鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的性質(zhì)及判別方法課程教學(xué)設(shè)計(jì)

李孔戎

摘 要：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型判別是技工學(xué)校機(jī)械基礎(chǔ)課程中的重要內(nèi)容。作者在教學(xué)實(shí)踐中，探索采用的設(shè)計(jì)理念是：以實(shí)例為載體，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體；以相互交流，動(dòng)手操作為手段，運(yùn)用理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式及運(yùn)用啟發(fā)、引導(dǎo)、動(dòng)手、實(shí)踐、類比等方法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 教學(xué)設(shè)計(jì)

一、教材及學(xué)情分析

中等職業(yè)學(xué)校機(jī)械類機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)，教師在講授鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)內(nèi)容時(shí)，如果采用照本宣科式的教學(xué)方法，學(xué)生興趣和積極性很難調(diào)動(dòng)起來。主要有兩個(gè)原因：一是學(xué)生感覺學(xué)習(xí)的內(nèi)容沒有貼近他們的實(shí)際生活，內(nèi)容抽象、概念模糊。二是技校的學(xué)生大多來自農(nóng)村，他們文化基礎(chǔ)普遍較差，學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課比較吃力，缺乏主動(dòng)思維和感性認(rèn)識(shí)，很難調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的激情。教材中雖然刪減了數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，結(jié)論性地給出了“曲柄存在的條件”，及表格化的“鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本類型的判別方法”而且結(jié)論已經(jīng)非常清晰，但是學(xué)生還是理解不透徹，很難跟實(shí)際生活中的典型機(jī)械相互對(duì)應(yīng)，不能準(zhǔn)確把握它們內(nèi)在的關(guān)系。教材中雖然有實(shí)例—簡(jiǎn)圖—運(yùn)動(dòng)分析，并以表格的形式一一對(duì)應(yīng)幫助學(xué)生理解，但在教學(xué)中，卻始終很難激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，為此筆者對(duì)該章節(jié)內(nèi)容的教學(xué)過程進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)

熟練掌握“鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)”三種基本類型的判別方法。

2.能力目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)、制作、協(xié)作學(xué)習(xí)能力，主動(dòng)探究、觀察、分析及綜合歸納能力。

3.情感目標(biāo)

教師通過實(shí)物動(dòng)手演示，使學(xué)生對(duì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的性質(zhì)從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，學(xué)生通過自己分析可獲得發(fā)散性思維并激發(fā)創(chuàng)造的靈感。

三、重點(diǎn)難點(diǎn)

掌握“鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)”形成條件和運(yùn)動(dòng)特征。其難點(diǎn)是三種基本類型的判別方法及在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用中的指導(dǎo)意義。

四、教法學(xué)法

教師通過習(xí)舊引新—設(shè)疑—學(xué)生制作—各組驗(yàn)證—教師歸納、總結(jié)—課堂鞏固六個(gè)步驟，讓學(xué)生自然過渡到知識(shí)的練習(xí)和運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶，從而完成該章節(jié)的教學(xué)任務(wù)。

五、教學(xué)過程

1.第一步，習(xí)舊引新

前面，我們學(xué)習(xí)了鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本類型，都是簡(jiǎn)單地根據(jù)兩個(gè)連架桿是曲柄還是搖桿來劃分的。在日常生活中，我們經(jīng)常看到在一場(chǎng)籃球比賽場(chǎng)上，也許是參賽的哪一方，賽場(chǎng)上身材高大挑的隊(duì)員有很大優(yōu)勢(shì)，但對(duì)其中最矮的那位運(yùn)動(dòng)員，也千萬(wàn)不能小看，他一定是很有特點(diǎn)的，不論在組織進(jìn)攻、掌握比賽節(jié)奏、個(gè)人技術(shù)等方面，都會(huì)有獨(dú)到之處。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的四根桿，總會(huì)有一根桿最短，這一相對(duì)的特殊性，最短的這根桿能否引起我們的關(guān)注和興趣，能否根據(jù)最短桿在不同位置時(shí)，判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是屬于哪種類型？各桿都能否做整周運(yùn)動(dòng)？

2.第二步，（新課導(dǎo)入）教師設(shè)疑

（1）機(jī)構(gòu)中具有整周旋轉(zhuǎn)的條件是什么（曲柄存在的條件）？學(xué)生只有學(xué)會(huì)判斷機(jī)構(gòu)中有無(wú)曲柄存在，教師才能進(jìn)行下一步教學(xué)。

（2）當(dāng)最短桿分別處在不同的位置時(shí)，請(qǐng)問會(huì)出現(xiàn)幾種機(jī)構(gòu)類型？

3.第三步，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)

全班分為四個(gè)小組，每組完成兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。

（1）第一個(gè)實(shí)驗(yàn)：教師對(duì)每組下發(fā)長(zhǎng)度分別45mm、100mm、70mm、120mm的兩端有孔的木條，分別讓學(xué)生用螺母和螺栓依次連接，并且在連接點(diǎn)依次標(biāo)注A、B、C、D。接著學(xué)生以不同長(zhǎng)度的桿為機(jī)架（試著變換固定桿件），讓其他桿做運(yùn)動(dòng)，觀察各桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，觀察能獲得哪幾種類型的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)？并做好記錄。

（2）第二個(gè)實(shí)驗(yàn)：教師對(duì)每組下發(fā)長(zhǎng)度分別為130mm、150mm、175mm、200mm的兩端有孔的木條，分別讓學(xué)生用螺母和螺栓依次連接，并且在連接點(diǎn)依次標(biāo)注A、B、C、D。接著學(xué)生以不同長(zhǎng)度的桿為機(jī)架（試著變換固定桿件），讓其他桿做運(yùn)動(dòng)，觀察各桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，觀察能獲得哪幾種類型的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)？并做好記錄。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束：各組學(xué)生寫出實(shí)驗(yàn)結(jié)論、推薦小組發(fā)言人。

4.第四步，小組驗(yàn)證

教師請(qǐng)各小組發(fā)言人，拿著自制的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)走上講臺(tái)，明確回答兩大疑問并驗(yàn)證本組的結(jié)論（要求板書且標(biāo)注小組編號(hào)）：一是展示中哪一組機(jī)構(gòu)存在曲柄？曲柄存在的條件是什么？二是當(dāng)最短桿處在不同位置時(shí)，機(jī)構(gòu)類型是如何確定的？

5.第五步，教師歸納總結(jié)

（1）第一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，以桿長(zhǎng)之和的不同為前提。一是曲柄的存在必須同時(shí)具備兩個(gè)條件。第一，最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和不大于其他兩桿長(zhǎng)度之和。第二，連架桿和機(jī)架中必有一桿是最短桿（在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中不能滿足第一個(gè)條件，所以不存在曲柄；分別演示兩個(gè)實(shí)驗(yàn)）。二是當(dāng)最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和不大于其他兩桿長(zhǎng)度之和時(shí)有下列三種情況。根據(jù)最短桿所處的位置判別：第一，最短桿為機(jī)架——雙曲柄機(jī)構(gòu)。第二，最短桿為連架桿——曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。第三，最短桿為連桿——雙搖桿機(jī)構(gòu)。

（2）第二個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，以桿長(zhǎng)之和的不同為前提。在最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和大于其他兩桿長(zhǎng)度之和時(shí)，無(wú)論哪個(gè)桿為機(jī)架都只能是雙搖桿機(jī)構(gòu)且曲柄不存在。

6.第六步，課堂鞏固練習(xí)

圖

舉例：AB=150mm、BC=200mm、CD=175mm、AD=210mm，如上圖所示。

如以AB為機(jī)架，或以CD為機(jī)架時(shí)，請(qǐng)問如何判斷是什么機(jī)構(gòu)？說出必要的判斷過程。

解：（1）∵最短桿+最長(zhǎng)桿之和，AB+AD=150+210=360（mm） 不大于其余兩桿之和 BC+DC=200+175=375（mm）

∴最短桿AB為機(jī)架時(shí)為雙曲柄機(jī)構(gòu)（同時(shí)滿足曲柄存在的兩個(gè)條件）。

（2）∵最短桿+最長(zhǎng)桿之和AB+AD=150+210=360（mm）不大于其余兩桿之和 BC+DC=200+175=375（mm）。當(dāng)CD為機(jī)架時(shí)，最短桿必然處在連桿位置上。

∴最短桿是連桿時(shí)為雙搖桿機(jī)構(gòu)（不能同時(shí)滿足曲柄存在的兩個(gè)條件）。

教師提示：依次類推，舉一反三；當(dāng)最短桿+最長(zhǎng)桿之和大于其余兩桿之和時(shí)會(huì)是什么機(jī)構(gòu)類型？跟哪根桿為機(jī)架有關(guān)系嗎？

課堂鞏固目的，一是學(xué)生能熟練地掌握“曲柄存在條件”二是充分運(yùn)用“最短桿”的這個(gè)特點(diǎn)準(zhǔn)確判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型。在講授中，教師必須講清“鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中必有一個(gè)是最短桿，且最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和”這個(gè)大前提。且通過教具演示，讓學(xué)生理解在這個(gè)大前提下所得出的三個(gè)結(jié)論：①取最短桿為連桿時(shí)，構(gòu)成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。②取最短桿為機(jī)架時(shí)，構(gòu)成雙曲柄機(jī)構(gòu)。③取最短桿為連桿時(shí)，構(gòu)成雙搖桿機(jī)構(gòu)。若這個(gè)大前提不存在，即當(dāng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于其余兩桿之和時(shí)，則曲柄不存在，只能構(gòu)成雙搖桿機(jī)構(gòu)且跟哪根桿為機(jī)架無(wú)關(guān)。

六、教學(xué)感受

在精心設(shè)計(jì)安排下，教師讓學(xué)生帶著問題在實(shí)驗(yàn)中尋找答案、驗(yàn)證結(jié)論。這種教學(xué)模式能夠真正提升學(xué)生的主體定位，充分展示個(gè)性，放手去探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)。這樣學(xué)生靠勤于動(dòng)手、樂于探究獲取新知識(shí)和能力的訓(xùn)練，為今后面對(duì)實(shí)際工作培養(yǎng)了解決問題的能力。

七、課后反思

在教學(xué)過程中，由于學(xué)生在積極參與中，時(shí)間掌控難度較大。又因?qū)W生基礎(chǔ)不同，各組完成的時(shí)間差距較大。所以教師分組時(shí)要把動(dòng)手能力強(qiáng)、善于發(fā)表自己觀點(diǎn)和喜歡“較真”的學(xué)生適當(dāng)?shù)鼐鶆虼钆?，這樣學(xué)習(xí)效果會(huì)更好。

（作者單位：柳州市技工學(xué)校）