花純利 曹國(guó)華 劉后廣 朱真才

摘? 要 以“平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性”為例，從說(shuō)教材、說(shuō)學(xué)情、說(shuō)教法和說(shuō)教學(xué)過(guò)程四個(gè)方面設(shè)計(jì)說(shuō)課內(nèi)容，為廣大青年教師進(jìn)行說(shuō)課教學(xué)活動(dòng)提供參考。

關(guān)鍵詞 說(shuō)課;平面四桿機(jī)構(gòu);教材;機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

中圖分類號(hào)：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）18-0047-03

1 前言

說(shuō)課是各高校廣泛展開(kāi)教學(xué)研討活動(dòng)的主要方式之一，通過(guò)說(shuō)課這一教學(xué)活動(dòng)，不僅可以加深任課教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，而且可以提高課堂教學(xué)質(zhì)量。說(shuō)課是促進(jìn)教學(xué)、教研改革的重要方式，是教學(xué)活動(dòng)中不可缺少的環(huán)節(jié)。說(shuō)課是教師在有限時(shí)間內(nèi)用簡(jiǎn)明扼要的語(yǔ)言，根據(jù)當(dāng)前學(xué)生的實(shí)際情況，準(zhǔn)確地圍繞“教什么”“怎么教”和“為什么這樣教”展開(kāi)[1]。說(shuō)課是教師必備的一項(xiàng)重要專業(yè)技能，可以有效提高教師備課質(zhì)量和課堂教學(xué)水平，促進(jìn)教師自身素質(zhì)拓展和教學(xué)改革[2]。

說(shuō)課有別于備課和上課，是位于二者之間的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，即能夠?qū)湔n進(jìn)行及時(shí)檢查和深化，又是上課前的準(zhǔn)備和基礎(chǔ)。通過(guò)說(shuō)課教研活動(dòng)，不僅能夠調(diào)動(dòng)教師投身教學(xué)研究、理論學(xué)習(xí)和課堂教學(xué)鉆研的積極性，有效促進(jìn)教師教學(xué)能力不斷提升和進(jìn)步，而且可以提高教學(xué)管理人員與教研員的綜合素質(zhì)[3]。在進(jìn)行說(shuō)課時(shí)，既可以某一門的課程為對(duì)象，也可以課程中的某一章或某一節(jié)內(nèi)容為對(duì)象。

本文以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)必修專業(yè)基礎(chǔ)課程機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中的“平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性”為例，從說(shuō)教材、說(shuō)學(xué)情、說(shuō)教法和說(shuō)教學(xué)過(guò)程四個(gè)方面分析說(shuō)明說(shuō)課的設(shè)計(jì)思路。筆者希望本文的說(shuō)課設(shè)計(jì)方法和內(nèi)容能為國(guó)內(nèi)普通高校廣大教師進(jìn)行說(shuō)課教學(xué)活動(dòng)提供參考。

2 說(shuō)教材

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是面向全校材料、熱能、安全和采礦等近機(jī)械類專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講述常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容。本課程是對(duì)機(jī)械制圖、工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)、理論力學(xué)、材料力學(xué)和金工實(shí)習(xí)等基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)踐技能的綜合運(yùn)用，也為模具設(shè)計(jì)與制造、材料設(shè)計(jì)方法和課程設(shè)計(jì)等專業(yè)課的教學(xué)奠定基礎(chǔ)[4]。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)在對(duì)近機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中起到承上啟下的作用，是非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。

本門課選用的教材是由楊可楨、程光蘊(yùn)、李仲生和強(qiáng)瑞明主編，高等教育出版社出版的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》（第六版）。該教材是“十二五”普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，是根據(jù)教育部有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)基本要求，結(jié)合各高校使用該教材的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)修改而成的，廣泛適用于各高校近機(jī)械類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)。

“平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性”是該教材第二章第二節(jié)的內(nèi)容，主要包括鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件、急回特性、壓力角和傳動(dòng)角以及死點(diǎn)位置四個(gè)知識(shí)點(diǎn)。本節(jié)內(nèi)容在學(xué)習(xí)“平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用”知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行講授，也是學(xué)習(xí)下一節(jié)“平面四桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)”以及下一章“凸輪機(jī)構(gòu)”等后續(xù)課程的理論基礎(chǔ)和精華。因此，本節(jié)課是第二章“平面連桿機(jī)構(gòu)”內(nèi)容的核心，是機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，在本課程學(xué)習(xí)過(guò)程中起到承上啟下的作用。

3 說(shuō)學(xué)情

本課程授課的對(duì)象是材料、熱能、安全和采礦等近機(jī)械類專業(yè)二年級(jí)本科大學(xué)生，他們普遍存在缺少生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)歷，對(duì)工程實(shí)際了解甚少，但對(duì)日常生活中的一些機(jī)械裝置有著初步的認(rèn)知。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了“平面機(jī)構(gòu)的自由度和速度分析”和“平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用”，對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本概念和基本應(yīng)用有了初步的認(rèn)識(shí)，為學(xué)習(xí)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性奠定知識(shí)基礎(chǔ)。但是，學(xué)生對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)中的整轉(zhuǎn)副和極位夾角的基本概念不易理解，容易在對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性分析和運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。這就要求教師在教學(xué)過(guò)程中生動(dòng)形象、深入淺出地進(jìn)行分析和講解。

大部分學(xué)生在認(rèn)識(shí)過(guò)程中缺乏主動(dòng)性，但是具備較強(qiáng)的好奇心，較容易被新鮮的事物所吸引。教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)抓住學(xué)生的這一特點(diǎn)，運(yùn)用生動(dòng)有趣的情境引起學(xué)生的好奇心，把他們的注意力帶入課程內(nèi)容中，并引導(dǎo)他們發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。此外，學(xué)生還缺乏抽象思維，理解平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性將有一定難度，理論聯(lián)系實(shí)際將會(huì)更難;但是他們已經(jīng)學(xué)過(guò)機(jī)械制圖、工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)、理論力學(xué)、材料力學(xué)和金工實(shí)習(xí)等課程，具備一定的基礎(chǔ)知識(shí)。

4 說(shuō)教法

基于本節(jié)內(nèi)容的特點(diǎn)和授課學(xué)生的情況，教學(xué)時(shí)首先幫助學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境、設(shè)計(jì)活動(dòng)并提出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的好奇心，通過(guò)問(wèn)題將他們引入本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容中來(lái);其次，用日常生活中常見(jiàn)的機(jī)械裝置來(lái)生動(dòng)形象地詮釋本節(jié)中難以理解的抽象線條圖案和理論知識(shí)，如用牛頭刨床、往復(fù)式輸送機(jī)和縫紉機(jī)等熟知的機(jī)構(gòu)來(lái)理解抽象的知識(shí)會(huì)變得較容易;再次，在授課過(guò)程中采用教具演示、播放多媒體動(dòng)畫和工廠的教學(xué)錄像等形式，使學(xué)生通過(guò)具體實(shí)物和工程實(shí)際來(lái)學(xué)習(xí)理論知識(shí)，通過(guò)這些生動(dòng)的形式使得學(xué)生對(duì)具體平面四桿機(jī)構(gòu)有一定的感性認(rèn)識(shí)，然后從具體實(shí)物和工程機(jī)械中對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性進(jìn)行分析和推導(dǎo);最后，將學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)和工程實(shí)際相結(jié)合，廣泛進(jìn)行深入分析、討論和動(dòng)手實(shí)踐，進(jìn)一步鞏固在課堂上所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。

5 說(shuō)教學(xué)過(guò)程

教學(xué)過(guò)程通過(guò)以下六個(gè)步驟逐步展開(kāi)。

第一步：知識(shí)回顧。展示公共汽車的車門開(kāi)關(guān)、牛頭刨床、縫紉機(jī)踏板和電風(fēng)扇搖頭等日常生活中的典型機(jī)構(gòu)，并提出一系列問(wèn)題：這些平面四桿機(jī)構(gòu)的名稱分別是什么？分別屬于哪個(gè)基本類型？什么是曲柄？什么是搖桿？通過(guò)這些問(wèn)題回顧平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型及其應(yīng)用的主要知識(shí)。

第二步：提出問(wèn)題。從上述問(wèn)題中可以看出，鉸鏈平面四桿機(jī)構(gòu)三種基本類型的區(qū)別就在于機(jī)構(gòu)中有幾個(gè)曲柄存在。據(jù)此，可以向?qū)W生發(fā)問(wèn)：“鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中整轉(zhuǎn)副存在的條件是什么？”“曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中的搖桿速度為什么是變速運(yùn)動(dòng)？”“不同四桿機(jī)構(gòu)傳力性能有何區(qū)別？”等等。通過(guò)這些問(wèn)題激起學(xué)生的好奇心和興趣，讓他們帶著問(wèn)題來(lái)學(xué)習(xí)本節(jié)課要講的主要知識(shí)點(diǎn)。

第三步：分析推導(dǎo)。通過(guò)教具的演示、動(dòng)畫的播放，讓學(xué)生直觀觀察各種鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中各桿的長(zhǎng)短關(guān)系、連接關(guān)系和運(yùn)動(dòng)傳遞方向等。曲柄做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲柄和機(jī)架相連的轉(zhuǎn)動(dòng)副可整周回轉(zhuǎn)，則該運(yùn)動(dòng)副就是整轉(zhuǎn)副。整轉(zhuǎn)副存在條件的推導(dǎo)過(guò)程如下。

首先，演示曲柄搖桿四桿機(jī)構(gòu)，在模型演示過(guò)程會(huì)發(fā)現(xiàn)曲柄和連桿會(huì)有兩次共線的情況出現(xiàn)，如圖1所示。曲柄與連桿各共線情況下，四桿機(jī)構(gòu)均會(huì)構(gòu)成一個(gè)封閉三角形。

然后，根據(jù)三角形任意兩邊之和一定大于第三邊的定理，可得曲柄的桿長(zhǎng)l1和其他三個(gè)構(gòu)件桿長(zhǎng)l2、l3、l4的關(guān)系：

l1+l4≤l2+l3，l1+l3≤l2+l4，l1+l2≤l3+l4。不等式兩兩相加可得：l1≤l2，l1≤l3，l1≤l4。

最后，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件是最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和，而且整轉(zhuǎn)副就是由最短桿和其相鄰桿組成的。

在播放牛頭刨床、往復(fù)式輸送機(jī)等機(jī)械時(shí)，發(fā)現(xiàn)這些機(jī)械中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)具有急回特性，急回特性顯著程度的判斷依據(jù)推導(dǎo)過(guò)程如下。

首先，轉(zhuǎn)動(dòng)圖1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中的曲柄，發(fā)現(xiàn)曲柄和連桿兩次共線時(shí)搖桿分別運(yùn)動(dòng)到其左、右極限位置。當(dāng)曲柄由位置AB1順時(shí)針轉(zhuǎn)到位置AB2時(shí)，從動(dòng)件搖桿從其左極限位置C1D運(yùn)動(dòng)到其右極限位置C2D，曲柄轉(zhuǎn)過(guò)的角度為φ1=180°+θ。其中θ=∠C1AC2，它是從動(dòng)件搖桿在其左右極限位置所對(duì)應(yīng)連桿之間的夾角，常被稱為極位夾角。當(dāng)曲柄由位置AB2繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)到位置AB1時(shí)，從動(dòng)件搖桿將由其右極限位置C2D運(yùn)動(dòng)到其左極限位置C1D，這時(shí)曲柄轉(zhuǎn)過(guò)的角度卻為φ2=180°-θ。

然后通過(guò)分析比較發(fā)現(xiàn)：搖桿在其左右極限位置往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，雖然搖桿擺角相同，但對(duì)應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角不相等，φ1=>φ2。當(dāng)曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿從左極限位置C1D運(yùn)動(dòng)到右極限位置C2D的平均角速度ω1，比從右極限位置C2D運(yùn)動(dòng)到左極限位置C1D的平均角速度ω2小，表明搖桿具有急回運(yùn)動(dòng)特性。機(jī)械中經(jīng)常應(yīng)用這種急回特性來(lái)縮短非生產(chǎn)時(shí)間以達(dá)到提高生產(chǎn)率的目的。

最后，應(yīng)用行程速度變化系數(shù)K來(lái)描述機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)特性，即，或。從該式可知θ與K之間存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，且機(jī)構(gòu)的極位夾角θ越大，K就越大，機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)也越顯著。

第四步：得出結(jié)論。1）從上述分析中可得出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中整轉(zhuǎn)副存在的條件是：最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和;整轉(zhuǎn)副是由最短桿與其相鄰桿組成的。2）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中急回特性越顯著，需要其極位夾角θ越大。

第五步：實(shí)際應(yīng)用。以實(shí)際生活中具體機(jī)構(gòu)為例，進(jìn)行學(xué)習(xí)討論，使學(xué)生了解曲柄搖桿機(jī)構(gòu)會(huì)在哪些機(jī)構(gòu)中被應(yīng)用。工程和生活實(shí)際中有時(shí)需要用到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性;有曲柄存在的機(jī)構(gòu)中一定有整轉(zhuǎn)副存在;若以搖桿為原動(dòng)件，曲柄搖桿的死點(diǎn)位置在實(shí)際中被應(yīng)用，從而引出整轉(zhuǎn)副、急回特性以及死點(diǎn)位置的知識(shí)點(diǎn)。

第六步：課后拓展。為了鞏固課堂上所講授的知識(shí)點(diǎn)，課后學(xué)生以小組合作方式制作曲柄搖桿機(jī)構(gòu)并完成本章相關(guān)習(xí)題。

6 結(jié)語(yǔ)

作為介于備課和授課兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)之間的教學(xué)研究活動(dòng)，說(shuō)課對(duì)提高教師教學(xué)素質(zhì)、課堂教學(xué)質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)教學(xué)工作整體優(yōu)化具有重要意義。本文基于“平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性”內(nèi)容和學(xué)生的具體特點(diǎn)對(duì)說(shuō)課環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，多年的教學(xué)實(shí)踐證明，這種說(shuō)課形式能夠取得良好的教學(xué)效果。

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