鉸鏈四桿機構的性質及判別方法課程教學設計

李孔戎

摘 要：鉸鏈四桿機構的類型判別是技工學校機械基礎課程中的重要內容。作者在教學實踐中，探索采用的設計理念是：以實例為載體，教師為主導，學生為主體；以相互交流，動手操作為手段，運用理論與實踐相結合的教學模式及運用啟發、引導、動手、實踐、類比等方法進行教學設計。

關鍵詞：鉸鏈四桿機構 教學設計

一、教材及學情分析

中等職業學校機械類機械基礎教學，教師在講授鉸鏈四桿機構內容時，如果采用照本宣科式的教學方法，學生興趣和積極性很難調動起來。主要有兩個原因：一是學生感覺學習的內容沒有貼近他們的實際生活，內容抽象、概念模糊。二是技校的學生大多來自農村，他們文化基礎普遍較差，學習專業基礎課比較吃力，缺乏主動思維和感性認識，很難調動學習的激情。教材中雖然刪減了數學推導過程，結論性地給出了“曲柄存在的條件”，及表格化的“鉸鏈四桿機構三種基本類型的判別方法”而且結論已經非常清晰，但是學生還是理解不透徹，很難跟實際生活中的典型機械相互對應，不能準確把握它們內在的關系。教材中雖然有實例—簡圖—運動分析，并以表格的形式一一對應幫助學生理解，但在教學中，卻始終很難激發起學生的學習激情，為此筆者對該章節內容的教學過程進行了重新設計。

二、教學目標

1.知識目標

熟練掌握“鉸鏈四桿機構”三種基本類型的判別方法。

2.能力目標

培養學生自己動手設計、制作、協作學習能力，主動探究、觀察、分析及綜合歸納能力。

3.情感目標

教師通過實物動手演示，使學生對鉸鏈四桿機構的性質從感性認識上升到理性認識，學生通過自己分析可獲得發散性思維并激發創造的靈感。

三、重點難點

掌握“鉸鏈四桿機構”形成條件和運動特征。其難點是三種基本類型的判別方法及在實際生產運用中的指導意義。

四、教法學法

教師通過習舊引新—設疑—學生制作—各組驗證—教師歸納、總結—課堂鞏固六個步驟，讓學生自然過渡到知識的練習和運用，實現對各知識點的理解和記憶，從而完成該章節的教學任務。

五、教學過程

1.第一步，習舊引新

前面，我們學習了鉸鏈四桿機構的三種基本類型，都是簡單地根據兩個連架桿是曲柄還是搖桿來劃分的。在日常生活中，我們經常看到在一場籃球比賽場上，也許是參賽的哪一方，賽場上身材高大挑的隊員有很大優勢，但對其中最矮的那位運動員，也千萬不能小看，他一定是很有特點的，不論在組織進攻、掌握比賽節奏、個人技術等方面，都會有獨到之處。鉸鏈四桿機構中的四根桿，總會有一根桿最短，這一相對的特殊性，最短的這根桿能否引起我們的關注和興趣，能否根據最短桿在不同位置時，判別鉸鏈四桿機構是屬于哪種類型？各桿都能否做整周運動？

2.第二步，（新課導入）教師設疑

（1）機構中具有整周旋轉的條件是什么（曲柄存在的條件）？學生只有學會判斷機構中有無曲柄存在，教師才能進行下一步教學。

（2）當最短桿分別處在不同的位置時，請問會出現幾種機構類型？

3.第三步，動手實驗

全班分為四個小組，每組完成兩個實驗。

（1）第一個實驗：教師對每組下發長度分別45mm、100mm、70mm、120mm的兩端有孔的木條，分別讓學生用螺母和螺栓依次連接，并且在連接點依次標注A、B、C、D。接著學生以不同長度的桿為機架（試著變換固定桿件），讓其他桿做運動，觀察各桿的運動狀態，觀察能獲得哪幾種類型的鉸鏈四桿機構？并做好記錄。

（2）第二個實驗：教師對每組下發長度分別為130mm、150mm、175mm、200mm的兩端有孔的木條，分別讓學生用螺母和螺栓依次連接，并且在連接點依次標注A、B、C、D。接著學生以不同長度的桿為機架（試著變換固定桿件），讓其他桿做運動，觀察各桿的運動狀態，觀察能獲得哪幾種類型的鉸鏈四桿機構？并做好記錄。

實驗結束：各組學生寫出實驗結論、推薦小組發言人。

4.第四步，小組驗證

教師請各小組發言人，拿著自制的鉸鏈四桿機構走上講臺，明確回答兩大疑問并驗證本組的結論（要求板書且標注小組編號）：一是展示中哪一組機構存在曲柄？曲柄存在的條件是什么？二是當最短桿處在不同位置時，機構類型是如何確定的？

5.第五步，教師歸納總結

（1）第一個實驗結論，以桿長之和的不同為前提。一是曲柄的存在必須同時具備兩個條件。第一，最短桿與最長桿的長度之和不大于其他兩桿長度之和。第二，連架桿和機架中必有一桿是最短桿（在第二個實驗中不能滿足第一個條件，所以不存在曲柄；分別演示兩個實驗）。二是當最短桿與最長桿的長度之和不大于其他兩桿長度之和時有下列三種情況。根據最短桿所處的位置判別：第一，最短桿為機架——雙曲柄機構。第二，最短桿為連架桿——曲柄搖桿機構。第三，最短桿為連桿——雙搖桿機構。

（2）第二個實驗結論，以桿長之和的不同為前提。在最短桿與最長桿的長度之和大于其他兩桿長度之和時，無論哪個桿為機架都只能是雙搖桿機構且曲柄不存在。

6.第六步，課堂鞏固練習

圖

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

如以AB為機架，或以CD為機架時，請問如何判斷是什么機構？說出必要的判斷過程。

解：（1）∵最短桿+最長桿之和，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為機架時為雙曲柄機構（同時滿足曲柄存在的兩個條件）。

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

∴最短桿是連桿時為雙搖桿機構（不能同時滿足曲柄存在的兩個條件）。

教師提示：依次類推，舉一反三；當最短桿+最長桿之和大于其余兩桿之和時會是什么機構類型？跟哪根桿為機架有關系嗎？

課堂鞏固目的，一是學生能熟練地掌握“曲柄存在條件”二是充分運用“最短桿”的這個特點準確判別鉸鏈四桿機構的類型。在講授中，教師必須講清“鉸鏈四桿機構中必有一個是最短桿，且最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和”這個大前提。且通過教具演示，讓學生理解在這個大前提下所得出的三個結論：①取最短桿為連桿時，構成曲柄搖桿機構。②取最短桿為機架時，構成雙曲柄機構。③取最短桿為連桿時，構成雙搖桿機構。若這個大前提不存在，即當鉸鏈四桿機構中最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿之和時，則曲柄不存在，只能構成雙搖桿機構且跟哪根桿為機架無關。

六、教學感受

在精心設計安排下，教師讓學生帶著問題在實驗中尋找答案、驗證結論。這種教學模式能夠真正提升學生的主體定位，充分展示個性，放手去探究學習、合作學習。這樣學生靠勤于動手、樂于探究獲取新知識和能力的訓練，為今后面對實際工作培養了解決問題的能力。

七、課后反思

在教學過程中，由于學生在積極參與中，時間掌控難度較大。又因學生基礎不同，各組完成的時間差距較大。所以教師分組時要把動手能力強、善于發表自己觀點和喜歡“較真”的學生適當地均勻搭配，這樣學習效果會更好。

（作者單位：柳州市技工學校）