Đề tài Giảng dạy phần cấu tạo và nguyên lý cơ cấu cơ khí môn kỹ thuật công nghiệp trung học phổ thông

sở giáo dục đào tạo tỉnh sơn la
trường THPT Thuận Châu
*********************
&
sáng kiến kinh nghiệm
giảng dạy phần cấu tạo và
nguyên lý cơ cấu cơ khí
môn KTCN THPT
Người làm đề tài: Nguyễn Ngọc Thuỳ
Môn: Kỹ thuật công nghiệp
Tổ: Lý - KCN
Trường: THPT Thuận Châu
Thuận Châu, ngày 26 tháng 2 năm 2006
Tài liệu tham khảo
- Phương pháp dạy học KTCN tập I, tập II – tác giả Nguyễn Văn Bính, Trần Sinh Thành, Nguyễn Văn Khôi – NXB giáo dục
- Phương tiện dạy học KTCN – tác giả Lê Huy Hoàng – NXB ĐHSP Hà Nội - 2005
- Thiết kế cơ khí với SOLIDWORKS 2004 – Tác giả KS. Phạm Quang Huy - NXB giao thông vận tải.
- Thiết kế bản vẽ kỹ thuật với AUTOCAD R14, R2000 (Computer Aided Design) – Tác giả Th.sĩ Chu Văn Vượng – NXB Đại học sư phạm.
- Sử dụng AUTOCAD R14 (Computer Aided Design) – Tác giả T.sĩ Nguyễn Hữu Lộc – NXB thành phố HCM.
- Cấu tạo ôtô. 
- SGK Kỹ thuật 11.
phần i: đặt vấn đề
I . cơ sở lý luận:
	 1. Lý do chọn đề tài:
Như chúng ta đã biết đối tượng nghiên cứu của KTCN là quá trình lao động kỹ thuật của con người. Đó là quá trình tác động vào thế giới tự nhiên để tạo ra sản phẩm phục vụ lợi ích của con người. Nó bao gồm:
Đối tượng lao động: đó là vật liệu, năng lượng, thông tin. Chúng có thể là sản phẩm của thiên nhiên hoặc của con người tạo ra.
Công cụ lao động: phương tiện kỹ thuật từ những công cụ đơn giản đến các máy móc thiết bị và hệ thống kỹ thuật để truyền tác động của con người đến đối tượng lao động.
Lao động kỹ thuật của con người: đó là sự gắn bó giữa người với đối tượng lao động thông qua công cụ lao động. Nó bao gồm các phương pháp công nghệ, phương pháp tổ chức, quản lý, điều hành quá trình sản xuất... sao cho đạt hiệu quả cao.
Khi nghiên cứu về kỹ thuật - công nghệ cần phải đặt nó trong mối quan hệ với con người, với xã hội, với tự nhiên và môi trường theo quan điểm sinh thái học. Vì cuộc cách mạng khoa học - công nghệ đương đại đang đưa đến cho loài người những niềm hy vọng với cả những nỗi lo âu đó là quyền lực kỹ thuật và quyền lực chính trị có thể bị lạm dụng gây nên những tai hoạ khôn lường cho nhân loại, tài nguyên bị cạn kiệt, môi trường bị ô nhiễm...
Đối với bộ môn KTCN phổ thông. Đây là môn học phản ánh những thành tựu khoa học tương ứng, nhưng nó chịu sự quy định của những điều kiện dạy học. Nội dung dạy học trong trường phổ thông phải cơ bản, thiết thực, hiện đại đồng thời phải phù hợp với sự phát triển tâm sinh lý của học sinh và đáp ứng yêu cầu tiến bộ khoa học - công nghệ. Do đó môn KTCN trong trường THPT chỉ tập trung nghiên cứu các đối tượng về:
Các dạng nguyên vật liệu, năng lượng, thông tin phổ biến được sử dụng trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp, như vật liệu cơ khí, vật liệu kỹ thuật điện, năng lượng dầu mỏ(xăng, dầu...), điện năng, cơ năng, bản vẽ kỹ thuật.
Các phương tiện kỹ thuật phổ biến trong lĩnh vực công nghiệp và cách sử dụng chúng, như các dụng cụ cầm tay (dụng cụ cắt gọt, dụng cụ tháo lắp điều chỉnh, dụng cụ tác dụng...), các loại dụng cụ đo và kiểm tra (thước đo, đồng hồ đo...), các loại máy móc - thiết bị kỹ thuật (máy cắt gọt, máy vận chuyển, máy điện, lò nung, khuôn đúc, các thiết bị điện...
Các quá trình kỹ thuật - công nghệ điển hình trong sản xuất công nghiệp, như quá trình truyền và biến đổi các dạng chuyển động và năng lượng, quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng, các quá trình và phương pháp gia công vật liệu kỹ thuật (gia công định dạng, biến dạng, ghép nối, cắt gọt, xử lý bề mặt sản phẩm...), quá trình thu phát năng lượng điện từ...
Như vậy đối tượng nghiên cứu của môn KTCN rất phong phú, đa dạng, thuộc nhiều lĩnh vực cụ thể khác nhau trong sản xuất công nghiệp (cơ khí, động lực, điện kỹ thuật, điện tử...)
Nội dung và mức độ phản ánh những đối tượng trên được thể hiện trong chương trình và hệ thống tài liệu giáo khoa của môn học. Chúng được lựa chọn và sắp xếp thành các phân môn cụ thể đó là.
Vẽ kỹ thuật - gia công vật liệu. Chương trình lớp 10.
Động cơ đốt trong - ôtô máy kéo. Chương trình lớp 11.
Điện kỹ thuật - điện tử. Chương trình lớp 12.
	2.Cơ sở lí luận của đề tài.
	 Quan niệm giáo dục hiện nay với mục tiêu của giáo dục là: “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài”, hướng tới công cuộc “công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước” các trường THPT trong toàn quốc hiện nay đã và đang quan tâm tới việc nâng cao chất lượng giảng dạy và đổi mới phương pháp dạy học nhằm định hướng cho học sinh THPT về lựa chọn nghề nghiệp trong tương lai. Đặc biệt là các môn khoa học tự nhiên, trong đó có môn Kỹ thuật công nghiệp đã từng bước đưa các đồ dùng dạy học hiện đại vào giảng dạy.
- Phát huy tính tích cực của học sinh, lấy học sinh là trung tâm. Vì vậy việc thay đổi phương pháp giảng dạy và nghiên cứu phương pháp giảng dạy để tiếp cận mang tính phù hợp với đối tượng học sinh là một vấn đề quan trọng.
- Với môn KTCN là môn học gắn liền các khái niệm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cơ cấu máy. Một bước rất quan trọng để hình thành khái niệm và nguyên lý hoạt động của cơ cấu là dẫn dắt học sinh đi từ tư duy trừu tượng đến trực quan sinh động. ở đây việc áp dụng các phương tiện dạy học hiện đại vào bài giảng là rất quan trọng, nó quyết định đến sự hình thành tư duy kỹ thuật cho học sinh tạo điều kiện cho việc lĩnh hội kiến thức và hình thành kỹ năng.
* Phương phương pháp đặc trưng của bộ môn:
- KTCN là môn học mang tính thực tiễn. Dạy KTCN để học sinh lĩnh hội kiến thức khoa học, để trở thành những người lao động sáng tạo xây dựng tổ quốc giàu mạnh, góp phần đẩy mạnh công cuộc “công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước”. Người giáo viên ngay ban đầu phải hình thành phương pháp giảng dạy phù hợp với đặc trưng bộ môn.
	- Một vấn đề cần quan tâm là đối tượng học sinh mà tôi trực tiếp giảng dạy đại đa số là học sinh ở các vùng sâu, vùng xa. Trình độ nhận thức các em không đồng đều, các em đại đa số không thích học các môn học tự nhiên. Mặt khác địa bàn khu vực còn non kém về nền công nghiệp. Như vậy việc áp dụng phương pháp dạy học mới để tiếp cận phù hợp với đối tượng học sinh là rất khó khăn. Tuy nhiên,với việc hình thành phương pháp học mới cho học sinh sẽ có tác dụng cho học sinh cảm thấy hứng thú và yêu thích môn học.
 3.Giới hạn của đề tài và nhiệm vụ nghiên cứu.
	- Vấn đề mà tôi nghiên cứu, được đưa ra làm sáng kiến kinh nghiệm là giảng dạy phần nguyên lý của cơ cấu cơ khí trong bộ truyền mômen hệ thống truyền lực ôtô. Bài “khớp các đăng” chương trình kỹ thuật cơ khí lớp 11 THPT.
Đây là chương “hệ thống truyền lực ôtô”. Trong quá trình giảng dạy tôi thấy học sinh chưa nhận thức đầy đủ về cấu tạo và nguyên lý của cơ cấu.
Đây là những kiến thức quan trọng để học sinh nắm vững được cấu tạo và nguyên lý của các cơ cấu trong hệ thống. Khi giảng dạy bài này giáo viên cần dạy theo phương pháp dạy học như thế nào để:
+ Học sinh hiểu được sự cần thiết phải dùng khớp các đăng để truyền mômen.
+ Học sinh nắm được cấu tạo của khớp các đăng
+ Học sinh nắm được nguyên lý hoạt động của khớp các đăng. 
+ Học sinh thấy được tác hại của việc truyền chuyển động không đồng tốc trên ôtô và tìm ra giải pháp thực hiện khớp đồng tốc.
+ Học sinh nắm được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khớp đồng tốc, phạm vi ứng dụng của các khớp đồng tốc trên các bộ phận của ôtô.
+ Học sinh hiểu bài, vận dụng kiến thức của để khảo sát thực tế.
	4. Đối tượng, địa bàn nghiên cứu: 
- Đối tượng nghiên cứu: Khớp các đăng trên ôtô.
- Địa bàn nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu vận dụng với học sinh THPT tại trường THPT Thuận Châu.
Phương pháp này phù hợp với mọi đối tượng học sinh.
	 5. Phương pháp nghiên cứu :
	- Qua nhiều năm công tác giảng dạy, đối tượng học sinh lớp 11 THPT vấn đề mà tôi cảm thấy cần phải tìm ra một phương pháp mới để giúp học sinh nắm được cấu tạo nguyên lý hoạt động của các cơ cấu cơ khí nhất là truyền lực các đăng.
	 - Qua mỗi bài soạn hàng năm của cá nhân, sau mỗi năm đều có sự chỉnh lý để nâng cao chất lượng bài soạn.
	- Căn cứ vào quá trình dự giờ thăm lớp với đồng nghiệp.
	- Căn cứ vào quá trình kiểm tra đánh giá tín hiệu ngược cuả học sinh
II . cơ sở thực tiễn của đề tài này.
1. Khảo sát thực tế đối tượng nghiên cứu:
- Trước đây căn cứ vào cách dạy trong sách giáo khoa là giáo viên giảng dạy theo phương pháp thuyết trình nêu vấn đề việc sử dụng rất ít ví dụ và mô hình trực quan, trang thiết bị thí nghiệm – thực hành trong nhà trường còn nhiều hạn chế làm cho học sinh rất khó hình dung ra nguyên lý hoạt động của cơ cấu.
- Kiến thức trọng tâm: Học sinh nắm được cấu tạo, mối quan hệ lắp ghép các chi tiết trong cơ cấu và nguyên lý hoạt động của cơ cấu.
- Dùng phương pháp thuyết trình, nêu vấn đề tập trung vào hình vẽ SGK hoặc bản vẽ thông thường sẽ không có hiệu quả cao trong việc lĩnh hội kiến thức, cách giảng dạy này học sinh khó hiểu gần như là áp đặt. Học sinh chưa thấy rõ bản chất của vấn đề. 
	* Ưu điểm: Cách dạy này có ưu điểm là đơn giản, không đòi hỏi trang thiết bị dạy học ở mức độ cao, dễ thực hiện.
 * Hạn chế:
- Học sinh tiếp nhận kiến thức gần như là áp đặt.
- Chưa thấy được bản chất cụ thể.
- Một số học sinh yếu và trung bình vẫn còn mơ hồ khi phân tích nguyên lý hoạt động.
- Đối với giáo viên giảng phần này sẽ thấy rất khó dạy cho học sinh hiểu bài.
	Qua thực tế rút ra bài học từ chính bài giảng của mình và kết quả vận dụng kiến thức của học sinh theo từng năm học tôi thấy cần phải đổi mới phương pháp dạy học với phần nguyên lý hoạt động của cơ cấu cơ khí để học sinh tiếp cận cấu tạo và nguyên lý một cách rõ ràng hơn.
	 Trong đề tài này, tôi mạnh dạn đưa ra những kiến thức, phương pháp của mình về hướng tiếp cận cấu tạo và nghiên cứu nguyên lý làm việc của cơ cấu cơ khí dành cho học sinh lớp 11 THPT.
2 . Đề xuất hướng dạy mới.
- áp dụng phần mềm SOLIDWORKS để tạo ra các mô hình 3D, tạo ra các hình ảnh của các chi tiết trong cơ cấu.
- Dùng chế độ MATE trong SOLIDWORKS để liên kết các chi tiết được lắp ghép và thực hiện các thao tác tháo lắp thông qua chế độ ANIMATION và CREATE VIDEO tạo thành các đoạn phim hoạt hình.
- Dùng chế độ SIMULATION để tạo các chuyển động cho các chi tiết và CREATE VIDEO.AVI tạo thành các đoạn phim hoạt hình.
- Dùng POWERPOINT để trình chiếu.
- Học sinh quan sát hình ảnh để hình thành khái niệm về từng chi tiết cũng như cấu tạo chung của cả cơ cấu, qui trình tháo - lắp các chi tiết.
- Cho học sinh quan sát phim hoạt hình mô phỏng hoạt động của cơ cấu để nắm được ngyuên lý.
Phần II: nội dung của đề tài
I. Thể hiện phương pháp giảng dạy giáo án cụ thể.
1. Sự cần thiết phải có trục các đăng trên ôtô:
- Học sinh đã được nghiên cứu kỹ về cấu tạo chung của hệ thống tuyền lực trên ôtô trong phần trước, yêu cầu học sinh quan sát hình vẽ sau.
a
L
Hình 1: Sơ đồ hệ thống truyền lực xe 1 cầu chủ động
Dùng phương pháp đàm thoại để dẫn dắt học sinh thấy được sự cần thiết của khớp các đăng trên ôtô.
a
L
L’
a’
Hình 2: Sự thay đổi góc và khoảng cách truyền từ hộp số đến cầu chủ động 
Học sinh tự suy luận một cách logic về góc truyền a và khoảng cách truyền L và nhận thấy các thông số này luôn thay đổi khi xe chuyển động do hai nguyên nhân: Mặt đường không bằng phẳng và trọng tải của xe thay đổi. Từ đây học sinh có thể được điều kiện truyền chuyển động trong trường hợp này và có thể tự hình thành được khái niệm về trục các đăng từ điều kiện truyền chuyển động.
2. Cấu tạo của khớp các đăng:
Video1: Mô phỏng cấu tạo và quá trình tháo lắp khớp các đăng
Học sinh quan sát hình vẽ 3 chiều thông qua projector trên màn hình và hoàn toàn có thể hình dung ra hình dạng của các chi tiết chính thong khớp các đăng. Ngoài ra còn cho học sinh quan sát chuyển động hoạt hình mô phỏng quá trình tháo - lắp các chi tiết (các trục) của khớp để thấy được cấu tạo bằng cách tự suy luận.
3. Phần nguyên lý làm việc:
wx
wy
Học sinh quan sát hình vẽ và cùng xác định đường truyền động từ trục X sang trục Z thông qua trục chữ thập với hình thức tạm thời công nhận.
Hình 3: Liên kết và truyền động thông qua trục chữ thập.
Cho học sinh quan sát mô phỏng hoạt động của khớp các đăng bằng đoạn phim hoạt hình. 
Video 2: Mô phỏng hoạt động của khớp các đăng.
Học sinh xác định các thông số truyền động như chiều quay, số vòng quay và vận tốc góc của các trục và thông qua đoạn phim học sinh công nhận quá trình truyền động có thể thực hiện được.
Dễ dàng nhận thấy hai trục quay cùng chiều, số vòng quay của hai trục bằng nhau, nhưng không thể nhận biết được sự khác nhau về vận tốc của hai trục. Trong thực tế kiểm tra nếu trục chủ động quay đều thì trục bị động sẽ quay với vận tốc biến đổi theo chu kỳ (quay không đều) 
Vận tốc quay của trục bị động được xác định bằng công thức sau:
Cho các số liệu về góc a thì học sinh có thể xác định được sự biển đổi vận tốc trục bị động phụ thuộc vào yếu tố nào.
Ví dụ: 
Cho: Truyền đồng tốc
Cho: Không truyền được.
 hai trục quay khác vận tốc.
Học sinh có nhận xét rằng vận tốc của bánh xe quay không đều làm cho xe chuyển động lúc nhanh, lúc chậm và mất tính ổn định của xe. Vậy làm thế nào để khắc phục nhược điểm này.
4. Giải pháp thực hiện khớp đồng tốc.
Nếu a=b thì:
wx= wz
Để wx= wz thì a = b và chỉ có thể xảy ra trong hai trường hợp sau:
Hai trục song song:
wx
wy
wz
a
a
Hình 4: Hai trục song song.
ống then hoa
Trục Z
Trục X
Trục Y
	Cấu tạo: Dùng 2 khớp các đăng nối tiếp nhau.Trục chủ động X truyền mômen cho trục bị động Z thông qua trục trung gian Y. ống then hoa có nhiệm vụ thay đổi chiều dài dọc trục.
wx
wy
wz
Hình 5: Cấu tạo khớp đồng tốc.
Hình 6: Liên kết và truyền lực của khớp đồng tốc.
Học sinh quan sát phim hoạt hình mô phỏng nguyên lý làm việc của khớp đồng tốc, trên cơ sở đó nhận thức được khả năng truyền mômen thông qua trục trung gian.
Video 3: Mô phỏng nguyên lý khớp đồng tốc hai trục song song.
	Phạm vi ứng dụng: Truyền mômen từ hộp số đến cầu chủ động phía sau, thường áp dụng trên các xe ôtô vận tải thông thường.
a
L
Hình 7: ứng dụng hai trục song song.
Hai trục cắt nhau, trục trung gian vuông góc với mặt phảng đối xứng của hai trục:
wx
wz
wy
a
a
Hình 8: Hai trục cắt nhau.
ống then hoa
Trục Z
Trục X
Trục Y
wx
wy
wz
Cấu tạo: Dùng 2 khớp các đăng nối tiếp nhau.Trục chủ động X truyền mômen cho trục bị động Z thông qua trục trung gian Y. ống then hoa có nhiệm vụ thay đổi chiều dài dọc trục.
Hình 9: Liên kết và truyền động hai trục cắt nhau.
Học sinh quan sát phim hoạt hình mô phỏng nguyên lý làm việc của khớp đồng tốc, trên cơ sở đó nhận thức được khả năng truyền mômen thông qua trục trung gian.
Video 4: Mô phỏng nguyên lý khớp đồng tốc hai trục cắt nhau.
Phạm vi ứng dụng: Dùng để truyền mômen từ cầu chủ động đến bánh xe dẫn hướng chủ động. thường được đặt ở cầu trước.
Hình 10: ứng dụng hai trục cắt nhau.
Như vậy với cách tiếp cận trên học sinh được quan sát trên các đoạn phim hoạt hình mô phỏng hoạt động của cơ cấu có thể nói đây là một buổi tham quan thực tế ảo tạo điều kiện cho học sinh hiểu sâu về bản chất của quá trình kết nối và truyền mômen trong các cơ cấu cơ khí. Giảm tối đa việc học sinh phải thừa nhận mang tính áp đặt .
II. Kết quả thể nghiệm.
So sánh với kết quả bài đầu khi chưa vận dụng hướng khai thác này tôi thấy có sự chuyển biến rõ rệt. Các em đã hiểu sâu sắc vấn đề, biết vận dụng kiến thức trong thực tế.
	Trong giờ học các em sôi nổi tham gia trao đổi kiến thức, không nặng nề, phụ thuộc vào những kiến thức giáo viên thuyết trình.
III.Những Kiến Thức Đề Xuất.
	1. Đối với người dạy và người học.
	- Để đạt được yêu cầu trên, sự cố gắng phải từ hai phía cả thầy và trò.
	Đối với học sinh :
 - Phải chuẩn bị bài thật kỹ theo yêu cầu của giáo viên (hệ thống câu hỏi trọng tâm GV đưa ra).
	- Phải đầu tư thời gian nhất định để trau rồi kiến thức qua các tư liệu tham khảo (giáo viên giới thiệu).
	- Chủ động trong giờ học, phát huy sự tư duy, sáng tạo của mình dưới sự hướng dẫn của thầy.
	Đối với giáo viên:
- Phải đầu tư soạn giáo án cẩn thận, chu đáo từ nguồn tư liệu và kiến thức của mình.
	- Phải có hướng khai thác hợp lý, khoa học thấu đáo, phát huy trí lực của học sinh.
	2. ý kiến với các cấp lãnh đạo chỉ đạo bộ môn.
	- Dạy học KTCN là một việc rất khó khăn để giúp học sinh thấy được bản chất của vấn đề. Để thực hiện được điều này phụ thuộc vào nhiều nhân tố. Trong đó có yếu tố quan trọng là sự quan tâm chỉ đạo kịp thời, sát sao của chuyên môn thuộc nghành giáo dục. Chúng tôi những giáo viên trực tiếp giảng dạy bộ môn KTCN ở trường THPT, từ những thực tế đã nêu ở trên xin kiến nghị với bộ phận phụ trách chuyên môn một số vấn đề như sau:
a. Ngành giúp đỡ các nhà trường tăng cường thực hành thí nghiệm.
	b. Ngành giúp đỡ các nhà trường các nhà trường bổ sung các loại sách tài liệu tham khảo, để giúp giáo viên thuận tiện trong việc phục vụ giảng dạy.
	c. Ngoài đợt bồi dưỡng chuyên môn trong hè, nên có những đợt bồi dưỡng thêm về chuyên môn cho giáo viên.
	d. Cho giáo viên đi thực tế, học tập kinh nghiệm ở các trường điểm trong tỉnh và các trường bạn ngoài tỉnh.
	e. Đầu tư các phương tiện dạy học mới.
Phần III: Kết Luận Chung
Qua nhiều năm công tác giảng dạy bộ môn KTCN tại trường THPT Thuận Châu với niềm say mê nghề nghiệp, tinh thần trách nhiệm với công việc được giao, nỗi trăn trở về nhận thức non yếu của học sinh và phương pháp dạy học cũ tôi nhận thấy cần phải cải tiến phương pháp giảng dạy, tìm ra hướng tiếp cận kiến thức cho học sinh và hình thức dẫn dắt học sinh tìm hiểu kiến thức. Đặc biệt là giảng phần nội dung cấu tạo và nguyên lý làm việc của các thiết bị kỹ thuật.
Sau một thời gian tìm tòi học hỏi và nghiên cứu tài liệu, tôi đã xây dựng và thiết kế được một số tư liệu kỹ thuật phục vụ cho công tác giảng dạy bộ môn KTCN với hình thức áp dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy. 
Trên đây chỉ là những ý kiến của cá nhân tôi qua kinh nghiệm của bản thân trên thực tế còn ít ỏi. Mong muốn có thể giúp học sinh tiếp cận cơ cấu máy một cách chủ động với phương pháp nghiên cứu mới. Đặc biệt trong đề tài này giúp các em say mê, hứng thú học môn khoa học tự nhiên này.
Rất mong sự đóng góp trao đổi ý kiến của đồng nghiệp!
Thuận Châu, ngày 26 tháng 2 năm 2006
Người viết đề tài
Nguyễn Ngọc Thuỳ
Nhận xét của Ban giám hiệu:
......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................