“機(jī)械自鎖”的教學(xué)與反思

朱代根，楊燦宇，王 遠(yuǎn)，程 斌，鄧婷婷

(西南林業(yè)大學(xué)機(jī)械與交通學(xué)院，云南 昆明 650224)

教學(xué)管理

“機(jī)械自鎖”的教學(xué)與反思

朱代根，楊燦宇，王 遠(yuǎn)，程 斌，鄧婷婷

(西南林業(yè)大學(xué)機(jī)械與交通學(xué)院，云南 昆明 650224)

“機(jī)械自鎖”是《機(jī)械原理》中的一個重要章節(jié)，在理論教學(xué)與實踐應(yīng)用中占有重要地位。從實踐教學(xué)經(jīng)驗出發(fā)，詳細(xì)介紹了本章節(jié)內(nèi)容的教學(xué)導(dǎo)入技巧、教學(xué)思路設(shè)計，以及教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)的講解技巧。教學(xué)實踐表明，該教學(xué)方法有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了理想的教學(xué)效果。

機(jī)械原理；機(jī)械自鎖；教學(xué)與反思

《機(jī)械原理》作為機(jī)械類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計思想的源泉。其有機(jī)地將工程制圖、理論力學(xué)、機(jī)械制造基礎(chǔ)等課程的知識融為一體，主要為學(xué)生應(yīng)用所學(xué)理論知識解決工程實際中所遇到的問題提供指導(dǎo)，該課程是保證專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間平穩(wěn)過渡與適度銜接的重要課程，在學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力培養(yǎng)中占有重要地位。

“機(jī)械自鎖”是《機(jī)械原理》中的一個重要章節(jié)，在各類考試中一般規(guī)定其所占分值為8%～12%。自鎖在機(jī)械工程實際應(yīng)用中具有十分重要的意義[1-3]：①在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計時，為使機(jī)械能夠順利地完成預(yù)期的運(yùn)動，必須防止該機(jī)械在運(yùn)動方向發(fā)生自鎖；②有些機(jī)械的工作必須具有自鎖特性，以達(dá)到節(jié)能、高效、安全等目的[4-6]。機(jī)械自鎖條件的確定是教學(xué)中的一個難點(diǎn)，在以往的研究中，主要討論自鎖現(xiàn)象在工程上的應(yīng)用及移動副自鎖條件的判定[7]，對機(jī)械自鎖的教學(xué)問題討論較少。本文將筆者教研小組多年來的教學(xué)經(jīng)驗和所取得的顯著教學(xué)效果與各位同仁分享，旨在為“機(jī)械自鎖”及同類課程的教學(xué)提供一定的經(jīng)驗及借鑒。

1 教學(xué)技巧

1.1 教學(xué)導(dǎo)入技巧

教學(xué)導(dǎo)入是課堂教學(xué)的起始環(huán)節(jié)，課堂教學(xué)導(dǎo)入可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生明確本堂課的教學(xué)目標(biāo)、重點(diǎn)難點(diǎn)，活躍課堂氣氛，直接提高課堂教學(xué)質(zhì)量。因此，在本節(jié)教學(xué)中，采用了實物模型法、播放動畫法及設(shè)問啟發(fā)式導(dǎo)入法。

授課前，演示圖1所示的三種機(jī)械自鎖模型，用實物模型分別演示斜面機(jī)構(gòu)、靠墻梯子、偏心夾具的運(yùn)動情況。由小到大緩慢改變圖1(a)中的斜面傾角φ，讓學(xué)生仔細(xì)觀察斜面上滑塊的運(yùn)動情況；由小到大緩慢改變圖1(b)中的梯子與墻面傾角夾角φ，讓學(xué)生仔細(xì)觀察斜面上滑塊的運(yùn)動情況；由小到大緩慢改變圖1(c)偏心夾具中凸輪圓心A與回轉(zhuǎn)中心O的相對位置，讓學(xué)生仔細(xì)觀察夾具的運(yùn)動情況。播放生活中其他的機(jī)械自鎖應(yīng)用情況。實物展示與動畫演示完成后，給學(xué)生提出“某些機(jī)械，從其結(jié)構(gòu)來看，只要加上一定的驅(qū)動力，按常理就應(yīng)該能夠使其沿著有效驅(qū)動力作用的方向活動，但有時候為什么無法使它活動”，讓學(xué)生帶著疑惑，進(jìn)入到本章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)中。

圖1 教學(xué)導(dǎo)入用機(jī)械自鎖圖

1.2 教學(xué)思路技巧

教學(xué)思路是指教師對課堂教學(xué)所專門設(shè)計的教學(xué)過程，通過教學(xué)思路設(shè)計使課堂教學(xué)內(nèi)容由簡至繁，由淺至深，激發(fā)學(xué)生的求知欲，得到滿意的教學(xué)效果。因此，在本節(jié)教學(xué)中，教學(xué)思路為：自鎖現(xiàn)象→自鎖意義→自鎖條件→機(jī)械自鎖條件確定→章節(jié)小結(jié)。其中，講解自鎖現(xiàn)象和自鎖意義時，應(yīng)以實物和視頻形式展示生活中的機(jī)械自鎖，如爬樹器、顎式破碎機(jī)、螺旋器械等。講解自鎖條件時，應(yīng)簡要復(fù)習(xí)平面機(jī)構(gòu)的力分析、機(jī)械的效率，重點(diǎn)回顧摩擦總反力的方向確定，強(qiáng)調(diào)驅(qū)動力的概念及意義。最后，對本章作出章節(jié)小結(jié)，并布置相關(guān)課后練習(xí)。

1.3 教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)

從多年來的學(xué)生作業(yè)和考試情況可知，學(xué)生對機(jī)械自鎖條件確定方法掌握的不夠深入，都是死記硬背，依葫畫瓢式答題。特別是對驅(qū)動力、生產(chǎn)阻力的判斷有待進(jìn)一步提高。因此本章節(jié)內(nèi)容的難點(diǎn)和重點(diǎn)為機(jī)械自鎖條件確定。

對于機(jī)械自鎖條件確定，多數(shù)教材都是從運(yùn)動副自鎖、生產(chǎn)阻力≤0、效率η≤0、自鎖的概念四個方面來判斷。根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗，學(xué)生對運(yùn)動副自鎖的確定很容易理解，但對從自鎖的概念或意義的角度來確定自鎖卻很難理解，因此，在教學(xué)中只講解運(yùn)動副自鎖、生產(chǎn)阻力≤0、效率η≤0三種判別自鎖的方法。下面以斜面機(jī)構(gòu)為例，采用以上三種方法分別講解機(jī)械自鎖條件的判別。

圖2 斜面機(jī)構(gòu)

(1)運(yùn)動副自鎖的條件：

移動副發(fā)生自鎖的條件為滑塊上驅(qū)動力與接觸面法線夾角位于其摩擦角之內(nèi)。如圖2所示，當(dāng)滑塊沿斜面向左下方滑動時，G為驅(qū)動力，φ為斜面的傾角，β為摩擦角。驅(qū)動力G與接觸面法線夾角為φ，因此自鎖條件為φ≤β。

轉(zhuǎn)動副發(fā)生自鎖的條件為軸頸上的驅(qū)動力F作用于摩擦圓之內(nèi)，即a≤ρ。

(2)通過生產(chǎn)阻力判別機(jī)械自鎖：

如果機(jī)械發(fā)生自鎖，則無論驅(qū)動力如何增大，機(jī)械都不能運(yùn)動；這時不能對外作功，因此生產(chǎn)阻力≤0。如圖2所示，G為驅(qū)動力，F(xiàn)為生產(chǎn)阻力，F(xiàn)=Gtan(φ-β)，機(jī)械發(fā)生自鎖時生產(chǎn)阻力F≤0，則自鎖條件為φ≤β。

(3)通過效率判別機(jī)械自鎖：

2 教學(xué)反思

興趣是最好的老師，講授本章節(jié)內(nèi)容時，應(yīng)通過實物模型和視頻來展示機(jī)械自鎖在現(xiàn)實生活中的廣泛應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生思考生活中還有哪些地方可以應(yīng)用到機(jī)械自鎖，以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在教學(xué)安排上，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)由簡單到復(fù)雜、由易到難，以增強(qiáng)學(xué)生的自信心，激發(fā)學(xué)生的求知欲。

章節(jié)中難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容的選擇和講解，將對學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。在章節(jié)內(nèi)容中，以機(jī)械自鎖條件確定為難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容，深入展開講解運(yùn)動副自鎖、生產(chǎn)阻力≤0、效率η≤0三種判別機(jī)械自鎖的方法，對從自鎖的概念或意義的角度來判別機(jī)械自鎖的方法進(jìn)行了舍棄。

授課過程中，應(yīng)結(jié)合實例來講解機(jī)械自鎖問題，并給學(xué)生留出一定的時間來理解和提問。課程小結(jié)時，只復(fù)習(xí)本章節(jié)中難點(diǎn)和重點(diǎn)。在課后習(xí)題的選擇上，應(yīng)選擇難度適中并且在實際生活中常見的機(jī)械或機(jī)構(gòu)作為習(xí)題。

3 結(jié)束語

“機(jī)械自鎖”是《機(jī)械原理》中的一個重要章節(jié)，在理論教學(xué)與實踐應(yīng)用中都占有重要地位。是學(xué)生進(jìn)行后續(xù)課程學(xué)習(xí)的必備知識，也是學(xué)生將來從事機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)知識。經(jīng)過多年來的教學(xué)發(fā)現(xiàn)，巧妙設(shè)計教學(xué)導(dǎo)入，合理設(shè)計教學(xué)思路及有效講解教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果都能起到事半功倍的作用。

[1] 張春，楊明金，陳建，等.帶有自鎖式關(guān)節(jié)的農(nóng)業(yè)六足機(jī)器人能耗優(yōu)化模型及驗證[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016(18)：73-83.

[2] 劉艷妍，楊晉，馬學(xué)鵬，等.上推式快鍛液壓機(jī)活動橫梁轉(zhuǎn)動自鎖條件研究[J].機(jī)械工程學(xué)報，2014(8)：66-72.

[3] 孫吉平，高志，黃靖遠(yuǎn)，等.鏈環(huán)式超越離合器自鎖條件及數(shù)學(xué)模型[J].清華大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2003(8)：1031-1034.

[4] 孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].8版.北京：高等教育出版社，2013：78-81.

[5] 王玉杰.摩擦中的自鎖現(xiàn)象及其在工程上的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動化，2006(3)：150-151.

[6] 羅月云.自鎖現(xiàn)象在工程上的應(yīng)用[J].安慶師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，1998(3)：70-73.

[7] 楊益梅，黃霞春.摩擦與自鎖條件的確定[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2007(3)：35-36.

(責(zé)任編輯 王琦)

Teaching and Reconsidering on“Mechanical Self-Locking”

ZHU Dai-gen，YANG Can-yu，WANG Yuan，CHENG Bin，DENG Ting-ting

(College of Machinery and Communication，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China)

“Mechanical Self-Locking”is an important chapter of the course “Theory of Machines and Mechanisms”，and occupies a significant position in theory teaching and practical application.In this paper，starting from the practical teaching experience over the past years，the teaching skills of introduction to the chapter，the design of teaching ideas，and teaching difficulties and focus are described in detail.The teaching practices have proved that the teaching method has not only effectively stimulated the students' interest in learning，but also achieved ideal teaching effects.

Theory of Machines and Mechanisms；mechanical self-locking；teaching and reconsidering

2017-02-28

西南林業(yè)大學(xué)教育科學(xué)研究項目“‘機(jī)械原理課程設(shè)計’課程教學(xué)改革與建設(shè)”(YB201626)；云南省教育廳引領(lǐng)品牌專業(yè)建設(shè)項目“機(jī)械設(shè)計制造及其自動化”(51600631)

朱代根(1979-)，男，云南昆明人，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，碩士，主要從事機(jī)械設(shè)計及原理的教學(xué)和科研工作，E-mail：argen243@163.com。

G642.3；TH132

A

2095-2953(2017)06-0050-03