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摘要:
結(jié)合機(jī)械原理理論學(xué)習(xí)和工程實(shí)際聯(lián)系緊密的特點(diǎn),以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和綜合設(shè)計(jì)能力為主線,在機(jī)械原理教學(xué)中教師自創(chuàng)教具,學(xué)生自制學(xué)具,再將教具、學(xué)具與視頻、動(dòng)畫等多媒體素材在課堂融合,用最直觀的方式讓學(xué)生參與互動(dòng),極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主觀能動(dòng)性,活躍了課堂氣氛,提高了學(xué)習(xí)效率。
“機(jī)械原理”是高等院校機(jī)械類專業(yè)本??粕匦薜囊婚T主干技術(shù)基礎(chǔ)課,在學(xué)生從基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)過渡到研究和解決機(jī)械工程技術(shù)問題的過程中起著關(guān)鍵性的橋梁作用。近年來教師在講授機(jī)械原理的過程中常會(huì)被如下2種矛盾現(xiàn)象所困惑:一是課程具有很強(qiáng)的工程性應(yīng)用性特點(diǎn),與學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相矛盾;二是教學(xué)課時(shí)少,與課程內(nèi)容多、教學(xué)任務(wù)量大相矛盾,于是多媒體技術(shù)被普遍地應(yīng)用于機(jī)械原理課程的教學(xué)。運(yùn)用計(jì)算機(jī)的文字、聲音、圖片、動(dòng)畫、影像等多媒體功能,可以將難以用語言、板書、掛圖描述清楚的內(nèi)容非常形象生動(dòng)地解釋清楚,應(yīng)用PPT大大節(jié)省教學(xué)過程中如推導(dǎo)公式、畫圖的時(shí)間,有限的時(shí)間可用來突出重點(diǎn)和突破難點(diǎn)。但其缺點(diǎn)也逐漸地顯現(xiàn),上課就像放電影,學(xué)生反應(yīng)不過來,沒時(shí)間思考也不用想象;教師一勞永逸,創(chuàng)造性的勞動(dòng)減少。為此,曹金玲指出:需要將傳統(tǒng)教學(xué)與CAI教學(xué)有機(jī)結(jié)合;申?duì)D則提出板書、課件和教具三位一體的教學(xué)模式。將實(shí)物教具乃至學(xué)具帶進(jìn)課堂,用具像的、可觸摸的實(shí)物操作體驗(yàn)幫助學(xué)生進(jìn)行形象思維,將有助于對抽象理論的理解,這是動(dòng)畫或真實(shí)場景的視頻都無法替代的。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)的機(jī)械原理教具比較少,吳凡研制了多功能平面機(jī)構(gòu)演示儀,古紅星設(shè)計(jì)了多功能四桿機(jī)構(gòu)組合式教具。由于追求功能盡可能多,導(dǎo)致這些教具體積過大,不方便帶入課堂。本文也以四桿機(jī)構(gòu)為例,分享我校將系列實(shí)物教具及學(xué)生自制學(xué)具帶進(jìn)課堂輔以視頻、動(dòng)畫的實(shí)施方法和體會(huì),同時(shí)介紹一種便攜、結(jié)構(gòu)簡單、多功能的、師生都愛不釋手的四桿機(jī)構(gòu)演示教具學(xué)具。
1學(xué)生自制鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)學(xué)具
1.1自制鉸鏈四桿學(xué)具的實(shí)現(xiàn)前一章課程結(jié)束時(shí)布置每位學(xué)生自制一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),材料不限、自已發(fā)掘,下一次課時(shí)請帶到教室。圖1所示是2名學(xué)生在展示他們做的四桿機(jī)構(gòu)(左邊學(xué)生用竹子制作的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)最大),圖2所示是全班學(xué)生操作自制學(xué)具。
1.2自制鉸鏈四桿學(xué)具的作用(1)首先,是對理論知識(shí)的學(xué)習(xí)有著無可替代的感性認(rèn)知作用。換機(jī)架成不同的機(jī)構(gòu)、存在曲柄的條件、急回、死點(diǎn)、傳動(dòng)角、壓力角和四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí),學(xué)生自己都可以用手頭學(xué)具幫助自己建立感性的認(rèn)識(shí),所形成的印象會(huì)是刻骨銘心的。(2)對培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)也非常有用。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中4根桿件的3種連接方式中只有布置在3個(gè)平行平面中才是能正常運(yùn)動(dòng)的。而布置在2個(gè)平行平面及交錯(cuò)平面內(nèi)的都將無法運(yùn)動(dòng)。部分學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)自己存在這方面問題,動(dòng)不了。而這在看flash動(dòng)畫演示時(shí)是無法體會(huì)到的,只有在“練兵”中才能得“真刀實(shí)槍”的體會(huì)。(3)對檢查學(xué)生預(yù)習(xí)的情況十分奏效。沒有要求制作曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是有原因的。如果學(xué)生自己認(rèn)真預(yù)習(xí),大多做的是曲柄搖桿機(jī)構(gòu),桿件長度是滿足存在曲柄的桿長條件的。而如果沒有有效預(yù)習(xí),靠拍腦袋隨機(jī)選定的桿長,則也剛好佐證了要存在曲柄是有條件限制的。(4)自制學(xué)具培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。自制的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可謂五花八門,大小各不相同,材料各不相同,學(xué)生充分利用了身邊的硬紙、筆芯、冰棍棒、鐵絲、吸管、塑料板、竹子和木頭等,充分發(fā)揮了他們的想象力和創(chuàng)造力。(5)使學(xué)生獲得了自信。每個(gè)人拿著自己勞動(dòng)的成果,臉上都顯露著自信,都顯得充滿活力,雖然制作不復(fù)雜,但要運(yùn)動(dòng)得順暢,還得制作得盡可能精細(xì)。(6)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。由圖1和圖2可見學(xué)生興致高昂,課堂氛圍活躍,不會(huì)死氣沉沉;學(xué)生比任何時(shí)候都更渴望獲得新知識(shí),可以主動(dòng)地進(jìn)行發(fā)現(xiàn)知識(shí)的自學(xué)。
2教師自制鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)教具
自制鉸鏈四桿教具的實(shí)現(xiàn)自制磁性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)教具如圖3所示。它是由桿件1、桿件2、桿件3和桿件4組成,每根桿件的首尾兩端同一表面各固定一塊圓形磁鐵6,首尾圓形磁鐵6依次相互吸合后,各桿件相對鄰接的桿件可繞它們吸合的圓形磁鐵6的中心相對轉(zhuǎn)動(dòng),作用同鉸鏈,從而構(gòu)成鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。
自制鉸鏈四桿教具的作用(1)它可以用于理論知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)的教學(xué)演示。圖3所示的兩種方案,其一滿足鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中存在周轉(zhuǎn)副的桿長條件,換不同桿件為機(jī)架可用于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)的演示,另一種則不滿足該桿長條件,只能是雙搖桿機(jī)構(gòu)。桿件1上在其兩端兩塊圓形磁鐵6之間沿桿長方向可固定一長條形磁鐵5,長條形磁鐵5的長度不小于桿2兩端兩塊圓形磁鐵6中心距的兩倍,且長條形磁鐵5的一端到靠近它的端部圓形磁鐵6之間的距離不大于桿件4上兩圓形磁鐵6中心距與桿2上兩圓形磁鐵6中心距的差值,按圖4(a)所示方式吸合各磁鐵,桿4端與條形磁鐵吸合的圓形磁鐵6將沿條形磁鐵5既轉(zhuǎn)動(dòng)又滑動(dòng),其運(yùn)動(dòng)同鉸接一滑塊,可用于對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)演示。(2)不占空間,另有它用。(a)教具每學(xué)期只在講這一章內(nèi)容時(shí)才用,絕大多數(shù)時(shí)間都是收藏狀態(tài),(b)則表示平時(shí)不用時(shí)的狀態(tài),最小占用空間,且可以當(dāng)磁釘使用,用于在鐵質(zhì)器具表面固定一些物品。(3)向?qū)W生展示創(chuàng)新的方法。這個(gè)設(shè)計(jì)利用了TRIZ(拉丁文teoriyaresheniyaizobreatatelskikhzadatch的詞頭縮寫,意思是發(fā)明問題解決理論)中的機(jī)械系統(tǒng)替代的創(chuàng)新原理(順帶簡單地科普一下該理論,此為作者在學(xué)校開設(shè)的一門公選課),即用磁場聯(lián)接代替機(jī)械的銷釘?shù)嚷?lián)接方式,便實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新,帶來了諸多的好處。雖然是小改進(jìn),但當(dāng)向?qū)W生展示該教具時(shí),學(xué)生都睜大眼睛,發(fā)出驚訝的聲音,并表示回去后自己也做個(gè)這樣的留作紀(jì)念,本人則鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步創(chuàng)新。
3其他典型教具
3.1其他典型教具進(jìn)課堂(1)水稻插秧機(jī)四桿分插機(jī)構(gòu)。首先播放一段插秧機(jī)插秧時(shí)的視頻,初步了解其功能;再通過一段利用Pro/E自制的仿真動(dòng)畫觀察分插機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng);最后出示從插秧機(jī)上拆下的一個(gè)分插機(jī)構(gòu),如圖5所示。學(xué)生可以直觀感受曲柄搖桿機(jī)構(gòu)以及所謂的連桿曲線在生產(chǎn)中的應(yīng)用,了解桿件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并思考“為什么”。此教具在動(dòng)平衡一章中也有應(yīng)用,曲柄上的平衡塊。(2)摩托車的曲軸活塞總成。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的一種演化,最典型的工程應(yīng)用應(yīng)該就是內(nèi)燃機(jī)了。通過一動(dòng)畫演示四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作過程和原理,再向?qū)W生展示圖6所示的摩托車用曲軸活塞總成。同樣,此教具在動(dòng)平衡一章中也有應(yīng)用,曲軸平衡塊。
3.2其他典型教具進(jìn)課堂的作用選擇典型的、大小適合的教具在課堂上適時(shí)地展示給學(xué)生,并讓學(xué)生在課間現(xiàn)場親身把玩,不僅能讓學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,更可以培養(yǎng)他們善于觀察、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ趟仞B(yǎng);還能幫助學(xué)生了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),從而知悉“機(jī)械原理”與“機(jī)械設(shè)計(jì)”兩門課程間內(nèi)在的聯(lián)系,機(jī)械原理研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)的“靈魂”———機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),而機(jī)械設(shè)計(jì)則是賦予機(jī)械“肉體”———裝配圖和零件圖,有助于避免傳統(tǒng)教學(xué)中兩門課間的割裂和孤立。
4結(jié)論
實(shí)踐出真知,多媒體教學(xué)素材無法取代實(shí)物的切身體驗(yàn)。本文以連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)為例介紹了在“機(jī)械原理”教學(xué)中教具和學(xué)具結(jié)合多媒體進(jìn)行教學(xué)的方法和意義。這種教學(xué)模式的應(yīng)用,使學(xué)生對機(jī)械原理產(chǎn)生了濃厚的興趣,有了興趣就有動(dòng)力。這種動(dòng)力是由內(nèi)而外的,是最可持續(xù)的,也是最珍貴的。教師為學(xué)生在這種動(dòng)力的驅(qū)使下所取得的進(jìn)步感到高興,今后還將進(jìn)一步豐富機(jī)械原理的教具、學(xué)具,并將此教學(xué)模式應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)等課程的教學(xué)中。
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