提高課堂質(zhì)量，吸引同學(xué)興趣

劉志偉

[摘要]： 為滿(mǎn)足科技與經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的社會(huì)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(shí)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(jī)械工程專(zhuān)業(yè)的核心基礎(chǔ)課程--《機(jī)械原理》，為了提高機(jī)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(shí)施方法， 設(shè)計(jì)了一套機(jī)械原理課程的教具，該教具具有功能多樣，小巧，廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)該教具旨在注重師生互動(dòng) ，重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、互動(dòng)性、參與性和創(chuàng)造性。

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

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(jī)械原理課作為一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課，其最顯著的特點(diǎn)是基礎(chǔ)理論與工程實(shí)際的結(jié)合。

如何改革《機(jī)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(xiàn)教師所關(guān)注的問(wèn)題。為了能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生在課堂上的積極性，能夠親自動(dòng)手在實(shí)踐中掌握機(jī)械原理的知識(shí)，本文設(shè)計(jì)了一套機(jī)械原理課的教具，該教具具有小巧，廉價(jià)的特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足學(xué)生隨身攜帶，隨時(shí)演示機(jī)械原理課堂上的知識(shí)點(diǎn)的要求。下面，我們介紹本文設(shè)計(jì)的教具。

2、教具工作原理

如圖1所示是設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)架上設(shè)計(jì)有多個(gè)連接孔，連桿可以任意插入其中，從而達(dá)到改變機(jī)架長(zhǎng)度的目的。連桿中間也設(shè)計(jì)有連接孔，通過(guò)連接不同的連接孔可以改變對(duì)應(yīng)連桿長(zhǎng)度。此外，還可以演示齒輪齒條傳動(dòng)，齒輪間歇傳動(dòng)等知識(shí)點(diǎn)。

下面我們介紹如何通過(guò)該教具演示機(jī)械原理課的知識(shí)的，首先我們從四桿機(jī)構(gòu)的Grashof 條件說(shuō)起。Grashof條件是用來(lái)預(yù)測(cè)四桿機(jī)構(gòu)各種機(jī)架變換形式的轉(zhuǎn)動(dòng)特性或可轉(zhuǎn)性的一個(gè)關(guān)系式，它僅依賴(lài)于構(gòu)件的長(zhǎng)度。也稱(chēng)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(zhǎng)度、最長(zhǎng)構(gòu)件的長(zhǎng)度和其余兩個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度，若等式成立則該連桿機(jī)構(gòu)是Grashof機(jī)構(gòu)，Grashof機(jī)構(gòu)至少有一個(gè)構(gòu)件相對(duì)機(jī)架平面能夠轉(zhuǎn)整周。）如果一個(gè)機(jī)構(gòu)是Grashof機(jī)構(gòu)，則可以得到如下結(jié)論。

（1） 機(jī)架的鄰邊為最短桿，機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

（2） 機(jī)架為最短桿，機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)

（3） 機(jī)架的對(duì)邊為最短桿，機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)

如果不等式不滿(mǎn)足，則機(jī)構(gòu)為非Grashof機(jī)構(gòu)，那么沒(méi)有構(gòu)件對(duì)任何其他構(gòu)件能轉(zhuǎn)整周。此類(lèi)運(yùn)動(dòng)鏈稱(chēng)為第二類(lèi)運(yùn)動(dòng)鏈。機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)[5]。

為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖2 所示的演示教具。

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

剛化反轉(zhuǎn)法是機(jī)械原理課的重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)，學(xué)生往往難以掌握。剛化反轉(zhuǎn)法的基本思想是把機(jī)構(gòu)的第i個(gè)位置看作是剛體，即機(jī)構(gòu)各桿件相對(duì)靜止不動(dòng)，并繞機(jī)構(gòu)上的某一個(gè)旋轉(zhuǎn)，使機(jī)構(gòu)上的某一桿件與初始位置時(shí)該桿件的位置重合。如下圖3所示，四桿機(jī)構(gòu)ABCD運(yùn)動(dòng)到AiBiCiDi時(shí)，把AiBiCiDi剛化，并繞A點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至AiDi與AD重合，則可以得到此時(shí)BiCi的位置，由CD和Ci Di長(zhǎng)度相等，我們可以得到D點(diǎn)在C Ci線(xiàn)段的垂直平分線(xiàn)上。

設(shè)計(jì)的教具如下圖4所示，制作了3個(gè)相同的四桿機(jī)構(gòu)，將該機(jī)構(gòu)分別運(yùn)動(dòng)到不同位置，然后進(jìn)行剛化反轉(zhuǎn)，得到圖5所示結(jié)果。由于EC1，EC2，EC3長(zhǎng)度相等，故連接點(diǎn)E在C1C2， C2C3的垂直平分線(xiàn)的交點(diǎn)上。由此，我們通過(guò)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(jī)構(gòu)的構(gòu)型。

3、優(yōu)點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)

本文的思想是改變方式，老師帶著學(xué)生通過(guò)教具動(dòng)手演示課本上的知識(shí)，在實(shí)踐中掌握課本知識(shí)。與傳統(tǒng)的教具相比，本教具小巧精致，采用有機(jī)玻璃為材料加工制作，適合批量化生產(chǎn)，價(jià)格低廉。學(xué)生有經(jīng)濟(jì)實(shí)力購(gòu)買(mǎi)且便于攜帶。該教具的桿件可以輕易變換長(zhǎng)度，達(dá)到了一桿多用的效果，可以使用相同的桿件展現(xiàn)四桿機(jī)構(gòu)不同的運(yùn)動(dòng)形式。

4、小結(jié)

《機(jī)械原理》作為機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一門(mén)必修基礎(chǔ)課，知識(shí)點(diǎn)較多，難度較大并且與實(shí)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(shí)，改革傳統(tǒng)的教學(xué)方式具有重要的意義。本教具簡(jiǎn)單、精致、小巧、便宜、可以展示機(jī)械原理課上的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)、實(shí)用性強(qiáng)。本文對(duì)該教具進(jìn)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(jìn)行連接，該方法拆卸不夠方便，接下來(lái)可以考慮其他的連接方式，比如磁鐵磁性連接等。

[參考文獻(xiàn)]：

[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(jìng)賽的課外實(shí)踐教學(xué)模式的探索[J].實(shí)驗(yàn)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(jǐn). 機(jī)械原理活動(dòng)投影教具的使用性能[J].甘肅科技， 2005，21（7）.

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

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