機械原理課程探究式教學(xué)改革與探索

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1、機械原理課程探究式教學(xué)改革與探索機械原理課程探究式教學(xué)改革與探索［摘要］針對機械原理課程進行探究式教學(xué)改革與探索，我們可以提出機械原理課程教學(xué)中探究的內(nèi)容與探究式教學(xué)的一般步驟,并以機構(gòu)自由度分析與設(shè)計為例介紹探究式教學(xué)的實施過程。教學(xué)0標(biāo)檢驗與學(xué)生學(xué)習(xí)效果評估證實，通過探究式教學(xué)可以取得滿意的學(xué)習(xí)效果。［關(guān)鍵詞］機械原理教學(xué)改革探究式教學(xué)［中圖分類號］G642［文獻標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）09-0141-03機械原理課是機械工程專業(yè)的主干課，是學(xué)習(xí)機械工程專業(yè)所必須要掌握的重要課程，國內(nèi)外高校的機械工程專業(yè)對這門課也相當(dāng)重視。［1］針對機械原理的教學(xué)

2、現(xiàn)狀，基于探究式教學(xué)原理對本課程實施探究式教學(xué)［2］［3］［4］,探究本課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容、學(xué)習(xí)側(cè)重點、學(xué)習(xí)方法、知識點之間的內(nèi)在機理、聯(lián)系與應(yīng)用以及機構(gòu)學(xué)的學(xué)術(shù)前沿，將有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生更好地理解、掌握與應(yīng)用本課程知識，實現(xiàn)教與學(xué)的目標(biāo)，也有助于實現(xiàn)教學(xué)相長。一、機械原理探究式教學(xué)的設(shè)計思路在課程教學(xué)過程中，市于時間、教師自身對知識的把握能力、學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)、學(xué)習(xí)素材等條件的限制，不可能對所有的內(nèi)容進行探究式教學(xué)與學(xué)習(xí)。因此，我們采用有所選擇的原則，實行部分教學(xué)內(nèi)容探究，主要圍繞知識點探究、知識的內(nèi)在機理探究、分析設(shè)計方法，基于問題或者基于項目探究進行教學(xué)。（一）機械原

3、理教學(xué)中探究的內(nèi)容1.知識點的探究。主要探究機械結(jié)構(gòu)自由度分析及應(yīng)用、自鎖的利用、齒輪傳動特點、桿傳動特點、機構(gòu)死點的應(yīng)用。2.知識點內(nèi)在機理的探究。主耍探究常見移動運動與轉(zhuǎn)動運動的實現(xiàn)形式以及優(yōu)缺點、常見的輸入為移動輸出為轉(zhuǎn)動、輸入為轉(zhuǎn)動輸出為移動、輸入為移動輸出為移動以及輸入為轉(zhuǎn)動輸出為轉(zhuǎn)動的機構(gòu)實現(xiàn)形式、不平衡產(chǎn)生的原因及后果。3?分析設(shè)計方法的探究。連桿機構(gòu)分析與設(shè)計的圖解法與解析法各自的優(yōu)缺點，以連桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計為例探究數(shù)值優(yōu)化法的優(yōu)勢。（二）機械原理探究式教學(xué)的一般步驟1.提出問題。借鑒項目陳述式思路介紹問題的背景，目的是提高學(xué)綸的興趣與積極性。2?相關(guān)資料查詢與分析

4、。查詢相關(guān)的資料，了解所探尋問題的外在表象與內(nèi)在機理。（1）推測與假設(shè)。對所探究問題進行推測假設(shè)，尋找可能的原因以及解決問題的辦法。（2）設(shè)計實驗。對所研究的問題進行實驗方案的設(shè)計，進行探索分析。（3）尋求證實。通過分析或者實驗探索，驗證推測與假設(shè)的合理性。（4）信息和數(shù)據(jù)處理。處理探究過程中產(chǎn)生的信息與數(shù)據(jù)。（5）結(jié)論與表達。形成研究問題的結(jié)論。二、機械原理探究式教學(xué)實施過程與教學(xué)目標(biāo)檢驗本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)Z—是掌握平面機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析能力。因此，在探究式教學(xué)中以機械結(jié)構(gòu)自由度計算公式為切入點，探究機械結(jié)構(gòu)構(gòu)成、機構(gòu)自由度計算及現(xiàn)狀。針對課堂教學(xué)中講述知識點吋學(xué)半不感興趣、講述知識點

5、的用途及現(xiàn)狀時學(xué)山往往很感興趣的現(xiàn)象，我們把機械原理探究式教學(xué)講述思路調(diào)整如下：1?提出問題。機構(gòu)自由度分析是機械結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計的基木工具，完成機械裝備的開發(fā)首先要根據(jù)功能的需求完成機械結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計。2?知識點的講述與推導(dǎo)。以書本上的內(nèi)容為基礎(chǔ)介紹平面機構(gòu)與空間機構(gòu)自由度的計算公式，解釋公式的各個要素的組成。3.知識點的應(yīng)用及現(xiàn)狀。通過對平面機構(gòu)與空間機構(gòu)自由度計算公式的學(xué)習(xí)，分析普通平面機構(gòu)與簡單空間機構(gòu)的自由度，實現(xiàn)本課程中有關(guān)機械結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)。4.教學(xué)目標(biāo)檢驗。布置開放性作業(yè)題目，檢驗對知識點的掌握程度。具體的探究過程如下。（一）提出問題什么條件下機構(gòu)具

6、有確定的運動？機械裝置需要驅(qū)動器的數(shù)目是多少？機械系統(tǒng)自由度分析在這一問題中所起到的作用是什么？機構(gòu)自由度分析是機械結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計的基本工具，完成機械裝備的開發(fā)首先要根據(jù)功能的需求完成機械結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計。1.分析現(xiàn)有的機構(gòu)的自由度數(shù)冃與驅(qū)動器數(shù)冃的關(guān)系，分析其中的原因。（1）四連桿機構(gòu)需要安裝一個電機。（2）五連桿機構(gòu)需要兩個電機。2?說明機構(gòu)具有確定運動的條件。（二）相關(guān)資料查詢與分析布置任務(wù)查閱資料，經(jīng)過查閱資料分析，所探究的問題屬于機械系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計問題，解決這一問題的途徑為機械自由度分析與設(shè)計。1.機構(gòu)自由度計算公式。平面機構(gòu)自由度計算公式：F=3n-（2pl+pn）空間

7、機構(gòu)自由度計算公式：F=6n-（5p5+4p4+3p3+2p2+pl）。解釋：n活動構(gòu)件數(shù)，P運動副數(shù)，下標(biāo)表示運動副級數(shù)即約束數(shù)。探究自由度公式推導(dǎo)。（1）平面機構(gòu)自由度公式構(gòu)成要素。①自由不受約束的構(gòu)件在平面上具有3個自由度，2移動+1轉(zhuǎn)動。②運動副的作用是將機械系統(tǒng)引入約束，約束構(gòu)件只能完成特定的運動，轉(zhuǎn)動副限制機構(gòu)只能沿某…轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，移動副限制機構(gòu)只能沿導(dǎo)軌方向移動。③平面機構(gòu)自由度數(shù)目二活動構(gòu)件自由度數(shù)目-運動副提供的約束數(shù)目。（2）空間機構(gòu)自由度公式構(gòu)成要素。①自由不