机器不可替代的作用，即经济又安全，好的资源能实现更多的现实机器无法取代的功能，如迅速的装拆、内部结构的展示、机械的结构简图组成、工作原理的体现等，各个学校应重视这一技术，实现资源的建立与共享。当然，教学的方式多样，也不能因知识可视化就忽视传统教学、技能教学的优势，我们应该有机地融合各类教学方法的优点，选择最优的教学手段和方法，实现职业教育的春天。

[1]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].第八版.北京：高等教育出版社，2006.

[2]杨可桢.机械设计基础[M].第五版.北京：高等教育出版社，2007：5.