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摘 要：分析了《机械设计基础》课程内容多、涉及面广，并且教材中的公式、图表多的特点，阐述了纲要框图法在《机械设计基础》教学的重要性以及优越性。
关键词：纲要框图法；机械设计基础；教学方法
《机械设计基础》是高等学校机械类各专业的一门主干技术课，在培养学生的机械综合设计能力和创新能力所需的知识结构中占有十分重要的地位。它包括的内容较广、纵横关系复杂，几乎涉及机械原理、机械设计、机械制图、材料力学、理论力学、金属工艺及材料等多门课程。主要表现在关系多、门类多、要求多、公式多、图形多和表格多等“六多”现象。而每一章的内容却又是独立的，章与章之间联系不紧密。因此学生一时难以适应, 感到“繁杂”和“零散”，因而给教学带来一定难度。这门课的另一特点，是让学生把所学知识应用到工程实际中去, 要求学生充分发挥主观能动性, 选择参数自己设计, 特别是在课程设计中, 不仅要继承前人已有的经验, 还要去创新, 这又给学生提出一个难题。基于以上原因, 学生认为难学, 教师认为难教。笔者在近几年的机械设计基础课程讲授和课程设计的指导中, 采用了纲要框图法教学, 取得了一些成效。
1 纲要框图法及其应用
1．1 纲要框图法的概念
“纲要信号网络”图示教学法又称沙塔洛夫教学法，由前苏联学者沙塔洛夫发明，1983年况平和同志将该法介绍到我国。1987年藤启同志在辽宁《机械设计》教学研讨会上首先介绍了这一教法，并宣读了他的教法论文，引起了与会同行的浓厚兴趣。纲要框图法就是把学生应掌握的教学内容经过整理加工, 用简单的文字和符号以框图为主的形象直观地显示出来。纵的方向, 反映各部分内容的因果关系、衍生关系、转化关系；横的方向, 建立起并列关系、条件关系、比较关系等, 形成一个便于理解和掌握的逻辑关系网。这样,把每一个重要的内容或课程设计的一个较大的步骤用一张框图直观地表示出来, 它可以包括工作原理、假设条件、计算公式、结果分析、参数选择, 以至结构形式等内容。并把它们有机地联系起来, 使学生用整体的眼光一览这些新知识的组成和总和。
1.2框图法教学的实施过程
在2009～2010学年授课过程中，我们尝试在机械设计基础少学时（64学时）的课堂教学中采用纲要框图法教学。任课教师首先根据课程知识结构特点，并根据教学大纲的要求，将教材内容以章或节为单位制成框图图表，在各框格内列出各部分教学内容中的重点问题，用线条和箭头标出它们之间的关联和来龙去脉；其次是将纲要框图图册作为辅助教材，课前发给学生；再次在课堂上依该图表展开教学，图表，教师可在黑板上边讲边画，解释的必要内容，学生在图表上作纪录；最后学生复习可按图表、教材和参考书进行。
图表设计应注重简捷明了、思路清晰，它既不应是教材内容的堆砌，也不应是教材内容的目录，而应是机构分析、零件设计的流程，它是教材内容的精髓。图表设计的合理与否，不仅直接影响到教学效果，也体现了教师的业务水平和教学经验。所以教师应仔细研究、反复推敲、认真绘制。另外，图表的制作也并非一成不变，它经多次修改逐步趋于完善、合理。
在框图法教学的实施过程中，我们也尝试着给学生更多的思考机会。在每章教学结束时，指导学生根据上课所讲重点内容，对各章教学内容进行回顾和总结，让他们自己归纳出相应的框图，对框图进行修改。通过这种方法，让学生不但养成了良好的学习习惯而且巩固和加深所学的知识。
1.3 纲要框图法举例
机械设计基础课程中齿轮传动设计是教学重点,也是学习的难点。它有以下几个难点，一是失效分析, 影响因素比较多，有轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形等，每一失效形式有对应设计准则，要选相应公式设计；二是强度计算中, 各种参数选择比较多，有齿宽系数、载荷系数、弹性模量、泊松比等；除直齿轮外, 还包括斜齿轮和圆锥齿轮等内容。在教学中, 笔者采用了几张框图分别把上述三种传动的教学内容比较简要地表达出来。图1所示为斜齿圆柱齿轮传动设计计算的纲要框图。框图中突出归纳了两部分内容：强度计算和传动设计, 这也是学习这一章必须掌握的基本内容, 在掌握强度计算的基础上进行传动设计。在强度计算中, 我们是按受力分析、失效分析、应力计算和强度校核展开的。在受力分析的基础上进行失效分析, 确定失效形式后, 进一步进行应力计算, 将计算应力与许用应力进行比较即进行强度校核, 这里分别归纳了接触疲劳和轮齿弯曲折断两种失效形式的应力计算和强度校核。传动设计部分，根据工况进行选材，并指出闭式软齿面和硬齿面或（开式传动），从强度条件开始着手得出接触疲劳和弯曲折断强度的设计式, 进而再进行传动尺寸计算, 强调对计算所得的参数的处理, 使满足设计要求。框图对接触疲劳和弯曲折断的应力计算、强度校核格式上采用对比的形式, 便于读者分析理解。
2.框图法教学的优点
(1)可以全面概括各章的内容。框图可以把每一章看似比较零散的知识经过整理建立起有机的联系，贯穿起来，简明扼要地归纳在一张框图之中，重点内容也突出出来，起到提纲掣领的作用。
(2) 大大提高了教学效果。采用纲要框图教法后，教师和学生均由被动状态变为主动状态教师边画图边讲解，因图表人手一册，这样教师不必忙于板书、学生也不必忙于记笔记了。做到学生思考与教师的讲解思路同步。
（3）可以方便学生的学习和复习。框图法教学形象直观，学生可以根据框图中所总结的知识点，逐步展开进行学习和复习。使各个章节的内容在自己的头脑中脉络更清晰、重点更突出。
(4)可以培养学生科学的学习方法。框图法通过图表对各章内容进行总结和概括，脉络清晰，重点突出。传统教法对各种零件设计的规律没有高度概括，学生学习时造成主次不清，抓不住重点，直接影响学习效果。而新教法通过图表把各种零件设计的共性规律进行总结和概括。学生学习时，不仅能准确抓住纲要、重点，而且在学习的同时也会逐步探索出科学的适合自己的学习和思维方法。
3、结束语
框图法教学揭示了事物的内在规律和联系，它高度总结，使原本比较零散的内容系统化，解释语言简捷、明了，是传统教法无法比拟的。该方法可以大大地提高教师的教学效果和学生的学习热情。这种教学方法在机械设计基础教学中的使用必为在其他课程教学中使用起借鉴作用。
［参考文献］
［1］钱袁萍.机械设计基础课程框图法教学［J］.沙洲职业工学院学报，2001，6：19～21.
［2］徐刚涛.机械设计基础［M］.北京：高等教育出版社，2007.
［3］张艳.“纲要信号网络”图示教学法在机械设计教学中的应用［J］.机械设计与制造，2005，4：27～28.
［4］李建功等. “机械设计”课程教学改革的基本思路［J］ . 河北理工学院学报（社会科学版），2002,5.
江西省教育厅教改课题（JXJG-10-5-19）
（作者单位：华东交通大学轨道交通学院，江西 南昌 330013）
关键词：纲要框图法；机械设计基础；教学方法
《机械设计基础》是高等学校机械类各专业的一门主干技术课，在培养学生的机械综合设计能力和创新能力所需的知识结构中占有十分重要的地位。它包括的内容较广、纵横关系复杂，几乎涉及机械原理、机械设计、机械制图、材料力学、理论力学、金属工艺及材料等多门课程。主要表现在关系多、门类多、要求多、公式多、图形多和表格多等“六多”现象。而每一章的内容却又是独立的，章与章之间联系不紧密。因此学生一时难以适应, 感到“繁杂”和“零散”，因而给教学带来一定难度。这门课的另一特点，是让学生把所学知识应用到工程实际中去, 要求学生充分发挥主观能动性, 选择参数自己设计, 特别是在课程设计中, 不仅要继承前人已有的经验, 还要去创新, 这又给学生提出一个难题。基于以上原因, 学生认为难学, 教师认为难教。笔者在近几年的机械设计基础课程讲授和课程设计的指导中, 采用了纲要框图法教学, 取得了一些成效。
1 纲要框图法及其应用
1．1 纲要框图法的概念
“纲要信号网络”图示教学法又称沙塔洛夫教学法，由前苏联学者沙塔洛夫发明，1983年况平和同志将该法介绍到我国。1987年藤启同志在辽宁《机械设计》教学研讨会上首先介绍了这一教法，并宣读了他的教法论文，引起了与会同行的浓厚兴趣。纲要框图法就是把学生应掌握的教学内容经过整理加工, 用简单的文字和符号以框图为主的形象直观地显示出来。纵的方向, 反映各部分内容的因果关系、衍生关系、转化关系；横的方向, 建立起并列关系、条件关系、比较关系等, 形成一个便于理解和掌握的逻辑关系网。这样,把每一个重要的内容或课程设计的一个较大的步骤用一张框图直观地表示出来, 它可以包括工作原理、假设条件、计算公式、结果分析、参数选择, 以至结构形式等内容。并把它们有机地联系起来, 使学生用整体的眼光一览这些新知识的组成和总和。
1.2框图法教学的实施过程
在2009～2010学年授课过程中，我们尝试在机械设计基础少学时（64学时）的课堂教学中采用纲要框图法教学。任课教师首先根据课程知识结构特点，并根据教学大纲的要求，将教材内容以章或节为单位制成框图图表，在各框格内列出各部分教学内容中的重点问题，用线条和箭头标出它们之间的关联和来龙去脉；其次是将纲要框图图册作为辅助教材，课前发给学生；再次在课堂上依该图表展开教学，图表，教师可在黑板上边讲边画，解释的必要内容，学生在图表上作纪录；最后学生复习可按图表、教材和参考书进行。
图表设计应注重简捷明了、思路清晰，它既不应是教材内容的堆砌，也不应是教材内容的目录，而应是机构分析、零件设计的流程，它是教材内容的精髓。图表设计的合理与否，不仅直接影响到教学效果，也体现了教师的业务水平和教学经验。所以教师应仔细研究、反复推敲、认真绘制。另外，图表的制作也并非一成不变，它经多次修改逐步趋于完善、合理。
在框图法教学的实施过程中，我们也尝试着给学生更多的思考机会。在每章教学结束时，指导学生根据上课所讲重点内容，对各章教学内容进行回顾和总结，让他们自己归纳出相应的框图，对框图进行修改。通过这种方法，让学生不但养成了良好的学习习惯而且巩固和加深所学的知识。
1.3 纲要框图法举例
机械设计基础课程中齿轮传动设计是教学重点,也是学习的难点。它有以下几个难点，一是失效分析, 影响因素比较多，有轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形等，每一失效形式有对应设计准则，要选相应公式设计；二是强度计算中, 各种参数选择比较多，有齿宽系数、载荷系数、弹性模量、泊松比等；除直齿轮外, 还包括斜齿轮和圆锥齿轮等内容。在教学中, 笔者采用了几张框图分别把上述三种传动的教学内容比较简要地表达出来。图1所示为斜齿圆柱齿轮传动设计计算的纲要框图。框图中突出归纳了两部分内容：强度计算和传动设计, 这也是学习这一章必须掌握的基本内容, 在掌握强度计算的基础上进行传动设计。在强度计算中, 我们是按受力分析、失效分析、应力计算和强度校核展开的。在受力分析的基础上进行失效分析, 确定失效形式后, 进一步进行应力计算, 将计算应力与许用应力进行比较即进行强度校核, 这里分别归纳了接触疲劳和轮齿弯曲折断两种失效形式的应力计算和强度校核。传动设计部分，根据工况进行选材，并指出闭式软齿面和硬齿面或（开式传动），从强度条件开始着手得出接触疲劳和弯曲折断强度的设计式, 进而再进行传动尺寸计算, 强调对计算所得的参数的处理, 使满足设计要求。框图对接触疲劳和弯曲折断的应力计算、强度校核格式上采用对比的形式, 便于读者分析理解。
2.框图法教学的优点
(1)可以全面概括各章的内容。框图可以把每一章看似比较零散的知识经过整理建立起有机的联系，贯穿起来，简明扼要地归纳在一张框图之中，重点内容也突出出来，起到提纲掣领的作用。
(2) 大大提高了教学效果。采用纲要框图教法后，教师和学生均由被动状态变为主动状态教师边画图边讲解，因图表人手一册，这样教师不必忙于板书、学生也不必忙于记笔记了。做到学生思考与教师的讲解思路同步。
（3）可以方便学生的学习和复习。框图法教学形象直观，学生可以根据框图中所总结的知识点，逐步展开进行学习和复习。使各个章节的内容在自己的头脑中脉络更清晰、重点更突出。
(4)可以培养学生科学的学习方法。框图法通过图表对各章内容进行总结和概括，脉络清晰，重点突出。传统教法对各种零件设计的规律没有高度概括，学生学习时造成主次不清，抓不住重点，直接影响学习效果。而新教法通过图表把各种零件设计的共性规律进行总结和概括。学生学习时，不仅能准确抓住纲要、重点，而且在学习的同时也会逐步探索出科学的适合自己的学习和思维方法。
3、结束语
框图法教学揭示了事物的内在规律和联系，它高度总结，使原本比较零散的内容系统化，解释语言简捷、明了，是传统教法无法比拟的。该方法可以大大地提高教师的教学效果和学生的学习热情。这种教学方法在机械设计基础教学中的使用必为在其他课程教学中使用起借鉴作用。
［参考文献］
［1］钱袁萍.机械设计基础课程框图法教学［J］.沙洲职业工学院学报，2001，6：19～21.
［2］徐刚涛.机械设计基础［M］.北京：高等教育出版社，2007.
［3］张艳.“纲要信号网络”图示教学法在机械设计教学中的应用［J］.机械设计与制造，2005，4：27～28.
［4］李建功等. “机械设计”课程教学改革的基本思路［J］ . 河北理工学院学报（社会科学版），2002,5.
江西省教育厅教改课题（JXJG-10-5-19）
（作者单位：华东交通大学轨道交通学院，江西 南昌 330013）