基于微課模式的瞬心法教學(xué)探討

趙楠 侯杰茹 秦林 李享

【摘要】機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的瞬心法由于概念較為抽象，學(xué)生在理解、運(yùn)用瞬心法的過程中存在較多障礙，主要體現(xiàn)在難以確定相對(duì)瞬心位置、難以根據(jù)瞬心的性質(zhì)計(jì)算構(gòu)件速度。本文針對(duì)職業(yè)技術(shù)師范院校機(jī)械專業(yè)本科生的特點(diǎn)設(shè)計(jì)開發(fā)“瞬心法與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析”微課視頻，引導(dǎo)學(xué)生溫故知新，明晰瞬心的概念與性質(zhì)，并結(jié)合虛擬樣機(jī)軟件ADAMS通過工程實(shí)例訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，獲得較好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】微課 瞬心法 教學(xué)探討

【基金項(xiàng)目】1.教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革項(xiàng)目：《智能制造技術(shù)與實(shí)踐》課程資源建設(shè)。2.亞龍教育支持教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革項(xiàng)目：《智能制造技術(shù)與實(shí)踐》課程資源建設(shè)。

【中圖分類號(hào)】G424 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）01-0003-01

1.學(xué)生特點(diǎn)分析

本文的教學(xué)實(shí)踐主要面向我校機(jī)械工藝技術(shù)專業(yè)技校生源本科生（簡(jiǎn)稱“技本”）以及機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)高中生源本科生（簡(jiǎn)稱“高本”）。由于我校強(qiáng)調(diào)職業(yè)技能培養(yǎng)，因此學(xué)生普遍具有較好的操作技能與工程實(shí)踐基礎(chǔ)，具有良好的形象思維能力，思維相對(duì)活躍；然而不足之處在于抽象思維與邏輯思維能力相對(duì)薄弱，數(shù)學(xué)、力學(xué)相關(guān)理論基礎(chǔ)不足，因此對(duì)于較為抽象的知識(shí)點(diǎn)講解必須結(jié)合具體實(shí)例、結(jié)合圖形化的示例，授課重心落在解決實(shí)際問題的層面。因此，極具網(wǎng)絡(luò)時(shí)代節(jié)奏的微課模式以其直觀化、動(dòng)態(tài)化、碎片化、自主化的特征非常適合我校學(xué)生學(xué)習(xí)“瞬心法”這一抽象知識(shí)點(diǎn)的需求。

2.知識(shí)點(diǎn)講授規(guī)劃

微課制作中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)就是合理規(guī)劃分配知識(shí)點(diǎn)的講述、呈現(xiàn)形式及節(jié)奏，合理安排視頻腳本。針對(duì)“瞬心法”這一重點(diǎn)難點(diǎn)，進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的梳理和導(dǎo)引。

首先，在課程引入環(huán)節(jié)，通過多桿壓力機(jī)構(gòu)這一工程實(shí)例向?qū)W生講述機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)之一——運(yùn)動(dòng)分析，通過分析既有機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，驗(yàn)證、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。借助虛擬樣機(jī)軟件ADAMS進(jìn)行機(jī)構(gòu)建模與運(yùn)動(dòng)仿真，觀測(cè)構(gòu)件位移、速度以及加速的變化規(guī)律。從而使學(xué)生從直觀上對(duì)運(yùn)動(dòng)分析的過程、必要性有了感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)如何獲得分析結(jié)果的興趣，從而引出瞬心法這一知識(shí)點(diǎn)。

其次，梳理瞬心法知識(shí)點(diǎn)，采用問題導(dǎo)引的方式通過逐步思考回答三個(gè)基本問題“什么是瞬心？如何找瞬心？以及怎樣用瞬心？”逐步完成知識(shí)點(diǎn)的掌握。同時(shí)回顧先前理論力學(xué)的知識(shí)進(jìn)行溫故知新與對(duì)比，加深對(duì)概念的理解。

第三，圍繞三個(gè)基本問題展開知識(shí)點(diǎn)的講述，如圖2所示。通過理論力學(xué)中“等速重合點(diǎn)”概念的回顧，將其從以剛體運(yùn)動(dòng)為對(duì)象演化到本課程以機(jī)構(gòu)的構(gòu)件運(yùn)動(dòng)為對(duì)象進(jìn)行知識(shí)遷移，介紹瞬心的類型與數(shù)量，并啟發(fā)學(xué)生思考相對(duì)瞬心的個(gè)數(shù)如何計(jì)算，從而加深對(duì)絕對(duì)瞬心、相對(duì)瞬心的概念區(qū)分。

第四，歸納尋找瞬心的兩類方法，特別強(qiáng)調(diào)針對(duì)具體機(jī)構(gòu)先按照運(yùn)動(dòng)副類型直接確定部分瞬心位置，再應(yīng)用三心定理以及瞬心多邊形確定其它瞬心，最后驗(yàn)證瞬心個(gè)數(shù)是否找全。其中，根據(jù)以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，特別提出強(qiáng)調(diào)通過直接觀察運(yùn)動(dòng)副只能確定瞬心位于垂直于導(dǎo)路的一族平行線上，而并非一條確定的直線。

第五，歸納利用瞬心計(jì)算速度的方法。對(duì)于與機(jī)架形成的絕對(duì)瞬心，活動(dòng)構(gòu)件做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，可利用瞬心是瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心這一概念，按照定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行速度分析；對(duì)于相對(duì)瞬心，由于其位置時(shí)刻變化，因此可使用理論力學(xué)中“等速重合點(diǎn)”的概念進(jìn)行速度分析，從而有助于學(xué)生直觀區(qū)分瞬心類型并根據(jù)問題需要合理選擇瞬心的性質(zhì)進(jìn)行速度計(jì)算。

第六，通過具體機(jī)構(gòu)實(shí)例進(jìn)行綜合訓(xùn)練，例題中包含了轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副以及高副等常見的運(yùn)動(dòng)副類型。借助PPT動(dòng)畫錄制可按步驟引導(dǎo)學(xué)生完成速度分析的任務(wù)。

第七，歸納小結(jié)瞬心法應(yīng)用的基本思路以及優(yōu)缺點(diǎn)，并以曲柄滑塊ADAMS仿真分析為例訓(xùn)練學(xué)生進(jìn)行擴(kuò)展思考與計(jì)算驗(yàn)證。學(xué)生可通過瞬心法作圖計(jì)算機(jī)構(gòu)在某一位置時(shí)的滑塊速度，并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考，瞬心法能否解決加速度分析的問題，從而為后續(xù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法的引入埋下伏筆。

3.微課視頻開發(fā)與教學(xué)實(shí)踐

本著微課短小精悍的特點(diǎn)，規(guī)劃微課視頻時(shí)長(zhǎng)不超過15分鐘，按照要點(diǎn)導(dǎo)航、知識(shí)回顧、瞬心與瞬心多邊形、速度分析、歸納小結(jié)以及擴(kuò)展思考六個(gè)模塊設(shè)置內(nèi)容。其中瞬心與瞬心多邊形、速度分析兩個(gè)模塊時(shí)長(zhǎng)占約10分鐘，重點(diǎn)集中，適合學(xué)生復(fù)習(xí)觀看。

視頻制作采用PPT+ADAMS+Camtasia的工具組合，采用同期錄音錄屏方式，以PPT播放動(dòng)畫演示為基礎(chǔ)，插入機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真視頻，豐富表達(dá)方式。

本文借鑒質(zhì)量控制的三段式基本觀點(diǎn)，即“事前-事中-事后”，提出面向“課前預(yù)習(xí)——課堂導(dǎo)引——課后參考”的微課應(yīng)用模式。具體來說就是借助微課服務(wù)平臺(tái)或線下方式，根據(jù)課程安排進(jìn)度向?qū)W生提供對(duì)應(yīng)的微課視頻，利用微課短小精悍的優(yōu)勢(shì)，幫助學(xué)生在課前預(yù)習(xí)內(nèi)容，帶著問題做習(xí)題；在課堂中，伴隨講解穿插播放微課視頻方式，進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容介紹講解，從而可以大量節(jié)授課時(shí)間轉(zhuǎn)而用于學(xué)生演練實(shí)踐、質(zhì)疑答疑以及討論創(chuàng)新；課后，學(xué)生可參考視頻完成作業(yè)，并在考前復(fù)習(xí)中結(jié)合視頻加深對(duì)抽象的原理、理論的理解。

4.應(yīng)用成效分析與小結(jié)

限于實(shí)施周期與實(shí)施范圍，本文以2014級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)本科生以及2015級(jí)機(jī)械工藝技術(shù)專業(yè)本科生機(jī)械原理課程教學(xué)為例進(jìn)行微課應(yīng)用模式探索，涉及到學(xué)生170名左右。采用微課輔助教學(xué)，對(duì)比2013級(jí)，課堂習(xí)題、課后作業(yè)以及期末考試相關(guān)試題的得分率提高了15%左右，有利于加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與運(yùn)用，有助于培養(yǎng)創(chuàng)新思維與創(chuàng)造能力。后續(xù)將在《機(jī)械原理》微課體系及平臺(tái)建設(shè)方面進(jìn)行深入探討研究，建立完整的課程教學(xué)微課設(shè)計(jì)制作資源與應(yīng)用模式。