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中职机械类专业齿轮传动系列教具的制作遵循直观性教学原则，力求引导学生从观察实际事物开始求得对知识的真实理解。并根据建构主主学习理论的要求，强调学生的主观能动性在课堂上的发挥。该系列教具主要采用市面上常见的聚乳酸（PLA）生物可降解材料，通过软件三维建模，利用增材制造技术一次性打印成形，经简单装配即可实现多种传动比的齿轮传动。该系列教具具有色彩丰富、外形美观、易于操作与制作，性能稳定，安全可靠等特点。详细介绍如下：

一、制作技术方面

增材制造技术简而言之就是一种将金属、陶瓷、塑料等，通过逐层堆叠“打印”，把设计或设想物品变为实物的技术，它的出现可实现产品制作的便捷化与轻量化。该教具将利用增材制造技术，基于三维产品设计与切片，制作的成品重量明显减少，使得教具便于携带，相比传统金属齿轮教具，使用时不存在安全隐患。并且可以根据课本案例自由地制作成所需结构，打印不同颜色，便于学生更直观地学习齿轮传动。在该教具完成设计后，只需2至3台3D打印机就可实现批量制作，这些优势都是传统教具所不具备的。  

二、材料方面

聚乳酸（PLA）材料由植物淀粉原料制成是增材制造领域的常用材料，属于可降解的生物材料，有利于环保和绿色可持续的发展。运用聚乳酸（PLA）材料制作齿轮传动教具，代替传统的单个金属齿轮，不仅降低了成本和制造所需时间，对于齿轮传动这种频繁受力，且受力较大的装置，其出色的韧性及良好的强度，保证了该教具有较长的使用寿命。

三、结构方面

该系列教具主要由底座支架、轴、弹性挡圈、轴承、齿轮等零件构成。其中轴与齿轮配合弹性挡圈在轴上控制轴的位置在轴的中间，轴的两端再与装有轴承的底座支架配合，轴的一端有方轴可与手柄配合，转动手柄即可轻而易举地实现齿轮的传动。底座支架合理设置了打印的壁厚及填充密度，为齿轮组的平稳传动提供了基本条件。轴采用的是花键轴的设计，这样一来使之与齿轮的配合就具有了周向的定位，无需再设计其他周向定位零件，提高了教具的整体性。其次花键轴与弹性挡圈分别为轴上转动的齿轮提供了周向与轴向的定位，保证了教具的平稳运行。

四、设计方面

该系列教具具有较强的针对性。以中职机械类专业机械基础课程中的三种齿轮传动类型为设计基础，将齿轮的啮合传动形式、传动方向、传动比、转速计算这些教学重难点，处理成学生易于理解的状态，通过优化的设计以教具的形式呈现在学生面前，帮助其突破教学重难点。考虑到增材制造的特性整套教具采用“无支撑”的设计，支架上的镂空结构采用了“防悬垂”的设计，在节省材料实现轻量化实的同时，大大降低了制作的难度，也保证了轴承与支架的安装精度及便捷性。由于聚乳酸（PLA）这种材料的具有收缩性，各个配合零件的尺寸公差均经过了优化设计。此外，该系列教具采用了标准化设计理念，支架、花键轴、弹性挡圈、轴承均为通用部件（标准件），大大降低了设计与制作难度，并提高了装配的便捷性。

综上所述，该教具具有教育性、科学性、直观性、经济性、环保性等特点。

（更多内容请查看另附的图纸和教学活动视频）

关于中职机械类专业齿轮传动系列教具在实际教学中的使用情况和效果汇报如下：

一、提升了学生的综合能力

    该教具设计与制作融合了机械类专业多学科的知识与技能。教师在课前布置任务，让各小组成员完成各套教具的组装，在装配的过程中，学生会先根据各零件名称想其功能，运用之前所学的专业知识，规划好组装的顺序及各零件的位置关系，组装好后还要进行试验，看教具能否满足要求。若试验效果不佳，还要再加以调整，最终装配出学生自己满意的教具。在这个过程中，学生要结合已有的知识和能力解决新问题，这是有利于锻炼他们分析问题和解决问题能力的。大多数学生实验是以小组形式进行的，小组实验涉及分工合作，这有利于培养学生的合作意识和沟通能力。

二、激发了学生的学习兴趣

中职机械类专业齿轮传动系列教具利用新技术、新工艺制作（增材制造技术）有别于传统的教具，自带吸引学生关注的属性，加之本身色彩艳丽，在教学过程学生的注意力就会不由自主地集中。该教具贯穿了整堂课，课程的引入环节教师展示了该系列教具中的四套，它的形状和鲜艳的色彩很容易吸引学生，触动了学生对学习本节课知识的欲望，使学生全神贯注地开始了学习之旅。

三、增强了课堂互动性与气氛

在探究齿轮传动方向的环节，以任务驱动的方式引导学生通过观察教具的运动，在模型简图上标出三种齿轮传动的传动方向，并邀请学生上台利用模型讲解，最后师生一起总结出三种齿轮传动的传动方向特征；在探究齿轮传动的传动比环节，教师通过教具中主、动轮的差异，引出传动比计算的学习。在最后“体验传动比力量”的环节，教师邀请学生上台转动传动比为1:243的教具，实现齿轮组末端转速达到了10000r/min，高速旋转的齿轮将课堂气氛推向了高潮。综上所述，在教学中应用该教后学生与教师的互动次数明显增加了，这说明应用该教具可以让大多数学生参与到课堂中，并主动地进行学习。

四、突破了教学重难点

教师在讲解某些比较抽象难懂的知识点时，可以用教具来直观形象地呈现这些知识，从而帮助学生更好地理解。比如传动比的概念不好理解，学生往往是从数学比值的角度看待它，在课程中教师从学生在探究过程中发现的主、从动轮转速差异入手，将传动比的实质还原成事物的表象即“小轮带大轮，大轮转速比小轮慢；大轮带小轮，小轮转速比大轮快”，再从专业的角度解读传动比，这样一来知识点更容易被学生掌握，从而突破难点。

整个教学过程下来，申报者认为中职机械类专业齿轮传动系列教具针对齿轮传动的教学起了非常重要的作用。主要体现在以下三点：第一，由于该教具直观、生动的特点，有效的帮助学生理解了齿轮啮合传动形式和传动比的概念，能正确判断齿轮传动的方向，建立起了基本的机械传动观念，为后面的轮系传动学习打下坚实的基础。第二，该教具在教学过程中多次使用，有效的辅助了教学，丰富了教学手段，其中蕴含的模型（实物）思想对学生有一定的启发作用。第三，该教具的设计制作与机械专业联系紧密，配合有效的教学手段，学生的学习积极性充分地被调动了起来。