差动螺旋分析

中职生学习“差动螺旋传动”的障碍浅析

常熟市练塘职业技术学校 蒋加云

[摘 要] 《机械基础》是机械、机电类专业的一门专业基础课，差动螺旋传动是其中“螺旋传动”一章的难点，教学实践发现，学生较难理解“差动”的含义，并在解决计算及有关方向判别问题时存在一定的困难，笔者根据多年教学积累的经验对此进行障碍分析，同时给出“类比模型教学法”建议，以期对教学有所帮助！

[关键词] 中职生 机械基础 差动螺旋传动 障碍

差动螺旋传动是《机械基础》螺旋传动章节中的难点，中等职业学校机械、机电类专业学生在学习此部分内容时，常常出现一些典型问题，笔者根据本人多年教学实践经验及其他教师的研究，对此进行归纳、分析，并提出一些教学建议。

一、中职生学习“差动螺旋传动”常见的障碍

1．很难理解“差动螺旋传动”中“差动”的含义，往往认为“差动”就是某两个位移相减的意思； ．．

2．解决相关计算问题时，主要有两方面的障碍：

（1）求移动件位移时，常常错误运用公式，即L =n (ph 1-ph 2)；

（2）已知移动件位移和一处螺旋副导程，需求另一处导程时，思维混乱，不知道对情况进行讨论；

（3）运用公式L =n (ph 1±ph 2)时，不知道ph 1和 ph 2分别对应螺旋

机构中的哪一处螺距。

3．判别移动件移动方向时，主要存在两种障碍：

（1）知道“左、右手定则”内容，但不会真正“操作”；

（2）将“差动螺旋传动”当作是“螺杆转动、螺母移动的普通螺旋传动”情形， 认为“活动螺母”的移动方向始终与“螺杆”的移动方向相反；

（3）对“差动螺旋传动”的位移判别方法呈现“零认知”。

二、原因分析

中职生学习“差动螺旋传动”时出现上述障碍，与教学技术、学生的认知水平及非智力因素（情感、兴趣等）、所使用的教材等因素都有一定的关系。

障碍一：关于“差动”含义的理解

分析：1．教师、教材因素的影响：关于“差动螺旋传动”的概念，有几种不同的定义：

（1）曾有教材将“两处螺旋方向相同”的螺旋传动称为“差动螺旋传动”，可以产生极其微小的位移，而将“两处螺旋方向不同”的螺旋传动称为“复合螺旋传动”，可以产生很大的位移；

（2）中职现在使用的劳动版教材上给出了这样的定义—— 由两．个螺旋副组成的使活动的螺母与螺杆产生差动(即不一致) 的螺旋传动．．．

称为差动螺旋传动，其中两个螺旋副的旋向可以相同，也可以不同，即可以产生位移和快速移动；

（3）还有老师根据自己的理解重新组织语言，给出其它解释—— 差动螺旋传动是指活动螺母及与其相配合的活动螺杆相对于机架均产生移动，而移动的距离不同的一种螺旋传动1。

2．受语词理解的“负迁移”影响，学生很容易将“差动螺旋传动”中的“差”与“减”联系在一起，从而认为“两处螺纹的螺旋方向相反的螺旋传动”才是“差动螺旋传动，其实，这只是其中的一种．．

情形。

障碍二：计算位移时出现的障碍

1．计算移动件位移的正确公式应该是：L =n (ph 1±ph 2)，当两处

螺纹的旋向相反时用“+”，反之，则用“—”。教师在教学过程中，一般都会对此作强调，但学生并不会因此少犯错误，他们之所以总将公式记成L =n (ph 1- ph 2)，仍然是受理解语词“差”的负迁移的影响；

2．此种问题即：已知位移L 、ph 1（或ph 2），求ph 2（或ph 1）。

求解时，有些学生只想到将已知数据代入L =n (ph 1+ph 2)或L =n (ph 1-ph 2)中的一个试算，殊不知有时两种情形都可能出现，从而

出现漏解，有时，虽然从结果上来看是对的，但解答的过程不够严密。此处出现障碍的原因是学生学习完该部分内容后形成的认知结构不

完善，对可能出现的情形想不到予以讨论；

3．出现此障碍的原因，主要是对差动螺旋传动的原理不能理解，至于如何确定两处螺纹的螺距与公式中的ph 1和ph 2对应关系，在障碍

三的第三条里说明。

障碍三：移动件移动方向的判别

1．左右手定则判别普通螺旋传动移动方向的内容是：根据旋向确定用左手或右手（左旋用左手，右旋用右手），四指绕向与螺杆（或螺母）的回转方向一致，大拇指所指的方向（或相反方向）即是所判别的移动方向。调查发现，一般来说，学生能够“说出”判别方法，但在“操作”时存在一些问题，即“四指不知道怎样弯”，于是乎大．．．．．．．．．

拇指所指的方向也就出错了。

2．没有理解“差动螺旋机构的组成”是导致此障碍的主要原因。教材在诠释“差动螺旋传动”的定义时，很清楚地指出由三个构件组成两个螺旋副，这三个构件分别是：可动螺杆1（既能转动，又能移动）、移动螺母2（只能移动，不能转动）、固定螺母3（机架），其中1与3、2与3分别组成一个螺旋副（图略）。由此可以看出，构件1与构件2根本不接触，又谈何组成运动副呢？学生学习时，产生这样的障碍，可能与教师教学时未能解释清楚或学生没有听清楚有关。学生有时遇到的“差动螺旋机构”与教材上给出的机构图会出现差异，

只要学生能抓住问题的本质，就不会影响解决问题的正确性了：撇开三个构件的结构形式，抓住它们的运动特点，即一个构件（1）既能转动又能移动、一个构件（2）只能移动不能转动、还有一个构件（3）固定不动（称之为机架）。在运用公式时，构件1与构件3组成的螺旋副的螺距对应公式中的ph 1，构件2与构件3组成的螺旋副的螺距

对应公式中的ph 2。

三、教学建议

针对上述提出的中职生在学习《机械基础》“差动螺旋传动”相关内容时存在的障碍及作出的分析，在此，笔者提出一些教学建议，以期达到正确引导、启发学生积极思维、提高教学效果的目的！

1、“差动”的含义教学 —— 运用类比模型

由于中职生文化基础不够高（生源越来越差），并且缺乏机械生产实践经验，受教学条件限制，教师无法通过向学生提供直观教具或带领学生现场观摩，因而学生在学习专业知识时无法建立起感性认识，因此在学习时会产生很大的困难！这是笔者在教学中获得的深切体会。那么，作为教师，是否可以在教学中采取其它的方法，起到化难为易，最大限度地降低学生学习的困难呢？笔者认为，在讲解“差动螺旋传动的定义”时，教师可以用恰当的类比模型帮助学生理解。

教学中，笔者用生活中的实例：有一辆在地面上行驶的汽车、车

内有一个沿车身方向走动的人，用这个形象生动的实例类比“差动螺旋传动”，降低学生想象的难度。下面是本人教学时对学生所作的讲解：

类 比

汽车（运动） 螺杆（既转又移）

人（运动） 活动螺母（只移不转）

地面（静止） 固定螺母（静止）

汽车运动，带着车内的人一起向某个方向运动，若人在车内不走动，则人与汽车的位移（均相对地面）是相等（一致）的，若人在车内走动，人与汽车的位移（均相对地面）就不相等（一致）了。

同样的道理（类比）：

螺杆移动，带动螺杆上的活动螺母一起向某个方向移动，同时，活动螺母在螺杆上也作相对移动（相当于上例中的人在车内走动），因此，活动螺母的位移与螺杆的位移（相对于固定螺母）就不相等（不一致）了。

这里，通过类比模型教学，学生可以运用自己熟悉的类比物对陌生领域（螺旋传动）中的问题进行推理，提高自己的理解力！2

2．差动螺旋传动公式—— 借助上述类比模型，用图解法推导 螺杆相对固定螺母、活动螺姆相对螺杆的运动方向属于普通螺旋

方向的判别，应该问题不大，这里不再加以赘述。

（1）人在车内的走动方向与车的运动方向相同

L 人=L 车+L 人对车

L =n (ph 1+ph 2)

（结果为“正” ） （两处旋向相反，ph 1与ph 2无大小关系）

（2）人在车内的走动方向与车的运动方向相反

分两种情形：

①人的速度小于车的速度（人与车相对地面的位移方向相同）

L 人=L 车-L 人对

L =n (ph 1-ph 2) 车

（结果为“正” ） （两处旋向相同，ph 1＞ph 2）

②人的速度大于车的速度（人与车相对地面的位移方向相反）

L 人=L 车-L 人对车 L =n (ph 1-ph 2)

（结果为“负” ） （两处旋向相同，ph 1＜ph 2）

3．活动螺母的位移方向的判别

仍然借助上述类比模型，可以看出，当计算结果为“正”时，人与车相对地面位移方向相同（类比 活动螺母与螺杆相对固定螺

母的位移方向相同）；当计算结果为“负”时，人与车相对地面位移方向相反（类比 活动螺母与螺杆相对固定螺母的位移方向相反）。

因此，差动螺旋传动中活动螺母的位移方向判别可以归结为这样三步曲：1．判别螺杆的位移方向；2．根据公式计算活动螺母位移L ；

3．由L 的符号确定活动螺母的位移方向（即：L 为“正”， 活动螺母与螺杆相对固定螺母的位移方向相同；L 为“负”， 活动螺母与螺杆相对固定螺母的位移方向相反）。

4．学生在知识获得过程中，要注重有意义学习，少一些机械学习

中职学生中多数学生文化基础不高、学习动力不足，学习中往往采用“死记硬背”的机械学习方法，这种学习不利于问题解决的迁移。奥苏伯尔认为，“为迁移而教”（类比模型教学、理解教学等）的实质是塑造学生良好的认知结构。教师在机械基础“差动螺旋传动”或其它章节内容的教学中，根据学科特点和学生的认知结构，可以从教学技术、教材内容及教材呈现三个方面，进行有意义教学，确保学生形成良好的认知结构，以利于迁移！2

机械基础与文化基础课有着不同的特点，中职生的认知水平和对

学习的情感因素使得他们在学习专业知识时，存在较大的障碍。我们教师需要分析和挖掘教材内容，根据学生特点，采用便于学生接受的教学方法进行教学，尽最大可能提高教学效果！

参考文献： 1

2 http://www.it131.net.cn/bottom.php?id=2237 吴庆麟．认知教学心理学M ］．上海：上海科学技术出版社，2000．