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摘要：

結(jié)合機(jī)械原理理論學(xué)習(xí)和工程實(shí)際聯(lián)系緊密的特點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和綜合設(shè)計(jì)能力為主線，在機(jī)械原理教學(xué)中教師自創(chuàng)教具，學(xué)生自制學(xué)具，再將教具、學(xué)具與視頻、動(dòng)畫等多媒體素材在課堂融合，用最直觀的方式讓學(xué)生參與互動(dòng)，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主觀能動(dòng)性，活躍了課堂氣氛，提高了學(xué)習(xí)效率。

“機(jī)械原理”是高等院校機(jī)械類專業(yè)本?？粕匦薜囊婚T主干技術(shù)基礎(chǔ)課，在學(xué)生從基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)過(guò)渡到研究和解決機(jī)械工程技術(shù)問(wèn)題的過(guò)程中起著關(guān)鍵性的橋梁作用。近年來(lái)教師在講授機(jī)械原理的過(guò)程中常會(huì)被如下２種矛盾現(xiàn)象所困惑：一是課程具有很強(qiáng)的工程性應(yīng)用性特點(diǎn)，與學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相矛盾；二是教學(xué)課時(shí)少，與課程內(nèi)容多、教學(xué)任務(wù)量大相矛盾，于是多媒體技術(shù)被普遍地應(yīng)用于機(jī)械原理課程的教學(xué)。運(yùn)用計(jì)算機(jī)的文字、聲音、圖片、動(dòng)畫、影像等多媒體功能，可以將難以用語(yǔ)言、板書、掛圖描述清楚的內(nèi)容非常形象生動(dòng)地解釋清楚，應(yīng)用ＰＰＴ大大節(jié)省教學(xué)過(guò)程中如推導(dǎo)公式、畫圖的時(shí)間，有限的時(shí)間可用來(lái)突出重點(diǎn)和突破難點(diǎn)。但其缺點(diǎn)也逐漸地顯現(xiàn)，上課就像放電影，學(xué)生反應(yīng)不過(guò)來(lái)，沒(méi)時(shí)間思考也不用想象；教師一勞永逸，創(chuàng)造性的勞動(dòng)減少。為此，曹金玲指出：需要將傳統(tǒng)教學(xué)與ＣＡＩ教學(xué)有機(jī)結(jié)合；申?duì)D則提出板書、課件和教具三位一體的教學(xué)模式。將實(shí)物教具乃至學(xué)具帶進(jìn)課堂，用具像的、可觸摸的實(shí)物操作體驗(yàn)幫助學(xué)生進(jìn)行形象思維，將有助于對(duì)抽象理論的理解，這是動(dòng)畫或真實(shí)場(chǎng)景的視頻都無(wú)法替代的。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)的機(jī)械原理教具比較少，吳凡研制了多功能平面機(jī)構(gòu)演示儀，古紅星設(shè)計(jì)了多功能四桿機(jī)構(gòu)組合式教具。由于追求功能盡可能多，導(dǎo)致這些教具體積過(guò)大，不方便帶入課堂。本文也以四桿機(jī)構(gòu)為例，分享我校將系列實(shí)物教具及學(xué)生自制學(xué)具帶進(jìn)課堂輔以視頻、動(dòng)畫的實(shí)施方法和體會(huì)，同時(shí)介紹一種便攜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、多功能的、師生都愛不釋手的四桿機(jī)構(gòu)演示教具學(xué)具。

１學(xué)生自制鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)學(xué)具

１．１自制鉸鏈四桿學(xué)具的實(shí)現(xiàn)前一章課程結(jié)束時(shí)布置每位學(xué)生自制一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，材料不限、自已發(fā)掘，下一次課時(shí)請(qǐng)帶到教室。圖１所示是２名學(xué)生在展示他們做的四桿機(jī)構(gòu)（左邊學(xué)生用竹子制作的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)最大），圖２所示是全班學(xué)生操作自制學(xué)具。

１．２自制鉸鏈四桿學(xué)具的作用（１）首先，是對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)有著無(wú)可替代的感性認(rèn)知作用。換機(jī)架成不同的機(jī)構(gòu)、存在曲柄的條件、急回、死點(diǎn)、傳動(dòng)角、壓力角和四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生自己都可以用手頭學(xué)具幫助自己建立感性的認(rèn)識(shí)，所形成的印象會(huì)是刻骨銘心的。（２）對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)也非常有用。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中４根桿件的３種連接方式中只有布置在３個(gè)平行平面中才是能正常運(yùn)動(dòng)的。而布置在２個(gè)平行平面及交錯(cuò)平面內(nèi)的都將無(wú)法運(yùn)動(dòng)。部分學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)自己存在這方面問(wèn)題，動(dòng)不了。而這在看ｆｌａｓｈ動(dòng)畫演示時(shí)是無(wú)法體會(huì)到的，只有在“練兵”中才能得“真刀實(shí)槍”的體會(huì)。（３）對(duì)檢查學(xué)生預(yù)習(xí)的情況十分奏效。沒(méi)有要求制作曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是有原因的。如果學(xué)生自己認(rèn)真預(yù)習(xí)，大多做的是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，桿件長(zhǎng)度是滿足存在曲柄的桿長(zhǎng)條件的。而如果沒(méi)有有效預(yù)習(xí)，靠拍腦袋隨機(jī)選定的桿長(zhǎng)，則也剛好佐證了要存在曲柄是有條件限制的。（４）自制學(xué)具培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。自制的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可謂五花八門，大小各不相同，材料各不相同，學(xué)生充分利用了身邊的硬紙、筆芯、冰棍棒、鐵絲、吸管、塑料板、竹子和木頭等，充分發(fā)揮了他們的想象力和創(chuàng)造力。（５）使學(xué)生獲得了自信。每個(gè)人拿著自己勞動(dòng)的成果，臉上都顯露著自信，都顯得充滿活力，雖然制作不復(fù)雜，但要運(yùn)動(dòng)得順暢，還得制作得盡可能精細(xì)。（６）激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。由圖１和圖２可見學(xué)生興致高昂，課堂氛圍活躍，不會(huì)死氣沉沉；學(xué)生比任何時(shí)候都更渴望獲得新知識(shí)，可以主動(dòng)地進(jìn)行發(fā)現(xiàn)知識(shí)的自學(xué)。

２教師自制鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)教具

自制鉸鏈四桿教具的實(shí)現(xiàn)自制磁性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)教具如圖３所示。它是由桿件１、桿件２、桿件３和桿件４組成，每根桿件的首尾兩端同一表面各固定一塊圓形磁鐵６，首尾圓形磁鐵６依次相互吸合后，各桿件相對(duì)鄰接的桿件可繞它們吸合的圓形磁鐵６的中心相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，作用同鉸鏈，從而構(gòu)成鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。

自制鉸鏈四桿教具的作用（１）它可以用于理論知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)的教學(xué)演示。圖３所示的兩種方案，其一滿足鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中存在周轉(zhuǎn)副的桿長(zhǎng)條件，換不同桿件為機(jī)架可用于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)的演示，另一種則不滿足該桿長(zhǎng)條件，只能是雙搖桿機(jī)構(gòu)。桿件１上在其兩端兩塊圓形磁鐵６之間沿桿長(zhǎng)方向可固定一長(zhǎng)條形磁鐵５，長(zhǎng)條形磁鐵５的長(zhǎng)度不小于桿２兩端兩塊圓形磁鐵６中心距的兩倍，且長(zhǎng)條形磁鐵５的一端到靠近它的端部圓形磁鐵６之間的距離不大于桿件４上兩圓形磁鐵６中心距與桿２上兩圓形磁鐵６中心距的差值，按圖４（ａ）所示方式吸合各磁鐵，桿４端與條形磁鐵吸合的圓形磁鐵６將沿條形磁鐵５既轉(zhuǎn)動(dòng)又滑動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)同鉸接一滑塊，可用于對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)演示。（２）不占空間，另有它用。（ａ）教具每學(xué)期只在講這一章內(nèi)容時(shí)才用，絕大多數(shù)時(shí)間都是收藏狀態(tài)，（ｂ）則表示平時(shí)不用時(shí)的狀態(tài)，最小占用空間，且可以當(dāng)磁釘使用，用于在鐵質(zhì)器具表面固定一些物品。（３）向?qū)W生展示創(chuàng)新的方法。這個(gè)設(shè)計(jì)利用了ＴＲＩＺ（拉丁文ｔｅｏｒｉｙａｒｅｓｈｅｎｉｙａｉｚｏｂｒｅａｔａｔｅｌｓｋｉｋｈｚａｄａｔｃｈ的詞頭縮寫，意思是發(fā)明問(wèn)題解決理論）中的機(jī)械系統(tǒng)替代的創(chuàng)新原理（順帶簡(jiǎn)單地科普一下該理論，此為作者在學(xué)校開設(shè)的一門公選課），即用磁場(chǎng)聯(lián)接代替機(jī)械的銷釘?shù)嚷?lián)接方式，便實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新，帶來(lái)了諸多的好處。雖然是小改進(jìn)，但當(dāng)向?qū)W生展示該教具時(shí)，學(xué)生都睜大眼睛，發(fā)出驚訝的聲音，并表示回去后自己也做個(gè)這樣的留作紀(jì)念，本人則鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步創(chuàng)新。

３其他典型教具

３．１其他典型教具進(jìn)課堂（１）水稻插秧機(jī)四桿分插機(jī)構(gòu)。首先播放一段插秧機(jī)插秧時(shí)的視頻，初步了解其功能；再通過(guò)一段利用Ｐｒｏ／Ｅ自制的仿真動(dòng)畫觀察分插機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)；最后出示從插秧機(jī)上拆下的一個(gè)分插機(jī)構(gòu)，如圖５所示。學(xué)生可以直觀感受曲柄搖桿機(jī)構(gòu)以及所謂的連桿曲線在生產(chǎn)中的應(yīng)用，了解桿件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并思考“為什么”。此教具在動(dòng)平衡一章中也有應(yīng)用，曲柄上的平衡塊。（２）摩托車的曲軸活塞總成。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的一種演化，最典型的工程應(yīng)用應(yīng)該就是內(nèi)燃機(jī)了。通過(guò)一動(dòng)畫演示四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作過(guò)程和原理，再向?qū)W生展示圖６所示的摩托車用曲軸活塞總成。同樣，此教具在動(dòng)平衡一章中也有應(yīng)用，曲軸平衡塊。

３．２其他典型教具進(jìn)課堂的作用選擇典型的、大小適合的教具在課堂上適時(shí)地展示給學(xué)生，并讓學(xué)生在課間現(xiàn)場(chǎng)親身把玩，不僅能讓學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，更可以培養(yǎng)他們善于觀察、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ趟仞B(yǎng)；還能幫助學(xué)生了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而知悉“機(jī)械原理”與“機(jī)械設(shè)計(jì)”兩門課程間內(nèi)在的聯(lián)系，機(jī)械原理研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)的“靈魂”———機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，而機(jī)械設(shè)計(jì)則是賦予機(jī)械“肉體”———裝配圖和零件圖，有助于避免傳統(tǒng)教學(xué)中兩門課間的割裂和孤立。

４結(jié)論

實(shí)踐出真知，多媒體教學(xué)素材無(wú)法取代實(shí)物的切身體驗(yàn)。本文以連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)為例介紹了在“機(jī)械原理”教學(xué)中教具和學(xué)具結(jié)合多媒體進(jìn)行教學(xué)的方法和意義。這種教學(xué)模式的應(yīng)用，使學(xué)生對(duì)機(jī)械原理產(chǎn)生了濃厚的興趣，有了興趣就有動(dòng)力。這種動(dòng)力是由內(nèi)而外的，是最可持續(xù)的，也是最珍貴的。教師為學(xué)生在這種動(dòng)力的驅(qū)使下所取得的進(jìn)步感到高興，今后還將進(jìn)一步豐富機(jī)械原理的教具、學(xué)具，并將此教學(xué)模式應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)等課程的教學(xué)中。

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