機(jī)械基礎(chǔ)課程單元教學(xué)設(shè)計(jì)分析

張娜

摘?要：教師既是教授方法的實(shí)施者，也是學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)者，要合理分配教學(xué)任務(wù)，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，才能收到良好的教學(xué)效果。筆者針對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)課程的特點(diǎn)，結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐，以“平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定性的判定”教學(xué)單元為例，談?wù)剻C(jī)械基礎(chǔ)課教學(xué)單元設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械基礎(chǔ)?單元設(shè)計(jì)?教學(xué)方法

課?題：北京市職業(yè)院校教師素質(zhì)提高工程之優(yōu)秀青年骨干教師培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目資助。

機(jī)械基礎(chǔ)課程是職業(yè)院校機(jī)械類專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，它具有很強(qiáng)的綜合性、工程性和實(shí)踐性，在人才培養(yǎng)方案中處于承上啟下的地位，是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的必要的知識(shí)和技能儲(chǔ)備，起到橋梁的作用。筆者以“平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定性的判定”教學(xué)單元為例，談?wù)剻C(jī)械基礎(chǔ)課教學(xué)單元設(shè)計(jì)。

一、教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定

通過本次課90分鐘的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法。以機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)小組學(xué)生設(shè)計(jì)的“搖擺顯示屏架”為教學(xué)項(xiàng)目載體，從觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的角度出發(fā)，使學(xué)生分析和掌握平面連桿機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法，且會(huì)判定復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束并進(jìn)行處理，從而總結(jié)出判定機(jī)構(gòu)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方法，為分析機(jī)械運(yùn)動(dòng)功能和設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)打下基礎(chǔ)，概括起來分為以下三個(gè)方面。

1.知識(shí)目標(biāo)

（1）掌握平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法。

（2）會(huì)判定復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束并進(jìn)行處理。

（3）掌握判定機(jī)構(gòu)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方法。

2.能力目標(biāo)

（1）能夠判定機(jī)構(gòu)中是否存在復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束這三種特殊情況，如果有，則會(huì)處理后再計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度。

（2）會(huì)用平面機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件判斷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得是否合理，是否能夠運(yùn)動(dòng)，并且是否具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

（3）能夠通過所學(xué)過的知識(shí)解決機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際問題。

3.思維目標(biāo)

（1）根據(jù)實(shí)際問題，分析機(jī)構(gòu)能夠運(yùn)動(dòng)的條件。

（2）要學(xué)會(huì)通過平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算，用平面機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件判斷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得是否合理。

（3）從已有知識(shí)出發(fā)，善于分析和自主學(xué)習(xí)，擴(kuò)大知識(shí)范圍，掌握思維方法，提高思維能力。

二、教學(xué)內(nèi)容的確定

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)制定相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容，主要包括以下三方面。

一是平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算；

二是平面機(jī)構(gòu)中復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束這三種特殊情況，及其處理辦法；

三是平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定性的判定。

三、教學(xué)學(xué)情的分析

對(duì)于高職院校一年級(jí)的學(xué)生而言，他們?cè)诶斫夥绞缴细赜趯?shí)例的體會(huì)。他們喜歡從實(shí)際的案例中體會(huì)理論，學(xué)習(xí)知識(shí)，得到結(jié)論。本教學(xué)單元以機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)小組學(xué)生自己設(shè)計(jì)的“搖擺顯示屏架”機(jī)構(gòu)為教學(xué)項(xiàng)目載體，引入教學(xué)內(nèi)容 ，分析平面機(jī)構(gòu)的自由度，而不是直接進(jìn)行理論分析，更大程度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

本單元從學(xué)生已有知識(shí)出發(fā)，以實(shí)際案例讓學(xué)生觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，引出新的知識(shí)——平面機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算方法及其三種特殊情況的處理辦法，使學(xué)生更容易接受和獲取新知識(shí)。

從零件靜止時(shí)的分析轉(zhuǎn)變到平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的教學(xué)內(nèi)容，是一個(gè)由靜到動(dòng)的變化過程，要從運(yùn)動(dòng)的角度出發(fā)來啟發(fā)學(xué)生對(duì)本節(jié)課內(nèi)容的理解，同時(shí)要從具體的構(gòu)件抽象出簡圖來研究運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。這是利用以往所學(xué)知識(shí)分析問題，也是改變學(xué)生學(xué)習(xí)思路的方式。在教學(xué)過程中，應(yīng)恰當(dāng)處理借助圖形的直觀含義和嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理之間的關(guān)系。既要引導(dǎo)學(xué)生從直觀上發(fā)現(xiàn)問題的實(shí)質(zhì)，也要注意對(duì)某些關(guān)鍵的結(jié)論進(jìn)行縝密的邏輯推理。

四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)的解決辦法

任何一個(gè)機(jī)構(gòu)都是若干個(gè)構(gòu)件由運(yùn)動(dòng)副連接起來的。為了按一定要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的傳遞和轉(zhuǎn)換，當(dāng)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，該機(jī)構(gòu)其余構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)也都應(yīng)是完全確定的。為了使所設(shè)計(jì)的構(gòu)件能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)并具有運(yùn)動(dòng)確定性，有必要研究平面機(jī)構(gòu)的自由度和機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。

1.教學(xué)重點(diǎn)及解決辦法

根據(jù)本課程的知識(shí)和技能結(jié)構(gòu)、學(xué)生下一階段學(xué)習(xí)的需要及授課時(shí)限，決定本次課的教學(xué)重點(diǎn)。

（1）平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算，及其三種特殊情況（復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束）的處理。本單元重點(diǎn)是讓學(xué)生會(huì)判斷平面機(jī)構(gòu)中復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束這三種特殊情況，并進(jìn)行處理，目的是能夠正確計(jì)算平面機(jī)構(gòu)自由度，在進(jìn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)解決工程實(shí)際問題。

（2）平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定性的判定。平面機(jī)構(gòu)中要求每個(gè)構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架的運(yùn)動(dòng)都是確定的，以使執(zhí)行構(gòu)件能夠按要求執(zhí)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。本單元的重點(diǎn)是用平面機(jī)構(gòu)具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件判斷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，目的是在進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理性。

教學(xué)重點(diǎn)解決對(duì)策：重點(diǎn)講解；啟發(fā)主動(dòng)思考；讓學(xué)生隨堂練習(xí)；提供學(xué)生參與機(jī)會(huì)。

例如，機(jī)構(gòu)的復(fù)合鉸鏈部分，首先讓學(xué)生判定拋光機(jī)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)確定性，學(xué)生得出結(jié)論：原動(dòng)件W=1，自由度F=3，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不確定。而讓學(xué)生觀察拋光機(jī)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是確定的。問題出在哪里呢？引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，觀察機(jī)構(gòu)中構(gòu)件連接比較特殊的地方，從而發(fā)現(xiàn)有3個(gè)構(gòu)件在同一處用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，引出了對(duì)復(fù)合鉸鏈的解釋和處理辦法的學(xué)習(xí)。最后用正確的方法計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度F=W=1>0，得到正確的結(jié)論：機(jī)構(gòu)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這樣利用真實(shí)案例、動(dòng)畫演示啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，分析和解決問題，使學(xué)生印象深刻，容易理解所學(xué)知識(shí)，并且能夠及時(shí)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。

2.教學(xué)難點(diǎn)及解決辦法

根據(jù)學(xué)生情況以及以往經(jīng)驗(yàn)，本次課的教學(xué)難點(diǎn)是計(jì)算平面自由度時(shí)虛約束的判斷及處理。

教學(xué)難點(diǎn)解決對(duì)策：根據(jù)學(xué)生的反映，把握講解速度；結(jié)合多媒體課件和圖片；利用提問和練習(xí)方式，隨堂檢驗(yàn)學(xué)生掌握程度。

例如，平面機(jī)構(gòu)中的虛約束常出現(xiàn)在以下情況中：轉(zhuǎn)動(dòng)副連接兩構(gòu)件運(yùn)動(dòng)軌跡重合；兩構(gòu)件組成多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副、且各轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合；兩構(gòu)件組成多個(gè)移動(dòng)副、且各轉(zhuǎn)動(dòng)副導(dǎo)路平行或者重合；兩構(gòu)件組成多個(gè)平面高副、且各高副接觸點(diǎn)處公法線重合；對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不起作用的對(duì)稱部分，如行星輪。每一種情況都配以圖片分析講解，形象直觀，便于理解。

五、教學(xué)方法的設(shè)計(jì)

1．任務(wù)驅(qū)動(dòng)法

本次課堂教學(xué)以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”為主線，在講解本次課程的重點(diǎn)內(nèi)容平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算及其三種特殊情況的處理時(shí)，將采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)法”。實(shí)施過程為：設(shè)置任務(wù)——觀察機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)小組的學(xué)生設(shè)計(jì)的“搖擺顯示屏架”的運(yùn)動(dòng)；布置任務(wù)——機(jī)構(gòu)具備什么條件才能具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如何判定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的確定性；在對(duì)任務(wù)進(jìn)行分析分解、完成任務(wù)的過程中，講解平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算方法和三種特殊情況的處理，以及判定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定性條件的使用，將教、學(xué)、做一體化，按照“教師布置任務(wù)→學(xué)生自主分析完成任務(wù)→教師指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)”的模式開展。學(xué)生不僅掌握了知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)還利用知識(shí)點(diǎn)完成了實(shí)際的任務(wù)，增強(qiáng)了成就感，激發(fā)了求知欲望，培養(yǎng)了獨(dú)立思考、勇于創(chuàng)新的精神，為機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供條件。

2.案例演示法

本單元課程以機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)小組學(xué)生設(shè)計(jì)的“搖擺顯示屏架”作為教學(xué)案例載體，通過觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程，分析平面機(jī)構(gòu)的自由度及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定性的判定方法。

該教學(xué)方法不是單純的傳授教學(xué)知識(shí)，而是將知識(shí)點(diǎn)融入到實(shí)際應(yīng)用中，使學(xué)生不僅掌握了知識(shí)，同時(shí)也具備了運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力。參考以往案例教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，采用案例演示法教授知識(shí)，更容易讓學(xué)生集中精力，有效提高其學(xué)習(xí)的積極性，加快知識(shí)和能力的獲取速度。

3.T-P-S法（思考—討論—分享）

在做綜合練習(xí)這部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生可以通過自己閱讀資料思考和學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，兩個(gè)人一起討論完成習(xí)題，最后以兩人組合給大家講解分析思路及解題過程。學(xué)生能夠在完成任務(wù)的過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題。這種方法可以使每個(gè)學(xué)生都參與學(xué)習(xí)，培養(yǎng)獨(dú)立思考、語言表達(dá)等能力，綜合解決問題的能力，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。T-P-S法實(shí)施步驟為：獨(dú)立工作（自己獨(dú)立學(xué)習(xí)思考），交流（2個(gè)人或更多人討論交流），成果展示（有多種方式，如展板、匯報(bào)等）。

4.分組討論法

在學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定性的判定這部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生可以分成小組，按四種不同的情況討論機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的確定性。學(xué)生前面已經(jīng)學(xué)過了有關(guān)機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算的內(nèi)容，可以采用學(xué)生自主討論的方式完成學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)的過程中，鼓勵(lì)學(xué)生分組學(xué)習(xí)，通過討論解決問題。這種方法可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。分組討論法的實(shí)施流程為：教師布置討論內(nèi)容，進(jìn)行臨時(shí)小組討論，現(xiàn)場(chǎng)展示討論結(jié)果，學(xué)生總結(jié)，教師評(píng)價(jià)。

在課程教學(xué)中，教師精心進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，不斷改進(jìn)教學(xué)方法和手段，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更好地理解課程內(nèi)容，為學(xué)習(xí)專業(yè)課程奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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