机械教学中模型的探究式应用

在中等职业学校的机械类课程教学活动中，课程涉及知识面较广，知识点较多，概念抽象，理论性较强。但学生缺乏感性认识，再加上本身学习基础原因，在学习过程中碰到了很多
困难，造成学习没兴趣或者学习有心无力等现象，此时，教学模型作为教学手段的重要组成部分，既可以激发学生对课程的兴趣，又可以培养学生空间现象能力，帮助学生更深层次理解教学内容，在教学活动中发挥着积极的辅助作用。
1、目前教学模型存在的问题
目前，在机械类课程教学实践中，教学模型的使用主要存在以下三个方面的问题：*方面，实物教学模型由于体积和重量的原因，携带不方便，不便于保管，而且容易损坏。
第二方面：实物教学模型在完成运动演示和运动分析方面存在很多缺陷。
第三方面：传统实物教学模型更新换代的速度慢，并且不能够修改，而几十年不变的教学模型已不能满足教学和科技时代不断进步的需要。
2、教学模型的传统直观式应用
教学模型的传统直观式使用流程。在传统的教学活动中，模型的利用非常直观，简单。如介绍《机械制图》中的《相贯线》时，教师把两圆柱相贯的模型发给学生，让他们仔细观察模型，教师再围绕模型进行教学重点难点的分析。这可以培养学生的形象思维和空间想象能力。但课堂教学灵活性不够，教学方法单一，但很难培养学生由二维到三维，再从三维回归二维的思维转换过程。

3、教学模型的探究式应用
模型的探究式应用指超越传统直观式使用方法，进一步拓展了模型的使用空间，在使用方式上更具备灵活性、多元性，教学模型的探究式使用模式（见图2）。
3.1 变废为宝模型库：在损坏模型中求真知
在每个学校里，不可避免地存在着一些损坏的模型，放着占空间，弃之又可惜，笔者发现，利用损坏的模型，配合“情景———问题———探究”教学模式，不仅上课方式让人耳目一新，而且会带来意想不到的效果。
奥苏伯尔的有意义学习理论认为：创设问题情景，引发学生对知识本身发生兴趣，产生认识需要，产生一种“我要学习”的心理倾向，就能激发学习的动机。并尝试通过探究找寻答案。让学生体验科学探究活动的过程和方法，发展初步的科学探究能力。培养学生良好的科学态度、情感与价值观。其中问题是探究的基础，探究是解决问题的途径。
笔者以带传动损坏模型为例，具体阐述“情景———问题———探究”教学模式流程如下：
3.1.1 创设情景，提出问题
教师出示一V 带传动模型，由于使用时间较长，传动带松弛变形，张紧力不够，在演示过程中会多次出现打滑现象。教师请一学生到讲台上演示操作，果不其然，学生在转动主动带轮时，从动带轮经常停滞不动。这下，学生哄堂大笑，“老师，模型坏掉了！”此时，教师（一脸尴尬）说：“这怎么办了？可以修好吗？谁自告奋勇来修一修啊！”
3.1.2 动手体验，提出猜想
爱动脑动手的男生坐不住了，一个个踊跃上前。有的突发奇想，用橡皮筋绑住一部分传动带，让传动带变短；有的把铅笔顶在传动带外侧，有的把铅笔顶在传动带内侧，试转一下，从动带轮动了，还有的提出把两个带轮往两边移一下……热烈的掌声让更多的同学走上来试一试，课堂气氛达到了高潮。
3.1.3 归纳总结，得出结论
教师适时让同学们交流归纳所用方法的原理, 同学们采取四人一组的小组合作学习方式，充分发挥了主体作用，在老师的提示下,自主得出了结论：带传动的张紧方法：a.使用张紧轮;b.调整中心距。学生们的聪明才智让教师刮目相看，也让老师意识到：利用损坏的模型，配合“情景———问题———探究”教学模式，不仅可以激发学生兴趣、创设氛围，更能够激活学生思维，激发学生的求知欲和探索欲，形成探究精神，养成实事求是的科学态度，提高科学素养。而小组合作的方式，让学生学会了合作，培养了协作精神。小组交流后，以全体鼓掌的方式向成功的小组表示祝贺，让学生体验到了成功的乐趣。
3.2 建立虚拟模型库
随着信息技术的飞速发展，以计算机技术和网络技术为核心的现代媒体已开始在教育领域中广泛应用，引发了一场从教育观念、教育内容、教育方法、教育手段到教育模式、教育过程等的的深刻变革。得到了广大教育工作者的欢迎和重视。应用计算机技术创建的机械制图虚拟模型库，机械基础虚拟模型库，可以利用光盘存储数量众多的模型，在使用中拥有自己*的魅力。我校拥有多个多媒体教室，配备了先进的计算机，宽带也接入了校园网，这些有利的因素为开发机械制图虚拟模型库创造了条件。我们可以通过AutoCAD的并集（Unions）、差集（Subtraction）和交集(Intersections)等功能组建组合体，利用堆积、切割、拉伸和三维旋转的形式建立三维模型；也可利用Solid3000 的拉
伸、旋转、倒角、抽壳和倒圆等基于特征的三维实体造型工具，能够方便、快捷地创建复杂形状的实体。通过草图的几何约束及尺寸约束功能，能构造尺寸十分模型。
下面简单介绍机械制图虚拟模型库的内容。(见图3)
机械制图虚拟模型库可以解决这几大类问题：
a.虚拟模型不需要专人管理，也不需要专门的储藏室。
b.虚拟三维模型真实感强，使学生能看清楚零件和装配体的内部结构，将产生实物模型无法表达的理想效果。在授课中的一些难点问题,如: 截交体、相贯体、组合体、剖视图等内容能够清晰、生动、形象地展示在学生面前, 难点变得容易理解, 学生的感性认识增强了,所获得的信息量也增大了。
c.虚拟模型可以随意增加，以满足不断更新的教学内容的需求。同时可以减少因教学内容的更新和模型破损需要购买新模型的大量资金。虽然现有工程制图虚拟模型库还不够完善, 仍存在一些问题需要解决,如：素材不够理想、模型数量有限等, 但是工程制图虚拟模型库的应用前景是非常广阔。
3.3自制模型库———在做中学
自制模型教学，可把学生不容易理解的抽象理论和复杂空间视图，变成形象、具体、易掌握的内容，使学生看得见、摸得着、记得牢，是培养学生空间想象能力和立体感受能力的有效方法。笔者分别以《机械制图》和《机械基础》的铰链四杆机构为例，予以说明。在机械制图中，有很多形体表面有孔、槽，内部还有其它各种各样的结构，初学时单凭空间想象绘制视图会出现很多难度，学生在学习上存在很大困难，很多同学反映：老师在黑板上讲，学生在下面晕晕乎乎。除需通过常规教学活动来帮助学生理解之外，还可以采用用不同材质制做各种直观的模型，再加以适当讲解，激发学生对课程的兴趣，培养学生空间现象能力和动手能力。
模型材质可以选择：橡皮泥、田间泥、较硬纸张、泡沫等
制作方式：个人竞赛式小组协作式（依据情况而定，简单模型以个人为主，较为复杂的以小组为单位）
制作时间：一般两课时———三课时
制作流程：以制作轴承座为例。教师先准备好轴承座轴测图纸，根据需要发给个人或小组。要求在规定时间内按照相关尺寸制作。教师根据学生的结果进行评比，并予以表扬。
后续拓展：
3.3.1 可要求学生根据模型绘制三视图。
3.3.2 教师可将学生作品放在地方进行展览，增加学生的荣誉感，调动其他学生积极性。
3.3.3 教师可以将学生作品作为教学模型，在上课时使用，既有使用价值，又能有效激发学生的自豪感。
再以《机械基础》的铰链四杆机构为例简单说明：
教师事先准备好一定长度的杆件（或薄木条），一定数量的螺栓、打好孔。配合铰链四杆机构的判别内容，将学生分为小组。要求学生自主制作双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构，并将作品现场演示。
其实自制模型的思路非常宽阔。我们可以不必局限于以上内容，例如在上普车、数控车床实践课程时，可以收集学生的成功作品，更可以收集各种有问题、有缺陷作品，在上课时作为教具，分析问题产生的原因，解决的办法。让学生进步得更快。
4、探究式教学模型对教师素质要求
模型是死的，人是活的，如何有效利用模型，关键在于教师自身的不断提高。教师应具备以下素质:
4.1 具备扎实的专业教育基本功、能综合运用其他学科知识。
4.2 教师要具有改革创新意识和创新能力，善于吸收其他新思想、新方法。敢于突破传统的教学模式，不断运用创造性思维进行探索与实践活动，
4.3 在信息技术的飞速发展的今天，以计算机技术和网络技术为核心的现代媒体已开始在教育领域中广泛应用，教师要紧跟形势，思考教育观念、教育内容、教育方法、教育手段、教育模式、教育过程，以实现教育效益的zui大化。