Vận dụng phương pháp sơ đồ hóa trong dạy học học phần Ứng dụng động cơ đốt trong

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Educational Sci. 2012, Vol. 57, No. 9, pp. 104-110 VẬN DỤNG PHƯƠNG PHÁP SƠ ĐỒ HÓA TRONG DẠY HỌC HỌC PHẦN ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Nguyễn Trọng Khanh∗, Nguyễn Thị Thanh Huyền Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Email: ∗khanhnt57@yahoo.com.vn Tóm tắt. Trong nội dung dạy học kĩ thuật, kênh hình không chỉ đóng vai trò minh họa cho kênh chữ mà thường còn là nội dung kiến thức, là đối tượng cần nghiên cứu, lĩnh hội của người học. Trong nội dung học phần “Ứng dụng động cơ đốt trong” có khá nhiều hình vẽ phức tạp cần được chuyển về sơ đồ đơn giản nhằm tạo thuận lợi cho quá trình giảng dạy và học tập học phần. Bài viết này đề xuất quy trình sơ đồ hóa nhằm chuyển các hình vẽ từ phức tạp về sơ đồ đơn giản, có minh họa bằng một số ví dụ cụ thể. Quy trình này có thể vận dụng vào quá trình sơ đồ hóa nhiều hình vẽ phức tạp trong các môn học kĩ thuật khác. Từ khóa: động cơ đốt trong, sơ đồ hóa, kênh hình, kênh chữ. 1. Mở đầu Phương pháp sơ đồ hóa được hiểu là cách thức chuyển hình vẽ từ sơ đồ phức tạp về sơ đồ đơn giản nhằm giúp quá trình nghiên cứu, trình bày hoặc nhận thức đối tượng được mô tả trên hình vẽ thuận tiện, dễ dàng hơn. Trong nội dung học phần “Ứng dụng động cơ đốt trong” thuộc chương trình đào tạo của khoa Sư phạm kĩ thuật, có khá nhiều hình vẽ về cơ cấu, hệ thống, thiết bị,... là các sơ đồ cấu tạo phức tạp. Khi giảng dạy, để giúp sinh viên lĩnh hội kiến thức một cách dễ dàng hơn, giảng viên thường phải thực hiện việc sơ đồ hóa để chuyển hình vẽ cấu tạo phức tạp thành sơ đồ đơn giản. Tuy nhiên, do thực hiện sơ đồ hóa không đảm bảo đúng nguyên tắc và quy trình nên đôi khi các sơ đồ đơn giản lại có những sai sót đáng tiếc, thậm chí là những sai sót nghiêm trọng. Xin dẫn hai ví dụ minh họa sau: * Ví dụ 1: Trên sơ đồ cấu tạo vòi phun trong hệ thống nhiên liệu động cơ diezen (Hình 1) mắc 2 sai sót là: đầu kim phun 11 quá dài nên khó mở được lỗ phun và mặt cắt của thân vòi phun thể hiện thân được ghép bởi hai nửa. Đây là một sai sót nghiêm trọng vì do áp suất nhiên liệu phun rất lớn nên thân vòi phun phải là một chi tiết liền khối. 104 Vận dụng phương pháp sơ đồ hóa trong dạy học phần ứng dụng ... Hình 1. Sơ đồ cấu tạo vòi phun Hình 2. Sơ đồ li hợp ô tô * Ví dụ 2: Trên sơ đồ li hợp ô tô (Hình 2) cũng mắc 2 sai sót rất nghiêm trọng là: moay-ơ đĩa bị động đáng lẽ phải vẽ lắp khớp then hoa với trục li hợp thì lại vẽ quay trơn và điểm tựa của đòn mở 4 đáng lẽ phải nằm trên vỏ li hợp thì lại vẽ lắp trên điểm tựa cố định. Những sai sót trên đây có thể do người vẽ không chú ý nên vô tình mắc phải, nhưng cũng có thể do người vẽ không am hiểu sâu sắc về đối tượng nên vẽ sai. Và thật đáng tiếc là còn không ít những sai sót tương tự như vậy nhưng vẫn chưa được chú ý để chỉnh sửa. Để nhanh chóng phát hiện và khắc phục những sai sót nêu trên khi sử dụng sơ đồ có sẵn hoặc khi thực hiện sơ đồ hóa, người giảng viên phải biết được nguyên tắc và quy trình sơ đồ hóa. Để hỗ trợ cho người giảng viên, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu, đề xuất nguyên tắc và quy trình sơ đồ hóa các hình vẽ phức tạp về sơ đồ đơn giản. 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Nguyên tắc sơ đồ hóa Khi thực hiện sơ đồ hóa cần đảm bảo các nguyên tắc sau: - Đáp ứng về nguyên tắc cấu tạo. Khi sơ đồ hóa, bao giờ cũng phải định ra một số qui ước và phải tuân theo đúng qui ước đó. Trong một cơ cấu, hệ thống hay một thiết bị kĩ thuật thường có nhiều chi tiết ghép với nhau theo những quan hệ khác nhau (lắp cố định, lắp khớp then hoa, chuyển động tịnh tiến, quay trơn v.v...) nên khi sơ đồ hóa phải đảm bảo thể hiện đúng quan hệ đó. - Đáp ứng về quan hệ động học, động lực học. Trong một cơ cấu, hệ thống hay một thiết bị kĩ thuật có thể có một số chi tiết có quan hệ về động học hoặc động lực học với nhau nên trên sơ đồ phải thể hiện được đúng mối quan hệ đó. - Đáp ứng về nguyên tắc làm việc. Đảm bảo nguyên tắc làm việc có nghĩa hình vẽ, sơ đồ phải thể hiện chính xác hoặc phù hợp với nguyên lí làm việc của đối tượng. 105 Nguyễn Trọng Khanh, Nguyễn Thị Thanh Huyền - Đáp ứng yêu cầu đối với phương tiện trực quan trong dạy học. Các sơ đồ, hình vẽ cần đảm bảo các yêu cầu đối với phương tiện trực quan. 2.2. Quy trình sơ đồ hóa Trên cơ sở nghiên cứu lí luận và thực tiễn, có thể xác định quy trình sơ đồ hóa bao gồm 5 bước theo trình tự như sau: * Bước 1. Nghiên cứu hình vẽ. Khi nghiên cứu hình vẽ cần xem xét các yếu tố sau: - Chức năng, nhiệm vụ của hình vẽ là gì. Nghiên cứu xem hình vẽ này là nội dung kiến thức mà người học cần lĩnh hội hay chỉ để minh họa cho nội dung kiến thức được trình bày trên kênh chữ. - Nghiên cứu, xem xét đặc điểm cấu tạo, nguyên tắc cấu tạo và nguyên tắc làm việc của đối tượng trên hình vẽ. Từ đó xác định loại sơ đồ dự kiến vẽ thuộc loại nào: sơ đồ động (sơ đồ cấu tạo, sơ đồ nguyên lí) hay sơ đồ cấu trúc (sơ đồ khối). - Nghiên cứu xem xét mức độ quan trọng của các phần trong hình vẽ để xác định tất cả các phần đều quan trọng như nhau hay có phần chính và phần phụ. Nếu có phần phụ thì nghiên cứu xem có cần vẽ không và nếu cần thì vẽ đầy đủ hay vẽ phác v.v... * Bước 2. Xác định hình dạng, kích thước cơ bản. Ngoài sơ đồ khối, các loại sơ đồ khác cần phải đảm bảo kích thước hợp lí có thể chấp nhận được qua quan sát bằng mắt thường, không dẫn đến hiểu sai về cấu tạo và diễn biến của nguyên lí làm việc. Ở bước này cần thực hiện mấy việc sau: - Nghiên cứu hình vẽ nhằm xác định hình dạng, kích thước và quan hệ giữa các bộ phận, chi tiết chính; xác định loại quan hệ: quan hệ động học, quan hệ liên kết hay quan hệ nhân quả. + Quan hệ động học là quan hệ vị trí của các chi tiết có liên quan về chuyển vị với nhau. + Quan hệ liên kết là quan hệ lắp ghép giữa các chi tiết, bộ phận với nhau. + Quan hệ nhân quả chỉ mối liên hệ mà chi tiết, bộ phận này chịu tác động của chi tiết, bộ phận khác. - Xác định kích thước cơ bản của các bộ phận, chi tiết chính; xác định quan hệ giữa các kích thước cơ bản nhằm đảm bảo hình vẽ “cân đối”. * Bước 3. Nghiên cứu các kí hiệu thay thế. Để chuyển hình vẽ cấu tạo phức tạp về sơ đồ đơn giản cần phải thống nhất một số 106 Vận dụng phương pháp sơ đồ hóa trong dạy học phần ứng dụng ... kí hiệu để người vẽ và người đọc cùng hiểu được kí hiệu. Trong các hình vẽ ở nội dung học phần “Ứng dụng động cơ đốt trong” thường sử dụng một số kí hiệu qui ước như: kí hiệu lắp ghép bánh răng; kí hiệu các mối lắp ghép và truyền lực; kí hiệu biểu diễn các bộ phận, chi tiết trong sơ đồ; kí hiệu vật liệu thể hiện qua mặt cắt, v.v... * Bước 4. Vẽ phác. Vẽ phác nhằm đơn giản các bộ phận, chi tiết, nét vẽ không cần thiết; kiểm tra quan hệ động học, nguyên tắc kết cấu và nguyên tắc làm việc. Đây là bước sơ đồ hóa để có được sơ đồ đơn giản nhất mà vẫn đảm bảo các nguyên tắc đã định. * Bước 5. Hoàn thiện. Đây là công việc cuối cùng của quá trình sơ đồ hóa. Nội dung của bước này là xem xét toàn bộ sơ đồ, kiểm tra theo nguyên tắc kết cấu và nguyên tắc làm việc; kiểm tra và hoàn thiện từng nét vẽ cũng như toàn bộ sơ đồ. 2.3. Ví dụ minh họa Theo quy trình này, tác giả đã tiến hành sơ đồ hóa nhiều hình vẽ cấu tạo phức tạp trong nội dung học phần “Ứng dụng động cơ đốt trong”. Dưới đây xin trình bày quy trình và kết quả sơ đồ hóa một số hình vẽ làm ví dụ minh họa. 2.4. Sơ đồ của tổng van phanh Tổng van phanh là thiết bị quan trọng trong hệ thống dẫn động phanh ô tô bằng khí nén (phanh hơi). Quy trình sơ đồ hóa được tiến hành theo 5 bước như sau: * Bước 1. Nghiên cứu hình vẽ. - Chức năng, nhiệm vụ của hình vẽ: Hình 3a vừa minh họa cho phần lời mô tả cấu tạo và nguyên lí làm việc vừa chính là nội dung kiến thức mà người học cần lĩnh hội. - Đặc điểm cấu tạo, nguyên tắc cấu tạo và nguyên tắc làm việc của đối tượng: + Cấu tạo tổng van phanh phức tạp, có nhiều chi tiết làm bằng vật liệu khác nhau, lắp ghép với nhau theo những quan hệ khác nhau. + Nguyên tắc cấu tạo của tổng van phanh thể hiện ở một số điểm chính là: van nạp, van xả nối cứng với nhau; đế van xả lắp giữa màng van; cốc tì có đĩa lò xo luôn tì vào đế van xả; các lò xo luôn có xu hướng đẩy hai van và màng van về bên trái,... + Nguyên tắc làm việc của tổng van phanh thể hiện ở một số điểm chính là: khi chưa đạp phanh, cốc tì chưa tác động vào đế van xả, nhờ các lò xo nên van xả mở, van nạp đóng, công tắc đèn phanh mở,. . . Khi phanh, cốc tì dịch sang phải, đẩy đế van xả và màng van sang phải, van xả đóng trước, sau đó van nạp mở để khí nén từ bình chứa khí 107 Nguyễn Trọng Khanh, Nguyễn Thị Thanh Huyền nén đi tới bầu phanh để phanh bánh xe; áp suất khí trong tổng van lớn làm màng công tắc đèn phanh bị đẩy xuống, công tắc đóng, đèn phanh sáng. Như vậy, sơ đồ cần vẽ là loại sơ đồ cấu tạo. - Xem xét mức độ quan trọng của các phần trong hình vẽ: các chi tiết trong hình vẽ có mức độ quan trong tương đương nhau nên không lược bỏ chi tiết nào. Mặc dù hình dạng cấu tạo các chi tiết khác nhau nhưng khi chuyển về sơ đồ đơn giản chỉ cần vẽ bởi nét đơn, trừ phần đế van xả cần vẽ mặt cắt để thể hiện rõ mặt côn và lỗ thông v.v... Hình 3. Sơ đồ tổng van phanh * Bước 2. Xác định hình dạng, kích thước cơ bản. - Hình dạng: về cơ bản sơ đồ được thể hiện theo hình dạng của hình vẽ. - Quan hệ động học: các chi tiết như cốc tì, đế van xả, van nạp và van xả, đĩa công tắc đèn phanh đều chuyển động tịnh tiến. - Quan hệ liên kết: đế van lắp cố định giữa màng, đĩa công tắc đèn phanh lắp cố định và cách điện với màng công tắc; van nạp, van xả nối cứng với nhau; các lò xo đều thuộc loại lò xo đẩy. - Quan hệ nhân quả: tương tự như nội dung trình bày trên nguyên tắc làm việc. - Xác định kích thước cơ bản: nhìn chung, kích thước các chi tiết cần tương tự kích thước trên hình vẽ là được. * Bước 3. Nghiên cứu các kí hiệu thay thế. Kí hiệu thay thế ở sơ đồ này gồm: kí hiệu vẽ các lò xo; kí hiệu thể hiện cốc tì chuyển động tịnh tiến trong ống dẫn hướng; kí hiệu mặt cắt màng van là vật liệu phi kim loại, kí hiệu mặt cắt đế van là vật liệu kim loại, v.v... 108 Vận dụng phương pháp sơ đồ hóa trong dạy học phần ứng dụng ... * Bước 4. Vẽ phác. Vẽ phác sơ đồ tổng van nhằm đơn giản các chi tiết; kiểm tra quan hệ động học, nguyên tắc kết cấu và nguyên tắc làm việc của tổng van. * Bước 5. Hoàn thiện. Như vậy, theo quy trình nêu trên, ta có thể sơ đồ hóa hình vẽ cấu tạo của tổng van phanh (Hình 3a) để có được sơ đồ đơn giản (Hình 3b). 2.5. Sơ đồ của bộ trợ lực tay lái bằng thủy lực Bộ trợ lực tay lái còn được gọi là cường hóa lái có nhiệm vụ hỗ trợ lực điều khiển trên vôlăng để giảm nhẹ cường độ làm việc cho lái xe. Tương tự như tổng van phanh, theo quy trình 5 bước ta cũng có thể chuyển hình vẽ cấu tạo (Hình 4a) về sơ đồ đơn giản (Hình 4b). Trong hình này, bộ phận cần làm rõ để sinh viên hiểu được nguyên lí làm việc của bộ trợ lực tay lái chính là van phân phối dầu tới các khoang của xilanh lực. Vì thế, trên sơ đồ thì bộ phận này được chú trọng nhất và cần vẽ to nhất. Còn các bộ phận khác như bơm dầu, cầu xe và vô lăng lại là bộ phận dễ nhận thức nên có thể vẽ nhỏ và đơn giản tối đa. Hình 4. Sơ đồ hệ thống lái có bộ trợ lực tay lái. 3. Kết luận Trong học phần “Ứng dụng động cơ đốt trong” có khá nhiều hình vẽ phức tạp, gây khó khăn cho quá trình nhận thức của sinh viên. Theo qui trình sơ đồ hóa đã nêu, giảng 109 Nguyễn Trọng Khanh, Nguyễn Thị Thanh Huyền viên có thể tiến hành sơ đồ hóa các hình vẽ cấu tạo phức tạp về sơ đồ cấu tạo đơn giản. Các sơ đồ này đơn giản hơn rất nhiều so với hình vẽ cấu tạo của chúng trong giáo trình, tạo điều kiện thuận lợi cho giảng viên vẽ trên bảng và cho sinh viên nghiên cứu, học tập. Qua việc sơ đồ hóa các hình vẽ nêu trên cho thấy qui trình sơ đồ hóa do tác giả đề xuất là khá hợp lí, có thể vận dụng vào quá trình sơ đồ hóa không chỉ cho học phần “Ứng dụng động cơ đốt trong”. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Khôi (Tổng chủ biên), Nguyễn Văn Ánh, Nguyễn Trọng Bình, Đặng Văn Cứ, Nguyễn Trọng Khanh, Trần Hữu Quế, 2007. Công nghệ 11. Nxb Giáo dục, Hà Nội. [2] Hoàng Minh Tác, 2003. Động cơ đốt trong. Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội. [3] Hoàng Minh Tác, Nguyễn Cảnh Đức, Nguyễn Trọng Khanh, 1993. Ôtô - Máy kéo. Nxb Đại học Sư phạm Hà Nội. [4] Nguyễn Tất Tiến, 2008. Nguyên lí làm việc Động cơ đốt trong. Nxb Giáo dục, Hà Nội. [5] Nguyễn Khắc Trai, 1996. Hệ thống gầm ôtô con. Nxb Khoa học Kỹ thuật. [6] Từ điển bách khoa Việt Nam Tập 3, 2003. Nxb Từ điển Bách khoa, 2003. ABSTRACT Using diagrams when teaching internal combustion engine repair When teaching physical technology, a picture is worth a thousand words, and the picture represents the object that needs to be understood. Regarding the internal com- bustion engine, complex drawings need to be simplified in order to improve teaching and learning. This article proposes redesigning diagrams and replacing complex draw- ings with those which are fairly simple and are illustrated with specific examples. This same need for simplification exists in many other technology subjects. 110