鉸鏈四桿機構(gòu)演化教學案例分析

吳征

國家職業(yè)教育政策為江蘇省溧水中等專業(yè)學校的發(fā)展帶來了新機遇。但是，職業(yè)學生素質(zhì)越來越差，也向每位教師提出了嚴峻挑戰(zhàn)，特別是職業(yè)教育教師。職業(yè)教育教師必須轉(zhuǎn)變教學觀念，探索與新課程理念相適應的教學方式。只有站在教育改革的前沿，不斷更新教學觀念，積極主動地投身到教育創(chuàng)新的研究和實踐中，才能走在新課程改革前列。

《機械基礎》是中等職業(yè)技術(shù)學校機械類專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，其內(nèi)容復雜、知識面廣，難易程度不同，有的比較直觀，有的比較抽象，理論性強，前后聯(lián)系不密切，具有一定特殊性。因此教師需要分析和挖掘教材，從各個方面對問題進行深入提示和細致分析，才能使學生深刻理解、靈活運用，并達到舉一反三的目的。

在《機械基礎》教學中，鉸鏈四桿機構(gòu)的演化是教學重點，也是難點。僅依靠分析教材，以不同構(gòu)件為機架進行演化，得到不同的導桿機構(gòu)，會使大部分學生無法理解和運用，導致在判別機構(gòu)類型時經(jīng)常出錯。

一、曲柄滑塊機構(gòu)

1.演化

曲柄搖桿機構(gòu)中的搖桿無限增長，C點運動演化成往復移動。通過動畫演示，教師可引導學生注重觀察曲柄搖桿機構(gòu)中C點的運動軌跡變化，如圖1所示。

圖1

2.性質(zhì)

①急回特性：對心曲柄滑塊機構(gòu)的極位夾角為0，沒有急回特性，C點的運動軌跡延長線通過曲柄A點的鉸鏈中心；不對心曲柄滑塊機構(gòu)有極位夾角，具有急回特性，C點的運動軌跡延長線不通過曲柄A點的鉸鏈中心。②死點位置：滑塊為主動件時，有兩個死點位置。

3.變化

偏心輪機構(gòu)。曲柄很短時演化而成，只能以偏心輪為主動件。

4.運用

內(nèi)燃機、壓力機等。

二、導桿機構(gòu)

1.演化

改變曲柄滑塊機構(gòu)中的固定構(gòu)件。以曲柄滑塊機構(gòu)中的曲柄為機架，如圖2所示。

圖2

2.性質(zhì)

①曲柄存在的條件：最短桿為機架則為轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)； 最短桿為連架桿則為擺動導桿機構(gòu)。②急回特性：有。③死點位置：擺動導桿機構(gòu)中導桿為主動件時，有兩個死點位置。

3.運用

牛頭刨床、旋轉(zhuǎn)油泵等。

三、擺動滑塊機構(gòu)和固定滑塊機構(gòu)（移動導桿機構(gòu)）

其運用于自動卸貨翻斗裝置、抽水機。雖然這個部分的內(nèi)容比較好講解，但由于鉸鏈四桿機構(gòu)的演化類型很多且圖形相似，在認知機構(gòu)、分辨鉸鏈四桿機構(gòu)演化的類型時，學生常常容易混淆，為進一步認知各演化機構(gòu)的特性帶來了困難。在教學過程中發(fā)現(xiàn)該問題后，筆者根據(jù)這些機構(gòu)各構(gòu)件的運動特點，對機構(gòu)構(gòu)成進行了一些分析，認為滑塊是這些機構(gòu)中比較特殊的構(gòu)件，所以滑塊是區(qū)分這些機構(gòu)類型的關(guān)鍵。在實際教學中，筆者從滑塊這個構(gòu)件入手，結(jié)合多媒體動畫演示，總結(jié)分析與之構(gòu)成運動副構(gòu)件的運動特點，并聯(lián)系該機構(gòu)名稱幫助學生區(qū)分各演化機構(gòu)的類型，達到了良好的教學效果。

在整個鉸鏈四桿機構(gòu)的演化機構(gòu)中，以導桿機構(gòu)為例。在給導桿機構(gòu)下定義時，首先要定義什么是導桿？導桿是機構(gòu)中與另一運動構(gòu)件組成移動副的構(gòu)件，而導桿機構(gòu)至少有一個構(gòu)件為導桿的平面四桿機構(gòu)。從定義中，我們似乎把導桿作為認知導桿機構(gòu)的關(guān)鍵，其實定義只是指出導桿是機構(gòu)中的一個特殊運動（移動）構(gòu)件。而從機構(gòu)演化上來看，滑塊是機構(gòu)構(gòu)成的特殊構(gòu)件（塊），是實現(xiàn)特殊運動（移動）的關(guān)鍵。導桿定義中的“另一構(gòu)件”其實就是滑塊，它是導桿機構(gòu)中形狀特殊（塊）的構(gòu)件，找到它很方便，從它的運動特征入手來區(qū)分導桿機構(gòu)類型最直接，學生也最容易掌握。

導桿機構(gòu)中與滑塊相連（構(gòu)成運動副）的構(gòu)件有兩個，一個構(gòu)成了移動副（導桿），另一個是轉(zhuǎn)動副，兩個能實現(xiàn)的運動不同，即移動和轉(zhuǎn)動。要區(qū)分類型，只要清楚“誰”被固定了即可。如滑塊被固定了，導桿在滑塊中移動，該機構(gòu)叫移動導桿機構(gòu)（定塊機構(gòu)）；導桿被固定了，滑塊在導桿上滑動，該機構(gòu)叫曲柄滑塊機構(gòu)；與滑塊構(gòu)成轉(zhuǎn)動副的桿件被固定了，滑塊作擺動（搖動），該機構(gòu)叫曲柄搖塊機構(gòu)；未與滑塊相連的構(gòu)件被固定，導桿能在滑塊中作移動，與滑塊構(gòu)成移動副也能作轉(zhuǎn)動，根據(jù)這個導桿是否能作整周運動，機構(gòu)可以分為兩種，即轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)和擺動導桿機構(gòu)。從滑塊入手，通過分析與之構(gòu)成運動副構(gòu)件的特點，可以引導學生區(qū)分各演化機構(gòu)的類型。

從滑塊入手區(qū)分導桿機構(gòu)類型，有利于理解各種演化機構(gòu)的運動特性，因為滑塊是導桿機構(gòu)中與兩個構(gòu)件構(gòu)成兩個不同類型運動副的特殊構(gòu)件，各演化機構(gòu)運動特性與之直接相關(guān)，如果能從滑塊入手區(qū)分各演化機構(gòu)的類型，那么各機構(gòu)的基本特性也就掌握了一半，分析機構(gòu)成立的條件就有了知識基礎。如導桿機構(gòu)以曲柄為主動件，導桿一邊轉(zhuǎn)動、一邊在滑塊中移動，導桿的運動方向和滑塊給導桿的受力方向重合，所以導桿機構(gòu)整個運動過程中的壓力角始終為零度。如果以導桿機構(gòu)中的導桿為主動件，曲柄的運動方向和滑塊給曲柄的受力方向就不會重合，壓力角始終變化。特別是擺動導桿機構(gòu)，導桿的運動范圍有兩個極限位置性，所以在這兩個位置時，曲柄的壓力角為90°，處于死點位置。

通過聯(lián)系實際幫助學生認識各演化機構(gòu)，能增強學生對各演化機構(gòu)的感性認識。通過動畫把實際機構(gòu)抽象成對應的機構(gòu)，分析實際機構(gòu)的運動特點，把對應的物體抽象成相應的構(gòu)件，并將構(gòu)件構(gòu)成與運動特性相應的運動才是解決問題的關(guān)鍵。在實際機構(gòu)中，找到機構(gòu)中的塊是關(guān)鍵。當實物中兩個物體間能做相對移動時，我們可以初步認定此處存在移動副，把一個物體抽象成桿，另一個抽象成塊，如果其中一個構(gòu)件還與另外的物體構(gòu)成轉(zhuǎn)動副的話，那么這個實體很可能就是導桿，與兩個物體構(gòu)成兩個不同類型運動副的應當把它抽象成塊，機構(gòu)類型圖很快就會出現(xiàn)在腦海中。

教材為學生的學習活動提供了基本線索，是實現(xiàn)課程目標的重要資源。但因為不同班級、不同學生生活背景不同，所以《機械基礎》教學材料的呈現(xiàn)方式應多樣化，并切合學生實際，內(nèi)容應該突出學生的主體地位，激發(fā)學生學習興趣，鼓勵學生積極思考、交流，建構(gòu)自己的機械基礎知識。在教學中，筆者嘗試把教材內(nèi)容與生活相聯(lián)系，以便解決“死知識”與“活教學”間的矛盾。

（作者單位：江蘇省溧水中等專業(yè)學校）endprint