基于微課模式的瞬心法教學探討

趙楠 侯杰茹 秦林 李享

【摘要】機構運動分析的瞬心法由于概念較為抽象，學生在理解、運用瞬心法的過程中存在較多障礙，主要體現在難以確定相對瞬心位置、難以根據瞬心的性質計算構件速度。本文針對職業技術師范院校機械專業本科生的特點設計開發“瞬心法與機構運動分析”微課視頻，引導學生溫故知新，明晰瞬心的概念與性質，并結合虛擬樣機軟件ADAMS通過工程實例訓練學生動手實踐，獲得較好的教學效果。

【關鍵詞】微課 瞬心法 教學探討

【基金項目】1.教育部產學合作協同育人教學內容和課程體系改革項目：《智能制造技術與實踐》課程資源建設。2.亞龍教育支持教育部產學合作協同育人教學內容和課程體系改革項目：《智能制造技術與實踐》課程資源建設。

【中圖分類號】G424 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）01-0003-01

1.學生特點分析

本文的教學實踐主要面向我校機械工藝技術專業技校生源本科生（簡稱“技本”）以及機械設計制造及其自動化專業高中生源本科生（簡稱“高本”）。由于我校強調職業技能培養，因此學生普遍具有較好的操作技能與工程實踐基礎，具有良好的形象思維能力，思維相對活躍；然而不足之處在于抽象思維與邏輯思維能力相對薄弱，數學、力學相關理論基礎不足，因此對于較為抽象的知識點講解必須結合具體實例、結合圖形化的示例，授課重心落在解決實際問題的層面。因此，極具網絡時代節奏的微課模式以其直觀化、動態化、碎片化、自主化的特征非常適合我校學生學習“瞬心法”這一抽象知識點的需求。

2.知識點講授規劃

微課制作中至關重要的環節就是合理規劃分配知識點的講述、呈現形式及節奏，合理安排視頻腳本。針對“瞬心法”這一重點難點，進行知識點內容的梳理和導引。

首先，在課程引入環節，通過多桿壓力機構這一工程實例向學生講述機構設計的重要任務之一——運動分析，通過分析既有機構的運動規律，驗證、優化設計結果。借助虛擬樣機軟件ADAMS進行機構建模與運動仿真，觀測構件位移、速度以及加速的變化規律。從而使學生從直觀上對運動分析的過程、必要性有了感性認識，激發學生對如何獲得分析結果的興趣，從而引出瞬心法這一知識點。

其次，梳理瞬心法知識點，采用問題導引的方式通過逐步思考回答三個基本問題“什么是瞬心？如何找瞬心？以及怎樣用瞬心？”逐步完成知識點的掌握。同時回顧先前理論力學的知識進行溫故知新與對比，加深對概念的理解。

第三，圍繞三個基本問題展開知識點的講述，如圖2所示。通過理論力學中“等速重合點”概念的回顧，將其從以剛體運動為對象演化到本課程以機構的構件運動為對象進行知識遷移，介紹瞬心的類型與數量，并啟發學生思考相對瞬心的個數如何計算，從而加深對絕對瞬心、相對瞬心的概念區分。

第四，歸納尋找瞬心的兩類方法，特別強調針對具體機構先按照運動副類型直接確定部分瞬心位置，再應用三心定理以及瞬心多邊形確定其它瞬心，最后驗證瞬心個數是否找全。其中，根據以往教學經驗，特別提出強調通過直接觀察運動副只能確定瞬心位于垂直于導路的一族平行線上，而并非一條確定的直線。

第五，歸納利用瞬心計算速度的方法。對于與機架形成的絕對瞬心，活動構件做定軸轉動，可利用瞬心是瞬時轉動中心這一概念，按照定軸轉動的運動規律進行速度分析；對于相對瞬心，由于其位置時刻變化，因此可使用理論力學中“等速重合點”的概念進行速度分析，從而有助于學生直觀區分瞬心類型并根據問題需要合理選擇瞬心的性質進行速度計算。

第六，通過具體機構實例進行綜合訓練，例題中包含了轉動副、移動副以及高副等常見的運動副類型。借助PPT動畫錄制可按步驟引導學生完成速度分析的任務。

第七，歸納小結瞬心法應用的基本思路以及優缺點，并以曲柄滑塊ADAMS仿真分析為例訓練學生進行擴展思考與計算驗證。學生可通過瞬心法作圖計算機構在某一位置時的滑塊速度，并與仿真結果進行對比驗證。同時引導學生思考，瞬心法能否解決加速度分析的問題，從而為后續相對運動圖解法的引入埋下伏筆。

3.微課視頻開發與教學實踐

本著微課短小精悍的特點，規劃微課視頻時長不超過15分鐘，按照要點導航、知識回顧、瞬心與瞬心多邊形、速度分析、歸納小結以及擴展思考六個模塊設置內容。其中瞬心與瞬心多邊形、速度分析兩個模塊時長占約10分鐘，重點集中，適合學生復習觀看。

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播放動畫演示為基礎，插入機構運動仿真視頻，豐富表達方式。

本文借鑒質量控制的三段式基本觀點，即“事前-事中-事后”，提出面向“課前預習——課堂導引——課后參考”的微課應用模式。具體來說就是借助微課服務平臺或線下方式，根據課程安排進度向學生提供對應的微課視頻，利用微課短小精悍的優勢，幫助學生在課前預習內容，帶著問題做習題；在課堂中，伴隨講解穿插播放微課視頻方式，進行知識點內容介紹講解，從而可以大量節授課時間轉而用于學生演練實踐、質疑答疑以及討論創新；課后，學生可參考視頻完成作業，并在考前復習中結合視頻加深對抽象的原理、理論的理解。

4.應用成效分析與小結

限于實施周期與實施范圍，本文以2014級機械設計制造及其自動化專業本科生以及2015級機械工藝技術專業本科生機械原理課程教學為例進行微課應用模式探索，涉及到學生170名左右。采用微課輔助教學，對比2013級，課堂習題、課后作業以及期末考試相關試題的得分率提高了15%左右，有利于加深學生對知識點的理解與運用，有助于培養創新思維與創造能力。后續將在《機械原理》微課體系及平臺建設方面進行深入探討研究，建立完整的課程教學微課設計制作資源與應用模式。