信息化课堂教学中︽机械设计基础︾课程的教学设计—— 以定轴轮系传动比的计算为例

江西省冶金技师学院机电工程系 刘秀梅 丁宇宁

课程依据纺织企业技术改造实际要求，合理选取项目教学案例，利用信息化教学手段进行课程教学方案设计，教学中将案例、教学平台、仿真动画等信息化资源进行有效整合，借助网络教学平台实现过程性数据采集，全程记录学生的学习痕迹，反馈学生的思维能力。

一、信息化教学介绍

信息化教学是指以现代教学理念为指导，以信息技术为支持，应用现代教学方法的教学。在信息化教学中，要求课堂教学观念、组织、内容、模式、技术、评价等一系列因素信息化（张一春.教师教育技术能力建构——信息化环境下的教师专业发展[M].南京:南京师范大学出版社,2007）。

信息化教学整个过程以学生为中心，学生在探究课题的引导下自主的进行探究，教师在课堂学习过程中起组织者和引导者的作用，学生在掌握知识内容的同时，培养创新精神和实践能力（余胜泉.信息技术与课程整合——网络时代的教学模式与方法[M].上海教育出版社,2004）。

二、学情分析与教材处理

《机械设计基础》是高职机械制造与自动化专业学生必修的一门专业基础课，其中“定轴轮系传动比的计算”是课程第七章“齿轮系和减速器”前2节的重要内容。依据教学标准，确定课程的教学重点为定轴轮系传动比的计算方法；教学难点为定轴轮系转向判定。

根据岗位技能相关要求，在教学过程中既教会学生齿轮系传动比的计算，又要着重培养学生空间逻辑思维能力和实际动手能力，因此在教材内容基础上增加了涡轮蜗杆转向判定法则内容，在课堂实施中还加强对学生空间思维和动手实践能力的培养。

教学对象为机械制造与自动化专业高职二年级的学生，具有一定CAD绘图基础，对信息化学习方式比较感兴趣，课前已经学习了齿轮传动基础知识，了解直齿齿轮、锥齿轮、蜗杆齿轮传动的特点和基本过程，但是学生还没有接触到多级齿轮传动，不会齿轮系传动比分析计算，对齿轮系转向判别尤其是空间轮系转向判别不清晰。掌握本次课内容也将为以后更好理解行星轮系传动比计算打下基础。2015年的教学调查结果显示，采用传统教学方法讲授本节课，85%以上学生难以掌握空间齿轮系转向判别内容，接近50%的学生不能正确给出定轴轮系传动比计算结果。

三、课程教学方案设计思路

在传统教学中，教师难以通过课堂教学让学生了解空间齿轮系传动过程和齿轮转向，教学效果难测。结合信息化教学手段，整合教学内容，充分采用案例教学法实施项目化教学，为此教师将案例分析、超星泛雅网络教学平台、运动仿真动画、习题测试、FLASH游戏等信息化资源进行有效整合，学生可随时随地登录平台进行自主学习。

课程教学设计应从学生课前自主学习，课中合作探究，课后深化拓展三个方面进行考虑。

（一）课前学习

课前教师走访纺织企业技术员工，了解企业岗位实际需求，根据企业生成实际要求制定教学任务和案例，利用超星泛雅网络教学平台推送课程电子教案和动画资源，推送问卷调查；发布任务通知，组织学生进行课前预习。

课前发布任务通知，组织学生利用手机登录教学平台，完成问卷调查，同时尝试课前“试一试”习题的计算，教师可通过教学平台了解学生预习后对知识的掌握情况。平台统计结果显示，有近80%学生对齿轮系传动过程比较清楚，有近90%的学生无法计算出多级齿轮系传动比最终结果。

（二）课中学习

课堂为激发学生学习兴趣，教师可播放一段机械企业生产工作视频，让学生体会齿轮系在机械中的重要性，再以纺织厂细纱机为例，说明细纱机设备牵伸机构主要是由齿轮系组成，合理设计和更改齿轮传动比改变牵伸倍数，使牵伸速度、捻度达到纺纱工艺要求，从而引入齿轮系传动比计算课题。

接着推送两组齿轮啮合仿真动画视频，通过改变主动和从动齿轮齿轮的大小，学生观察输出转速的变化，让学生初步认识传动比作用，根据定义推导出一对齿轮啮合传动比计算公式，学生动手拆装齿轮泵实物，并根据输入轴的转速计算出齿轮泵输出轴的转速，将结果上传至教学平台。

针对本课重点，可充分运用仿真动画进行现场展示，让学生直观感受传动过程，解决课堂教具短缺、传动部件难以拆装问题。学生观看二级减速器传动仿真动画时进行讨论，每组派成员上台讲解传动过程，完成二级减速器传动比计算，最后完成课堂测试。教师及 时延伸拓展，推导出多级齿轮系传动比计算公式，对公式中“+、-”符号意义进行讲解，同时通过二级减速器案例引出惰轮作用是改变传动方向。

传动比计算拓展模块教学设计理念是学生利用交互式三维设计软件进行齿轮传动比设计更改，学生现场设置软件参数，增加和减少齿轮齿数，实现齿轮传动比改变，以深刻领会影响定轴轮系传动比主要因素。依据实际任务，学生在Inventor软件上完成多级齿轮传动比设计冲关游戏，在给定齿轮模型的基础下，对多个齿轮进行选择、组合，完成多级传动齿轮的传动设计，使之符合设计要求。

针对本课程的难点，为了不让课堂授课陷入说教模式，教师设计类型分析、匹配游戏、能力提升三个教学环节。在齿轮转向类型分析教学环节，采用FLASH展示不同齿轮副机构立体图、结构简图和转向表示方法，学生自己动手进行绘制和标注；为了提升学生的三维空间想象能力，加强学生对齿轮系整体与局部之间的联系理解，学生完成二维简图与三维图的匹配游戏练习；能力提升环节主要训练学生空间思维能力，学生根据复杂齿轮系传动结构简图标出每个齿轮转向，根据推送的空间轮系三维图，学生进行修改，最后学生通过轮系仿真动画演示转动方向得出正确结果。

结合纺织企业技术设计改造实际案例，按照设计要求，学生完成齿轮传动比设计与转向判定，求出输出轴转速。让每组学生把计算结果和过程上传至学习平台，让最快完成的二组把结果上传到学习平台，教师进行点评。

最后总结回顾，教师根据课前课中的数据统计，对学生表现进行总结点评，形成客观的多元化评价结果。

（三）课后学习

课后教师发布拓展教学资源，根据课中测试数据结果分析，有针对性在教学平台上推送作业题。借助平台学生可以查看和完成作业，教师对学生课后作业完成情况进行跟踪，并录入作业测试成绩，利用数据智能分析与评估系统评估学生知识掌握情况，以便进一步优化教学设计。

四、总结

本单元教学内容以信息技术为支撑，使教学内容由枯燥变生动，充分调动学习的积极性，引导学生自主学习。利用信息化手段，每个学生参与问卷调查、游戏、测试、讨论等教学过程，师生互动了多次，而传统教学只有一两次，有效提升了学生的参与度；同时根据课堂数据的实时反馈，学生在掌握传动比计算中由课前的10%会计算，到课程结束后95%会计算；80%的学生表示掌握了齿轮系传动转向的判别方法，而利用传统手段只有20%能掌握该内容。这充分说明，信息化教学有效解决了课堂教学学生对齿轮系转向判定难题，提高了学生计算传动比能力。