《鉸鏈四桿機構急回特性》教學方法探討

李奕曉

（永城職業學院礦業工程系，河南永城 476600）

《鉸鏈四桿機構急回特性》教學方法探討

李奕曉

（永城職業學院礦業工程系，河南永城 476600）

鉸鏈四桿機構是《機械設計基礎》課程的重點內容之一，其應用極其廣泛[1]，而急回特性是繼鉸鏈四桿機構的基本類型、應用和演化之后，對其進行的進一步分析和認識。本文著眼于《機械設計基礎》的課程特點，結合高職高專學生的實際情況，在充分利用各種教學手段的同時對教學方法進行了一些探討。

鉸鏈四桿機構急回特性；實例；教學方法探討

鉸鏈四桿機構是若干個構件通過低副連接組成的平面機構，具有較高的承載能力、磨損壽命長、制造方便、易于獲得較高的制造精度、運動形式多樣等特點，因此，它在物流自動化、工程機械等諸多領域都得到了廣泛的應用[2]。其中《鉸鏈四桿機構的基本特性》是學習鉸鏈四桿機構的基礎，而急回特性是繼鉸鏈四桿機構的基本類型、應用和演化之后，對曲柄搖桿機構的進一步分析和認識。這一部分內容理論性較強，是四桿機構設計和分析的基礎，也是學生今后使用、改造各類機械的理論基礎，為學習其他機構提供了分析方法，也為后面的生產實踐起著重要的指導意義。本文重點對急回特性的教學方法進行探討。

在進行專業課教育之前，高職高專學生的自身特點是不容忽視的，他們雖然學習興趣大、動手能力強、對新鮮事物接受快，但是本課程學生初次接觸，大多數學生對專業性知識的學習感到枯燥乏味，學習積極性、主動性不高，空間想象能力差，缺乏實踐經驗和對知識的綜合運用能力，學習知識條理性不強，不能將所學知識系統化。

結合著教學大綱的要求和對知識傳授、能力培養、情感教育三者統一的教學目標，針對教材知識結構嚴謹、系統、理論性強，機構原理圖靜態抽象，本著急回特性產生的條件這一重點，及急回特性產生的原因這一難點為出發點，我對教材進行了如下處理：

“一根主線五步走，動畫仿真容易懂。”本次課程的主要任務是研究鉸鏈四桿機構的急回特性，我利用曲柄搖桿機構搖桿的往復變速擺動作為一根主線，采用發現問題、提出問題、分析問題、解決問題、歸納總結問題五步走的方法來處理搖桿擺到兩個極限位置時的情況。利用多媒體的動畫仿真功能，逐步演示曲柄搖桿機構運動過程，使學生形成感性認識，這樣有利于學生循序漸進的接受新知識，使學生感到難點不難，重點突出。

講授中主要采用啟發誘導，探索發現的教學方法，配合以模型感受、多媒體演示等教學手段，在課堂上創設民主、平等、和諧、寬松的學習氛圍，體現“教為主導，學為主體”的教學原則，增強師生間互動性，使教學更直觀、形象。創設形象生動的教學氛圍，通過“提取舊知——積極思維——實驗探究——構建新知——鞏固深化”的學法，引導學生積極思考，善于提問，形成主動探究和協作學習的良好學習習慣。

1 創設情境、引出任務

對于急回特性這一知識點的掌握，我采用了具體機構引入的方式：由牛頭刨床的工作短片，提出問題：

（1）影片中刨刀的往復運動速度是否相同？切削加工和不做工時的運動特點是什么？

（2）為什么帶動刨刀運動的搖桿來回擺動的速度不同？

讓學生思考、回答，并由速度不一致的直觀現象引出鉸鏈四桿機構的急回特性這一課題。那么這急回特性是如何產生的呢？它產生的條件是什么，它在生產中又有什么意義呢？帶著這些問題進入新課。

如圖1所示。這樣導入內容來自生產實際，形象生動，使學生把課本中的理論知識很快的和生產實踐結合起來，能極大地激發起學生的學習興趣，使學生很快的進入到探索研究環節。通過這個過程，培養了學生善觀察、懂分析、理論聯系實際的良好學習習慣。

圖1 牛頭刨床機構

2 突破難點、增強認知、總結提煉

急回特性的產生原因是本節的一個難點：為突破難點，分以下四步進行。

第一步：明確搖桿空回行程、工作行程，得出急回特性概念。動畫演示曲柄搖桿機構的運動，如圖2所示，向學生講明搖桿空回行程、工作行程，再次驗證搖桿空回行程的速度大于工作行程的速度。

設計目的：（1）使學生加深和強化產生的感性認識：即曲柄搖桿機構具有急回特性。（2）得出結論：急回特性概念——主動件作等速運動，作往復運動的從動件的空回行程平均速度大于工作行程平均速度的特性[3]。

圖2 曲柄搖桿機構的急回特性運動簡圖

第二步：得出極位夾角的概念。用動畫的慢動作繼續演示機構，引導學生觀察曲柄與連桿兩次共線位置，得出極位夾角的概念。

設計目的：使學生掌握曲柄搖桿機構的特殊位置和極位夾角的概念，為后面的推導做好輔墊。

第三步：得到產生急回特性的原因。分解演示空回行程和工作行程，根據演示過程，學生分組討論，師生共同采集相關數據，填寫工作行程與空回行程參數對比表，如表1所示。推導出結論：即：V2＞V1，從而分析過程中，得到產生急回特性的原因。

設計目的：通過學生分組填寫表格的方法進行分析對比，可以很好的理清思路，使復雜的問題簡單化，便于學生理解掌握。同時也注重學生的團隊精神培養，在教師引導下由小組成員自主參與、共同探討，在組間競爭的氛圍下共同學習。

表1 工作行程與空回行程參數對比

第四步：根據表格數據圖例，推導出急回特性產生的原因。

抓住契機提問：“用什么來描述空回行程和工作行程的快慢程度”？從而引出提出急回特性系數的概念，激勵學生繼續思索并分組討論：“如何判定機構有無急回特性”？然后師生共同分析推導得出：1）當θ=0時，K=1，無急回特性。（2）當θ＞0時，K＞1，有急回特性。即得出曲柄搖桿機構急回特性產生的條件θ＞0時，K＞1。即急回運動特性存在的條件是極位夾角大于零，根據這個條件對對心曲柄滑塊機構和偏心曲柄滑塊機構進行了具體的分析判斷，如圖3、圖4所示，增強對所學內容的進一步掌握消化。

圖3 對心曲柄滑塊機構

圖4 偏心曲柄滑塊機構

設計目的：采用任務驅動，將難點分解，通過直觀演示、表格數據采集、學生分組討論、師生共同推導等手段，激發了學生的學習興趣，充分調動學生的學習積極性和主動性，使整個推導過程循序漸進，步步深入，變難點為趣點，使學生輕松掌握所學知識。

3 拓展延伸、舉一反三

急回特性在日常生活中的應用比較廣泛。除了牛頭刨床中的應用以外，在插床、碎石機、往復式運輸機中也有應用。

通過拋磚引玉的方式進一步引導學生進行發散性思維，促使他們進行熱烈的討論，以達到能力提升的目的。

[1]楊可楨,程光蘊.機械設計基礎[M].北京:高等教育出版社, 1999.

[2]王洪欣，馮雪君.機械原理[M].南京：東南大學出版社, 2007，2.

[3]朱雙霞，李增平，鄭和東.機械設計基礎[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2010，7.

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1003-5168(2014)04-0252-02