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思維可視化是指將不可見(jiàn)的思維路徑、方式、規(guī)律運(yùn)用圖示或圖示組合的方式呈現(xiàn)出來(lái)，其本質(zhì)是隱性思維顯性化的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)“思維可視化”的技術(shù)主要包括思維導(dǎo)圖、流程圖、概念圖等圖示技術(shù)和相應(yīng)的軟件技術(shù)。其中，思維導(dǎo)圖是由英國(guó)托尼•巴贊于20世紀(jì)60年代提出的。它從一個(gè)主題開(kāi)始，對(duì)彼此間有關(guān)聯(lián)的信息進(jìn)行分層、分類(lèi)管理，逐步建立一個(gè)有序的發(fā)散思維圖，對(duì)思維過(guò)程進(jìn)行導(dǎo)向和記錄[3]。

1.建立機(jī)械設(shè)計(jì)課程內(nèi)容體系的思維導(dǎo)圖。

本文應(yīng)用可視化技術(shù)建立機(jī)械設(shè)計(jì)課程的思維導(dǎo)圖，實(shí)現(xiàn)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)圖像化。例如，在講授標(biāo)準(zhǔn)齒輪的幾何尺寸計(jì)算內(nèi)容時(shí)，出現(xiàn)大量齒輪幾何參數(shù)名稱(chēng)及尺寸計(jì)算公式，學(xué)生往往感到參數(shù)繁多，公式難以掌握。按照多向思維，從徑向和周向兩個(gè)方向?qū)X輪參數(shù)和尺寸進(jìn)行分類(lèi)，可以使問(wèn)題簡(jiǎn)化，并建立圖1所示的齒輪機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)和尺寸思維導(dǎo)圖。對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線(xiàn)外齒輪，齒輪上有4個(gè)圓，分別是齒頂圓、齒根圓、分度圓、基圓；有一個(gè)角，即壓力角。以分度圓作為重要的基準(zhǔn)圓，分別沿著徑向和周向兩個(gè)方向描述圓的幾何參數(shù)，徑向上有分度圓直徑（和半徑）、齒頂圓直徑（和半徑）、齒根圓直徑（和半徑）、基圓直徑（和半徑）以及齒頂高、齒根高等尺寸，周向上各圓有齒距（或周節(jié)）、齒厚、齒槽寬等尺寸。而對(duì)于一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線(xiàn)外嚙合齒輪，除了每個(gè)齒輪上的4個(gè)圓，多出一對(duì)相切節(jié)圓和一條嚙合線(xiàn)。因此，沿徑向方向多了節(jié)圓直徑（和半徑）、中心距，沿周向方向多了節(jié)圓的齒距（或周節(jié)）、齒厚、齒槽寬，此外，還有描述嚙合線(xiàn)位置的嚙合角。學(xué)生參考思維導(dǎo)圖對(duì)比學(xué)習(xí)就很容易理解和記憶這些知識(shí)了。又如，機(jī)械設(shè)計(jì)課程整體體系的思維導(dǎo)圖使得學(xué)生從宏觀層面建立了機(jī)械設(shè)計(jì)課程比較系統(tǒng)的理論框架，了解了與其他課程內(nèi)容的聯(lián)系紐帶，而各章節(jié)基本內(nèi)容和重點(diǎn)知識(shí)的思維導(dǎo)圖，便于學(xué)生進(jìn)行知識(shí)梳理，從而提高了機(jī)械設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)效率。比如學(xué)習(xí)“齒輪機(jī)構(gòu)”這章內(nèi)容時(shí)，由于概念多、公式多，齒輪嚙合運(yùn)動(dòng)特性復(fù)雜，加之齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算公式復(fù)雜，學(xué)生普遍感到知識(shí)容量大，掌握起來(lái)困難。對(duì)直齒輪、斜齒輪、圓錐齒輪、渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)建立思維導(dǎo)圖，學(xué)生對(duì)照思維導(dǎo)圖采用類(lèi)比思維來(lái)學(xué)習(xí)就容易多了。思維導(dǎo)圖架構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)各知識(shí)群之間的樞紐，呈現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學(xué)生更好地掌握知識(shí)脈絡(luò)，提高教學(xué)效果。

2.基于思維導(dǎo)圖的機(jī)械設(shè)計(jì)思維訓(xùn)練。

思維導(dǎo)圖符合人腦的思維模式，有利于發(fā)散思維的展開(kāi)，可以有效地引導(dǎo)設(shè)計(jì)者的思考順利進(jìn)行。在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，借助思維導(dǎo)圖描述幫助創(chuàng)新思維的深入展開(kāi)。例如，在減速箱的設(shè)計(jì)過(guò)程中，讓學(xué)生把設(shè)計(jì)步驟、參數(shù)和結(jié)構(gòu)按照工程邏輯用思維導(dǎo)圖表示出來(lái)，一邊設(shè)計(jì)思考一邊做出圖2所示的思維導(dǎo)圖，可以輔助設(shè)計(jì)過(guò)程順利完成。機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中，應(yīng)用思維導(dǎo)圖可以培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)的工程邏輯思維和創(chuàng)造性思維。

3.總結(jié)

思維可視化描述方法符合機(jī)械設(shè)計(jì)課程的認(rèn)知心理學(xué)特點(diǎn)和工程設(shè)計(jì)的邏輯思維，可以更好地提高教師的課堂教學(xué)實(shí)效，不但有利于學(xué)生高效掌握課程知識(shí)體系，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程邏輯思維和創(chuàng)造性思維。作為機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革的嘗試，實(shí)踐證明，在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中應(yīng)用思維導(dǎo)圖技術(shù)有效提高了教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)了教學(xué)效果。

作者：呂方梅王新華黃一晴沈景鳳單位：上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院