思维可视化机械设计论文范文

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思维可视化是指将不可见的思维路径、方式、规律运用图示或图示组合的方式呈现出来，其本质是隐性思维显性化的过程。实现“思维可视化”的技术主要包括思维导图、流程图、概念图等图示技术和相应的软件技术。其中，思维导图是由英国托尼•巴赞于20世纪60年代提出的。它从一个主题开始，对彼此间有关联的信息进行分层、分类管理，逐步建立一个有序的发散思维图，对思维过程进行导向和记录[3]。

1.建立机械设计课程内容体系的思维导图。

本文应用可视化技术建立机械设计课程的思维导图，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，并建立图1所示的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。又如，机械设计课程整体体系的思维导图使得学生从宏观层面建立了机械设计课程比较系统的理论框架，了解了与其他课程内容的联系纽带，而各章节基本内容和重点知识的思维导图，便于学生进行知识梳理，从而提高了机械设计课程学习效率。比如学习“齿轮机构”这章内容时，由于概念多、公式多，齿轮啮合运动特性复杂，加之齿轮传动设计计算公式复杂，学生普遍感到知识容量大，掌握起来困难。对直齿轮、斜齿轮、圆锥齿轮、涡轮蜗杆机构和传动建立思维导图，学生对照思维导图采用类比思维来学习就容易多了。思维导图架构机械设计各知识群之间的枢纽，呈现知识点之间的内在联系，帮助学生更好地掌握知识脉络，提高教学效果。

2.基于思维导图的机械设计思维训练。

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出图2所示的思维导图，可以辅助设计过程顺利完成。机械设计教学中，应用思维导图可以培养机械设计的工程逻辑思维和创造性思维。

3.总结

思维可视化描述方法符合机械设计课程的认知心理学特点和工程设计的逻辑思维，可以更好地提高教师的课堂教学实效，不但有利于学生高效掌握课程知识体系，而且有利于培养学生的工程逻辑思维和创造性思维。作为机械设计课程教学改革的尝试，实践证明，在机械设计教学中应用思维导图技术有效提高了教学质量，增强了教学效果。

作者：吕方梅王新华黄一晴沈景凤单位：上海理工大学机械工程学院