《鉸鏈四桿機構(gòu)急回特性》教學(xué)方法探討

李奕曉

（永城職業(yè)學(xué)院礦業(yè)工程系，河南永城 476600）

《鉸鏈四桿機構(gòu)急回特性》教學(xué)方法探討

李奕曉

（永城職業(yè)學(xué)院礦業(yè)工程系，河南永城 476600）

鉸鏈四桿機構(gòu)是《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程的重點內(nèi)容之一，其應(yīng)用極其廣泛[1]，而急回特性是繼鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型、應(yīng)用和演化之后，對其進行的進一步分析和認(rèn)識。本文著眼于《機械設(shè)計基礎(chǔ)》的課程特點，結(jié)合高職高專學(xué)生的實際情況，在充分利用各種教學(xué)手段的同時對教學(xué)方法進行了一些探討。

鉸鏈四桿機構(gòu)急回特性；實例；教學(xué)方法探討

鉸鏈四桿機構(gòu)是若干個構(gòu)件通過低副連接組成的平面機構(gòu)，具有較高的承載能力、磨損壽命長、制造方便、易于獲得較高的制造精度、運動形式多樣等特點，因此，它在物流自動化、工程機械等諸多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用[2]。其中《鉸鏈四桿機構(gòu)的基本特性》是學(xué)習(xí)鉸鏈四桿機構(gòu)的基礎(chǔ)，而急回特性是繼鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型、應(yīng)用和演化之后，對曲柄搖桿機構(gòu)的進一步分析和認(rèn)識。這一部分內(nèi)容理論性較強，是四桿機構(gòu)設(shè)計和分析的基礎(chǔ)，也是學(xué)生今后使用、改造各類機械的理論基礎(chǔ)，為學(xué)習(xí)其他機構(gòu)提供了分析方法，也為后面的生產(chǎn)實踐起著重要的指導(dǎo)意義。本文重點對急回特性的教學(xué)方法進行探討。

在進行專業(yè)課教育之前，高職高專學(xué)生的自身特點是不容忽視的，他們雖然學(xué)習(xí)興趣大、動手能力強、對新鮮事物接受快，但是本課程學(xué)生初次接觸，大多數(shù)學(xué)生對專業(yè)性知識的學(xué)習(xí)感到枯燥乏味，學(xué)習(xí)積極性、主動性不高，空間想象能力差，缺乏實踐經(jīng)驗和對知識的綜合運用能力，學(xué)習(xí)知識條理性不強，不能將所學(xué)知識系統(tǒng)化。

結(jié)合著教學(xué)大綱的要求和對知識傳授、能力培養(yǎng)、情感教育三者統(tǒng)一的教學(xué)目標(biāo)，針對教材知識結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、系統(tǒng)、理論性強，機構(gòu)原理圖靜態(tài)抽象，本著急回特性產(chǎn)生的條件這一重點，及急回特性產(chǎn)生的原因這一難點為出發(fā)點，我對教材進行了如下處理：

“一根主線五步走，動畫仿真容易懂。”本次課程的主要任務(wù)是研究鉸鏈四桿機構(gòu)的急回特性，我利用曲柄搖桿機構(gòu)搖桿的往復(fù)變速擺動作為一根主線，采用發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題、歸納總結(jié)問題五步走的方法來處理搖桿擺到兩個極限位置時的情況。利用多媒體的動畫仿真功能，逐步演示曲柄搖桿機構(gòu)運動過程，使學(xué)生形成感性認(rèn)識，這樣有利于學(xué)生循序漸進的接受新知識，使學(xué)生感到難點不難，重點突出。

講授中主要采用啟發(fā)誘導(dǎo)，探索發(fā)現(xiàn)的教學(xué)方法，配合以模型感受、多媒體演示等教學(xué)手段，在課堂上創(chuàng)設(shè)民主、平等、和諧、寬松的學(xué)習(xí)氛圍，體現(xiàn)“教為主導(dǎo)，學(xué)為主體”的教學(xué)原則，增強師生間互動性，使教學(xué)更直觀、形象。創(chuàng)設(shè)形象生動的教學(xué)氛圍，通過“提取舊知——積極思維——實驗探究——構(gòu)建新知——鞏固深化”的學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，善于提問，形成主動探究和協(xié)作學(xué)習(xí)的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。

1 創(chuàng)設(shè)情境、引出任務(wù)

對于急回特性這一知識點的掌握，我采用了具體機構(gòu)引入的方式：由牛頭刨床的工作短片，提出問題：

（1）影片中刨刀的往復(fù)運動速度是否相同？切削加工和不做工時的運動特點是什么？

（2）為什么帶動刨刀運動的搖桿來回擺動的速度不同？

讓學(xué)生思考、回答，并由速度不一致的直觀現(xiàn)象引出鉸鏈四桿機構(gòu)的急回特性這一課題。那么這急回特性是如何產(chǎn)生的呢？它產(chǎn)生的條件是什么，它在生產(chǎn)中又有什么意義呢？帶著這些問題進入新課。

如圖1所示。這樣導(dǎo)入內(nèi)容來自生產(chǎn)實際，形象生動，使學(xué)生把課本中的理論知識很快的和生產(chǎn)實踐結(jié)合起來，能極大地激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生很快的進入到探索研究環(huán)節(jié)。通過這個過程，培養(yǎng)了學(xué)生善觀察、懂分析、理論聯(lián)系實際的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。

圖1 牛頭刨床機構(gòu)

2 突破難點、增強認(rèn)知、總結(jié)提煉

急回特性的產(chǎn)生原因是本節(jié)的一個難點：為突破難點，分以下四步進行。

第一步：明確搖桿空回行程、工作行程，得出急回特性概念。動畫演示曲柄搖桿機構(gòu)的運動，如圖2所示，向?qū)W生講明搖桿空回行程、工作行程，再次驗證搖桿空回行程的速度大于工作行程的速度。

設(shè)計目的：（1）使學(xué)生加深和強化產(chǎn)生的感性認(rèn)識：即曲柄搖桿機構(gòu)具有急回特性。（2）得出結(jié)論：急回特性概念——主動件作等速運動，作往復(fù)運動的從動件的空回行程平均速度大于工作行程平均速度的特性[3]。

圖2 曲柄搖桿機構(gòu)的急回特性運動簡圖

第二步：得出極位夾角的概念。用動畫的慢動作繼續(xù)演示機構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生觀察曲柄與連桿兩次共線位置，得出極位夾角的概念。

設(shè)計目的：使學(xué)生掌握曲柄搖桿機構(gòu)的特殊位置和極位夾角的概念，為后面的推導(dǎo)做好輔墊。

第三步：得到產(chǎn)生急回特性的原因。分解演示空回行程和工作行程，根據(jù)演示過程，學(xué)生分組討論，師生共同采集相關(guān)數(shù)據(jù)，填寫工作行程與空回行程參數(shù)對比表，如表1所示。推導(dǎo)出結(jié)論：即：V2＞V1，從而分析過程中，得到產(chǎn)生急回特性的原因。

設(shè)計目的：通過學(xué)生分組填寫表格的方法進行分析對比，可以很好的理清思路，使復(fù)雜的問題簡單化，便于學(xué)生理解掌握。同時也注重學(xué)生的團隊精神培養(yǎng)，在教師引導(dǎo)下由小組成員自主參與、共同探討，在組間競爭的氛圍下共同學(xué)習(xí)。

表1 工作行程與空回行程參數(shù)對比

第四步：根據(jù)表格數(shù)據(jù)圖例，推導(dǎo)出急回特性產(chǎn)生的原因。

抓住契機提問：“用什么來描述空回行程和工作行程的快慢程度”？從而引出提出急回特性系數(shù)的概念，激勵學(xué)生繼續(xù)思索并分組討論：“如何判定機構(gòu)有無急回特性”？然后師生共同分析推導(dǎo)得出：1）當(dāng)θ=0時，K=1，無急回特性。（2）當(dāng)θ＞0時，K＞1，有急回特性。即得出曲柄搖桿機構(gòu)急回特性產(chǎn)生的條件θ＞0時，K＞1。即急回運動特性存在的條件是極位夾角大于零，根據(jù)這個條件對對心曲柄滑塊機構(gòu)和偏心曲柄滑塊機構(gòu)進行了具體的分析判斷，如圖3、圖4所示，增強對所學(xué)內(nèi)容的進一步掌握消化。

圖3 對心曲柄滑塊機構(gòu)

圖4 偏心曲柄滑塊機構(gòu)

設(shè)計目的：采用任務(wù)驅(qū)動，將難點分解，通過直觀演示、表格數(shù)據(jù)采集、學(xué)生分組討論、師生共同推導(dǎo)等手段，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，使整個推導(dǎo)過程循序漸進，步步深入，變難點為趣點，使學(xué)生輕松掌握所學(xué)知識。

3 拓展延伸、舉一反三

急回特性在日常生活中的應(yīng)用比較廣泛。除了牛頭刨床中的應(yīng)用以外，在插床、碎石機、往復(fù)式運輸機中也有應(yīng)用。

通過拋磚引玉的方式進一步引導(dǎo)學(xué)生進行發(fā)散性思維，促使他們進行熱烈的討論，以達(dá)到能力提升的目的。

[1]楊可楨,程光蘊.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社, 1999.

[2]王洪欣，馮雪君.機械原理[M].南京：東南大學(xué)出版社, 2007，2.

[3]朱雙霞，李增平，鄭和東.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2010，7.

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1003-5168(2014)04-0252-02