谈原型启示在《机械基础》教学中的应用

原型启示在创造性地解决问题中有着很大的作用。所谓原型, 是指对解决问题有启发作用的事物。在教学中, 它是培养学生思维能力的途径和方法之一。通过运用口头语言或文字描述形成想像, 使学生的头脑中创造出新事物、新概念的形象, 加深对概念的理解和掌握。下面就《机械基础》教学中运用原型启示的方法, 培养学生的思维能力方面, 谈谈本人的体会。

1 利用原型启示, 实现教学内容具体化

《机械基础》是机械类专业的一门专业基础课, 理论与实际的结合性较强, 其中一些基本理论和基本概念的概括或定义得都比较抽象, 这就要求教师在教学中, 应想方设法使其具体化。因为具体化, 就是通过分析、综合, 将抽象、概括过程中获得的概念运用于实际, 通过实例来说明概念, 加深对概念的理解。通过抽象与具体的转化, 学生才能更好的了解概念的一般规律, 使认识不断深化。运用原型与联想的方法, 对使概念由抽象到具体的相互转换具有很大的启发作用。

现举例说明原型在教学中的应用。例如:本人在讲解齿轮模数这一概念时, 运用了联想方法, 通过原型启示, 收到了较好的效果, 加深了学生对齿轮模数这一概念的理解, 并且开阔了学生的思维视野, 使学生的思维从课堂情景跳脱出来, 得到解决问题、认识客观事物更普遍的规律。具体教学内容和教学过程如下:设齿轮分度圆直径为d, 齿距为p, 齿数为z则分度圆周长π.d=z.p, 故得d= (p/π) z。由于π为一无理数, 而实际中要求d为一有理数, 因而产生了理论分析与实践设计相互矛盾的问题。为了计算和制造上的方便, 人为的把p/π=m规定为有理数, 称为模数, 并规定为标准值。为消除学生对模数概念的抽象感, 实现其具体转化, 此时我引入了“渡江”一例作为模数概念的原型, 在黑板上画一江面上设置一桥, 并在岸边停泊有客轮、军舰和舢板等船只。问题设定为学生从江的此岸到达彼岸, 探讨其渡江的途径。然后, 教师在这样的设定的情境和启发讨论式的课堂氛围中提出问题:假如大桥因故不能通行, 大家将用什么方法渡江?

学生答:乘船渡江。

教师:对, 弃桥乘船, 绕道而行。这就相当于我们在齿轮计算中遇到了无理数π, 此路不通, 怎么办?我们只好另辟途径, 假定模数为一系列有理数, 以回避p/π的计算, 这就是我们引进模数概念达到简化齿轮计算目的的设计思想, 也是我们解决其它问题的一个良好借鉴。

教师问:那么, 大家乘什么船都可以吗?

学生答:不行, 客轮可以。

教师说:是的, 现实要求我们, 乘船也不能想乘什么船就乘什么船, 只能按规定行事。模数m值的选取也是一样, 是不能在有理数中任取的, 必须在国家标准系列中选用, 使其符合标准值。

为了进一步搞清楚模数的概念及性质, 继续引导学生从不同角度来分析这个概念, 首先从模数的物理意义上看, 根据p/π=m, 总结出:模数与齿轮的几何尺寸成正比, 即模数的大小决定了齿轮的承载能力。然后, 在黑板上画一齿轮分度圆, 再从模数的几何意义上看, 根据p/π=m, 我们直观地在分度圆直径d尺寸上进行z等分, 则每一等分长即为一个模数值。所以, 得出:z倍的m长等于d, 即模数的大小表示了齿轮分度圆直径与齿数的倍数关系。

最后, 学生在教师的指导启发下, 一致得出结论:模数是齿轮几何尺寸计算中最基本的参数, 它直接影响齿轮的大小, 轮齿的大小和强度, 模数决定了齿轮的承载能力, 模数越大, 承载能力越大。

以上就是通过“渡江”这一原型, 启发学生的思维, 引导学生积极思考, 使学生由“渡江”原型所直接感知到的, 过渡到间接地推想出模数这一概念的涵义。这样, 使学生不仅对概念有了字面的理解, 而且, 从涵义上得到了进一步的理解, 也比较顺利地实现了知识的迁移。

2 原型的正确设定, 是联想启示的关键

原型之所以有启发作用, 主要是原型与课题之间有某些相似点, 通过联想作用, 使人很容易找到解决问题的新方法。因为抽象的东西是从具体的东西中总结出来的, 要掌握抽象的原理和概念就得正确地回到生动的事实中去, 这就是在教师启发下, 学生根据课题要求进行的具体化的思维活动, 使学生产生与课题内容相似的联想。受到启示作用的关键, 是要确定好的原型。如何正确设定原型, 我们仍以上述模数概念为例, 我们知道, 模数概念是齿轮传动基本理论和基本计算的灵魂和重点。多数学生在学习这一概念时, 通常只重视字面的认识, 简单地套公式, 背定义, 难以做到深层次的理解, 这就要求教师要充分利用原型的启发作用, 通过语言描述以生活为例来挖掘概念本身所反映的本质特征和客观规律, 培养学生分析问题和解决问题的能力。所以, 在教学中, 原型的确定与选用要与课题之间存在某种内在联系, 这种内在的联系相似点越多, 原型设定越理想, 越能反映出原型与课题的相似关系, 这样的联想才有实际意义。具体如下:

概念——原型

问题——情景设定

理性思维过程——问题解决的途径、方法

抽象的概括——具体的经验

提出问题阶段, 就是发现矛盾的过程, 是实际需要 (齿轮设计的需要) 转化为学生个人思维的过程。教师可以提出“齿轮计算为何要引进模数?它的作用是什么?”这样的问题, 以此为解决问题的开端。理性思维的过程, 是分析问题, 找出主要矛盾的过程, 在齿轮计算过程中, 因为有d= (p/π) z等式的存在, 使理论分析结果与实际需要相矛盾, 主要是由于无理数π的出现, 造成齿轮计算困难。用m代替p的计算, 并作为模数的定义, 这就方便多了。这样, 模数概念的出现, 不但从方法上解决了齿轮计算上的困难, 具有实际意义, 也确实在理论上揭示了齿轮强度的本质属性, 使模数成为齿轮承载能力的一个重要数据。

找到与上述思维过程相似的原型, 即依赖于教师思维活动的积极性以及良好的语言表达能力, 同时又要考虑技校学生的年龄特点, 感性知识的丰富程度。其实, 设定原型的过程, 也就是教师通过联想, 解决问题的思维过程。

总之, 在《机械基础》课程中, 有许多类似模数这样抽象的概念, 都可以利用原型启示进行教学, 在掌握一定感性材料的基础上, 根据具体情况, 灵活选择最佳原型进行启发式教学。

摘要：原型是指对解决问题有启发作用的事物。在教学中, 它是培养学生思维能力的途径和方法之一。设定原型的过程, 也就是教师联想、解决问题的思维过程。

关键词：原型启示,设定原型,思维活动