提高課堂質(zhì)量，吸引同學(xué)興趣

劉志偉

[摘要]： 為滿足科技與經(jīng)濟不斷發(fā)展的社會需求，培養(yǎng)高素質(zhì)的工程技術(shù)人才極其重要， 提高高校教學(xué)質(zhì)量是實現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)工程技術(shù)人才目標(biāo)的重要途徑之一。本文面向的是高校機械工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程--《機械原理》，為了提高機械原理的教學(xué)質(zhì)量， 提出了在教學(xué)方法和教學(xué)手段上改革的具體實施方法， 設(shè)計了一套機械原理課程的教具，該教具具有功能多樣，小巧，廉價等優(yōu)點。設(shè)計該教具旨在注重師生互動 ，重視實驗教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)過程，最大限度地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、互動性、參與性和創(chuàng)造性。

[關(guān)鍵詞]： 機械原理； 教學(xué)質(zhì)量；教具；師生互動

1、引言

提高課程教學(xué)質(zhì)量是培養(yǎng)一流人才的有效途徑之一。機械原理課作為一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其最顯著的特點是基礎(chǔ)理論與工程實際的結(jié)合。

如何改革《機械原理》課程教學(xué)方式，提高教學(xué)效率，一直是該課程一線教師所關(guān)注的問題。為了能夠充分調(diào)動學(xué)生在課堂上的積極性，能夠親自動手在實踐中掌握機械原理的知識，本文設(shè)計了一套機械原理課的教具，該教具具有小巧，廉價的特點，可以滿足學(xué)生隨身攜帶，隨時演示機械原理課堂上的知識點的要求。下面，我們介紹本文設(shè)計的教具。

2、教具工作原理

如圖1所示是設(shè)計的教具整體圖。該教具底板大小為250mm X 150mm。在底板上面有四桿機構(gòu)演示教具各桿件，剛化反轉(zhuǎn)法演示各桿件，齒輪，齒條演示教具等。底板機架上設(shè)計有多個連接孔，連桿可以任意插入其中，從而達到改變機架長度的目的。連桿中間也設(shè)計有連接孔，通過連接不同的連接孔可以改變對應(yīng)連桿長度。此外，還可以演示齒輪齒條傳動，齒輪間歇傳動等知識點。

下面我們介紹如何通過該教具演示機械原理課的知識的，首先我們從四桿機構(gòu)的Grashof 條件說起。Grashof條件是用來預(yù)測四桿機構(gòu)各種機架變換形式的轉(zhuǎn)動特性或可轉(zhuǎn)性的一個關(guān)系式，它僅依賴于構(gòu)件的長度。也稱為整轉(zhuǎn)副存在的條件。

Grashof條件：S+L≤P+Q （S L P Q分別為最短構(gòu)件的長度、最長構(gòu)件的長度和其余兩個構(gòu)件的長度，若等式成立則該連桿機構(gòu)是Grashof機構(gòu)，Grashof機構(gòu)至少有一個構(gòu)件相對機架平面能夠轉(zhuǎn)整周。）如果一個機構(gòu)是Grashof機構(gòu)，則可以得到如下結(jié)論。

（1） 機架的鄰邊為最短桿，機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)

（2） 機架為最短桿，機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)

（3） 機架的對邊為最短桿，機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)

如果不等式不滿足，則機構(gòu)為非Grashof機構(gòu)，那么沒有構(gòu)件對任何其他構(gòu)件能轉(zhuǎn)整周。此類運動鏈稱為第二類運動鏈。機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)[5]。

為此，我們設(shè)計了如圖2 所示的演示教具。

從圖中可以看出，我們可以通過連接底板上的不同連接孔改變機架AB的長度，此外，還可以通過固定在AD，BC桿上的不同連接孔改變AD，BC的長度，從而構(gòu)成Grashof機構(gòu)及非Grashof機構(gòu)。通過改變長度及選擇機架，演示上述的原理。

剛化反轉(zhuǎn)法是機械原理課的重點和難點知識，學(xué)生往往難以掌握。剛化反轉(zhuǎn)法的基本思想是把機構(gòu)的第i個位置看作是剛體，即機構(gòu)各桿件相對靜止不動，并繞機構(gòu)上的某一個旋轉(zhuǎn)，使機構(gòu)上的某一桿件與初始位置時該桿件的位置重合。如下圖3所示，四桿機構(gòu)ABCD運動到AiBiCiDi時，把AiBiCiDi剛化，并繞A點旋轉(zhuǎn)至AiDi與AD重合，則可以得到此時BiCi的位置，由CD和Ci Di長度相等，我們可以得到D點在C Ci線段的垂直平分線上。

設(shè)計的教具如下圖4所示，制作了3個相同的四桿機構(gòu)，將該機構(gòu)分別運動到不同位置，然后進行剛化反轉(zhuǎn)，得到圖5所示結(jié)果。由于EC1，EC2，EC3長度相等，故連接點E在C1C2， C2C3的垂直平分線的交點上。由此，我們通過該教具演示了剛化反轉(zhuǎn)法的原理及使用該方法求解四桿機構(gòu)的構(gòu)型。

3、優(yōu)點及創(chuàng)新點

本文的思想是改變方式，老師帶著學(xué)生通過教具動手演示課本上的知識，在實踐中掌握課本知識。與傳統(tǒng)的教具相比，本教具小巧精致，采用有機玻璃為材料加工制作，適合批量化生產(chǎn)，價格低廉。學(xué)生有經(jīng)濟實力購買且便于攜帶。該教具的桿件可以輕易變換長度，達到了一桿多用的效果，可以使用相同的桿件展現(xiàn)四桿機構(gòu)不同的運動形式。

4、小結(jié)

《機械原理》作為機械專業(yè)學(xué)生的一門必修基礎(chǔ)課，知識點較多，難度較大并且與實際工程聯(lián)系非常緊密，傳統(tǒng)的教學(xué)方式難以讓學(xué)生在課堂上快速掌握知識，改革傳統(tǒng)的教學(xué)方式具有重要的意義。本教具簡單、精致、小巧、便宜、可以展示機械原理課上的多個知識點、實用性強。本文對該教具進行了初步的研究，還有許多地方可以完善。比如桿件之間的連接方式，這里使用的是螺栓螺母和墊片進行連接，該方法拆卸不夠方便，接下來可以考慮其他的連接方式，比如磁鐵磁性連接等。

[參考文獻]：

[1] 張麗君，王冬曉，唐義，李姝璇，郝群，張忠廉. 基于“課程”指導(dǎo)科技競賽的課外實踐教學(xué)模式的探索[J].實驗技術(shù)與管理，2016，33（3）：217-220

[2] http：//www.bit.edu.cn/xww/jjxy/117102.htm

[3] 張白樺， 邵兵， 張謹. 機械原理活動投影教具的使用性能[J].甘肅科技， 2005，21（7）.

[4] 申 燚，王明強. 機械原理課程“三位一體”教學(xué)的探索與實踐[J]. 裝備制造技術(shù)， 2012， （2）： 184-186

[5] 韓建友， 邱麗芳. 機械原理[M]. 北京：高等教育出版社，2011.