《機械設計》“連桿機構”基于工作過程教學設計案例分析

　　摘 要： 在《機械設計》基礎課程教學中，作者將課程組織形式與方法按照工作過程來完成，體現工作過程的六個步驟：“資訊、決策、計劃、實施、檢查、評價”，采用合理的教學手段，采用多元的人才評價觀進行教學設計，教學效果良好。
　　關鍵詞： 《機械設計》基礎課程 “連桿機構” 教學分析 教學過程
　　
　　一、教學分析
　　1.課程介紹。
　　《機械設計》基礎課程是融理論教學和實踐技能為一體的課程，它既是一門機械學科用于思維體系建立的專業基礎課，又是面向生產實際，能夠應用于生產實踐的應用技術課。根據培養服務于生產第一線的高職高專層次的專門人才的定位，我們以建立學生機械產品的基本思維體系為理論知識要點，以掌握機構分析、故障診斷、零部件設計、設備調試、維修和高效率的操作使用為技能培養目標，對原課程體系和結構作了全面調整，進行了基于工作過程改革探索。
　　在課程內容設計上，圍繞解決某一項目問題所必需的知識與技能，重構課程體系。思路是以職業能力培養為主線、以崗位需求為依據、以工作過程為導向、以勝任企業工作崗位為目標，根據生產實際對機械設計知識的需求，在汲取國內傳統機械設計教材知識精華的基礎上，結合生產實踐中的實際案例，對教學內容進行了整合，將授課內容分為兩個大項目：
　　項目一：牛頭刨床機械系統分析
　　項目二：帶式運輸機傳動裝置設計
　　項目一以牛頭刨床為切入口，在牛頭刨傳動系統中，包含帶傳動、齒輪傳動、導桿機構、連桿機構、凸輪機構、螺旋機構和棘輪機構等組成傳動系統；刀架和工作臺組成的執行裝置；電動機的運動和動力經變換和傳遞，一方面使滑枕和刀架作往復直線移動，進行刨削，另一方面使工作臺橫向移動，完成進給。刀架、工作臺的速度和位置靠操縱機構來控制。牛頭刨床中的機構基本上涵蓋了一般機器設備中的機構，具有典型性和普遍性要求。學生通過對這些機構進行分析，掌握各種機構的特點及工作原理。項目二以帶式運輸機傳動裝置設計為切入口，通過計算帶式運輸機的運動和動力參數、設計帶傳動、齒輪傳動、軸系結構、減速器結構來了解機械設計的全過程。
　　2.教學內容分析。
　　“牛頭刨床連桿機構基本特性分析”是課程項目一中的內容，以牛頭刨床驅動滑枕的導桿機構為載體，學習平面連桿機構的相關知識。重點了解四桿機構的特點、運動特性及演化型式，學會分析平面連桿機構壓力角、死點、急回作用等基本特性，理解其傳力性能；提交牛頭刨床連桿機構分析報告。
　　3.學生學情分析。
　　學生在前階段的學習中，已對牛頭刨床進行了拆裝，認識了牛頭刨床的組成，但對其工作原理還不甚了解。“牛頭刨床機構是如何帶動刨刀作往復直線運動的？”“牛頭刨床刨刀為什么在切削時速度慢，而在返回時速度快？”“牛頭刨床導桿機構動力特性能否滿足切削力的要求？”學生對探索這些問題的答案有著極高的興趣，為學好本部分內容打下了基礎。
　　4.教學目標分析。
　　（1）知識目標：鉸鏈四桿機構的類型；平面四桿機構的演化；平面四桿機構的特性。
　　（2）技能目標：繪制牛頭刨床導桿機構示意圖；分析牛頭刨床傳力特性；撰寫牛頭刨床導桿機構特性分析報告。
　　（3）態度目標：團隊合作；理論聯系實際上；獨立思考、嚴謹認真的工作態度。
　　5.教學重點、難點分析。
　　重點是平面四桿機構的類型與運動特性；難點是平面四桿機構的演化；分析報告的撰寫。
　　6.教學資源。
　　任務單、學習工作頁、多媒體課件、網絡及圖書館資源、機械設計手冊、多媒體教室、各連桿機構模型。
　　二、教學過程
　　課程組織形式與方法按照工作過程來完成，采用合理的教學手段，采用多元的人才評價觀進行教學設計。具體步驟如下。
　　1.資訊階段。
　　（1）此階段一般在課前課外完成，由學習委員負責發放或告知學習資料：學習工作頁、《評價體系》及評價表。布置學生課前自學課程內容，獨立思考并初步完成學習工作頁引導題。小組討論分析疑難問題，網上搜集平面連桿機構相關信息。
　　（2）課外現場觀察牛頭刨床連桿機構；參觀設計室各種連桿機構模型；觀看電教片。
　　（3）告知完成本次工作任務的安排，提出學習工作要求。
　　①準確說出BC6050E牛頭刨床連桿機構的具體名稱；
　　②繪出牛頭刨床連桿機構運動簡圖，計算其自由度，分析該機構是如何演化而得到的；
　　③計算對應滑枕最大行程時的導桿夾角；
　　④繪圖說明導桿夾角大小（滑枕行程）的調整方法；
　　⑤撰寫BC6050E牛頭刨床連桿機構基本特性分析報告。
　　2.計劃、決策。
　　小組組織活動，分析任務，進行分工，提交小組工作計劃，填寫小組工作計劃任務分工表。
　　3.實施。
　　（1）預習抽查。教師上課首先抽查學生課前預習情況，通過預習學生應掌握本內容的基本知識，計入課外任務完成情況考核。主要培養學生自學能力、概括分析能力。抽查中對重點、難點內容進行引導和歸納，達到掌握知識的目的。抽查結果記錄為“關鍵能力”的平時考核評價之一。抽查內容如：何謂平面連桿機構？平面四桿機構由哪幾部分組成？陳述平面連桿機構的優點；陳述平面連桿機構的缺點；鉸鏈四桿機構有幾種基本類型？何謂曲柄搖桿機構，陳述其運動特點；如何判斷鉸鏈四桿機構的類型？四桿機構的演化途徑有幾種？含一個移動副的四桿機構有哪幾個類型？牛頭刨床導桿機構有無急回特性？分析牛頭刨床導桿機構的壓力角和傳動角大小，陳述其傳力特性，等等。
　　（2）課堂技能訓練。此部分內容計入練習結果的正確性進行考核。訓練題如：
　　①判別下列四桿機構是什么機構？為什么？（圖見課件）
　　②已知牛頭刨床滑枕導軌與擺桿轉動中心距離為L=800mm，大斜齒輪轉動中心與擺桿轉動中心距離為l=400mm。繪出牛頭刨床連桿機構運動簡圖，計算其自由度。分析它是如何演化而獲得的機構。
　　③畫出牛頭刨床導桿機構傳動示意圖、極限位置圖，確定其工作夾角。
　　④計算對應滑枕最大行程Smax=500mm時的導桿工作擺角ψmax和極位夾角θ，求曲柄長度r。繪圖說明滑枕行程（導桿夾角大小）的調整方法。
　　（以上2、3、4題針對實際牛頭刨床進行計算與分析）
　　（3）小組活動。通過小組討論，得出結論，可以增強團隊合作精神，深入理解課程內容。此部分內容計入能力控制點檢查考核。如：
　　①小組討論形成整轉副的條件；
　　②小組討論四桿機構的演化過程；
　　③討論牛頭刨床傳力性能；
　　④討論如何撰寫BC6050E牛頭刨床連桿機構基本特性分析報告。
　　（4）學業水平測試。用15—20分鐘時間對本部分內容進行測試，以考查學生對學習內容的掌握程度。測完后馬上讓小組互換評閱試卷。結果計入知識點掌握情況進行考核。
　　4.檢查
　　5.評價。
　　由小組長統計自評分和小組分，交學習委員統計總分。
　　6.作業。
　　獨立完成學習工作頁中第1—6題；小組討論后，獨立撰寫牛頭刨床導桿機構運動分析報告。（將電子稿發至老師郵箱，并隨時注意老師反饋的信息）
　　三、教學反思
　　1.積極倡導學生自學，學生對照學習工作頁中的問題進行自學，不懂的問題小組成員可互相討論，既增強了學生的自學意識、自學能力，又增強了團隊合作精神。
　　2.針對具體的牛頭刨床中測量的數據進行訓練，讓學生覺得所學即所用，大大提高了學習本課程的興趣。
　　3.教師的歸納引導要把握重點，突破難點，用較短的時間讓學生掌握應該掌握的知識。
　　4.學生進行課堂訓練時，教師要巡回指導，并注意對學生進行考核。
　　5.小組討論時，小組長應積極引導后進生積極參與。安排工作任務時也要讓后進生做相對較容易的工作，以期調動所有同學學習的積極性。
　　6.總體而言教學效果良好，同學們很喜歡這種學習方式，也感覺到真正掌握了這部分知識。
　　
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　　基金項目：湖南省教育科學十一五規劃課題“基于工作過程的高職項目課程開發研究與實踐”（XJK08BZC009）。