談四桿機構(gòu)教學中學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

張 建 谷 裕

談四桿機構(gòu)教學中學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

張 建 谷 裕

（天津渤海職業(yè)技術學院 天津 300402）

通過闡述四桿機構(gòu)快速搭接實驗裝置的設計與應用，對四桿機構(gòu)教學中如何培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力進行了探討，強調(diào)了機械教學中學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要性。

四桿機構(gòu)；創(chuàng)新能力；實驗裝置；創(chuàng)新意識

現(xiàn)代教育越來越強調(diào)對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如果在教育教學過程中，不注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神，所培養(yǎng)的人才就難以適應現(xiàn)代生產(chǎn)技術應用、管理和服務需要的崗位能力要求，難以在激烈的市場競爭中立足。在教育教學過程中更好地培養(yǎng)學生的實踐動手能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力及綜合設計能力，是機械設計教學研究的重要課題之一。

要更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力，就必須對教學情境進行設計，為學生創(chuàng)造相應的學習條件。基于這一點，在四桿機構(gòu)教學中，我們開發(fā)了四桿機構(gòu)實驗裝置，并對教學情境進行了重新設置。我們采用了演示實驗與機構(gòu)虛擬設計及實際機構(gòu)應用并行的教學方式，即：首先在實驗裝置上完成四桿機構(gòu)運動研究的演示性實驗，再向?qū)W生提出設計任務，由學生完成設計方案，并應用CAXA實體設計軟件進行結(jié)構(gòu)設計，最后由教師與學生共同對不同設計方案進行點評總結(jié)，并根據(jù)成熟的設計方案進行零件加工制造，通過機構(gòu)組裝試驗，驗證該設計方案的可行性。整個教學過程堅持以學生為主體，突出機械設計主線，側(cè)重實際設計能力訓練，注重培養(yǎng)學生探索性學習能力與創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力，使學生從被動接受變?yōu)橹鲃犹剿鲗W習。

我們開發(fā)的四桿機構(gòu)實驗裝置以實際應用為背景，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。該實驗裝置采用了懸臂架結(jié)構(gòu)，通過懸臂架使四桿機構(gòu)各桿形成空間的平行結(jié)構(gòu)，可有效防止在不同桿長實驗狀態(tài)下機構(gòu)運動時連架桿與機架發(fā)生碰撞，避免機構(gòu)運動干涉的發(fā)生。該實驗裝置機架長度可調(diào)，其結(jié)構(gòu)為在工作臺面上開導向槽并與懸臂架配合形式，調(diào)整機架長度時，只要松開固定螺栓，沿工作臺上導向槽移動懸臂架至工作位置后再固定螺栓即可。

圖1 四桿機構(gòu)實驗裝置示意圖

在四桿機構(gòu)教學過程中，首先應用四桿機構(gòu)實驗裝置，采用一組固定長度且桿長不同的構(gòu)件桿組合，完成四桿機構(gòu)三種類型（曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)及雙搖桿機構(gòu)）的運動分析，使學生基本掌握四桿機構(gòu)的組成及工作特性。

通過對四桿機構(gòu)的認知學習，學生了解了這樣的結(jié)果：四桿機構(gòu)三種類型變換的關鍵是各桿長度的變化。那能不能采用一種可無級調(diào)節(jié)桿長的結(jié)構(gòu)，應用快速搭接方式，在原有實驗裝置上實現(xiàn)三種不同類型四桿機構(gòu)的實驗呢？這就是我們對學生下達的設計任務。該設計任務要求學生分組自行收集資料，確定設計方案，并應用CAXA實體設計軟件完成結(jié)構(gòu)設計。該設計任務旨在激發(fā)學生的探究思維能力。實踐證明：學生通過完成設計任務，不僅提高了綜合機械設計能力，熟練掌握了機械設計軟件的應用，還在創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力諸方面得到了鍛煉與調(diào)高。以下是學生完成的幾種典型設計方案。

方案一：如圖2所示，結(jié)構(gòu)桿設計成前端帶槽形式，兩側(cè)留有可與滑塊裝配的槽，使滑塊能在結(jié)構(gòu)桿上來回滑動，滑塊位置固定由緊定螺釘完成。通過改變滑塊位置即可改變銷軸位置，實現(xiàn)桿長無級調(diào)整。

圖2 前端帶槽的結(jié)構(gòu)桿圖

方案二：如圖3所示，結(jié)構(gòu)桿設計成了三段形式，兩部分結(jié)構(gòu)桿中間采用螺桿連接，螺桿兩端分別采用左旋與右旋螺紋。通過旋轉(zhuǎn)螺桿，兩端配合的左右旋螺紋同時旋進或旋出，可以方便地實現(xiàn)桿長無級調(diào)整。

圖3 結(jié)構(gòu)桿的三段式設計圖

方案三：如圖4所示，結(jié)構(gòu)桿采用桿內(nèi)開槽并與滑塊配合結(jié)構(gòu)，滑塊定位由蓋板用螺釘緊固完成。通過改變滑塊位置，可實現(xiàn)桿長無級調(diào)整。此外，該結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)桿側(cè)邊與滑塊側(cè)邊均開有凹槽，可用于桿長調(diào)整后的實際桿長尺寸測量。

桿長調(diào)整方案很多，各有特點，對學生的設計方案進行分析、講評、總結(jié)，不僅可以提高學生分析問題、解決問題的能力，而且有助于啟發(fā)學生的思維，更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力。不難看出：方案一中滑塊移動導向性較好，桿長調(diào)整后的位置精度較高，不過使用側(cè)面螺釘定位滑塊位置，定位不可靠，且該結(jié)構(gòu)桿結(jié)構(gòu)尺寸較大。方案二中桿長調(diào)整方便，但連接螺桿剛性較差，特別是當調(diào)整桿長尺寸較大時，由于螺桿旋入連接桿尺寸較小，桿工作中較易變形，影響機構(gòu)工作精度。方案三中雖然桿結(jié)構(gòu)較復雜，但具有桿長調(diào)整后位置精度高，定位可靠，特別是調(diào)整后桿長尺寸可測量等特點，具有較好的結(jié)構(gòu)特性。

圖4 內(nèi)開槽的結(jié)構(gòu)桿圖

結(jié)合各設計方案特性分析，我們確定了方案三為應用結(jié)構(gòu)，對方案三各零件進行了加工制造，在四桿機構(gòu)實驗裝置上組裝機構(gòu)，如圖5所示。該機構(gòu)通過調(diào)整四桿機構(gòu)各桿桿長，可實現(xiàn)四桿機構(gòu)三種類型轉(zhuǎn)換。實驗證明：該設計結(jié)構(gòu)具有較好的應用性，應用該結(jié)構(gòu)可分別實現(xiàn)對四桿機構(gòu)三種類型的運動分析。

圖5 基于方案三的四桿機構(gòu)實驗裝置組裝機構(gòu)圖

以上是我們在四桿機構(gòu)教學中的一點嘗試。我們深深體會到：創(chuàng)新教育是以培養(yǎng)人的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為基本價值取向的教育實踐。它以培養(yǎng)具有創(chuàng)造欲和創(chuàng)新能力的勞動者為目標，以發(fā)掘人的創(chuàng)造潛能，促進人的個性和諧發(fā)展為宗旨。人的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力主要是后天培養(yǎng)和教育的結(jié)果。所以，在整個教學過程中，通過科學合理的教學情境設計，采用適當?shù)膭?chuàng)新教學方法和技巧，一定可以更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力。如何將教學過程和學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有機結(jié)合起來，培養(yǎng)知識面廣、富有創(chuàng)新能力的人才，值得我們教育工作者共同去探討，并在實踐中不斷驗證、不斷改進、不斷優(yōu)化。

[1]譚放鳴.機械設計基礎[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.

[2]陳立德.機械設計基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]胡家秀，陳峰.機械創(chuàng)新設計概論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[4]秦士嘉.教學創(chuàng)新乃培養(yǎng)創(chuàng)新人才之根本[J]．職業(yè)技術教育，2002，（9）．

（本文責任編輯：謝良才）

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1672-5727（2010）11-0114-02

張建（1963—），男，天津市人，天津渤海職業(yè)技術學院副教授，主要從事機械類課程教學及研究。