机械基础课程单元教学设计剖析——以“平面机构运动确定性的判断”教学单元为例

机械基础课程单元教学设计剖析——以“平面机构运动确定性的判断”教学单元为例-职业杂志论文 机械基础课程单元教学设计剖析——以“平面机构运动确定性的判断”教学单元为范例/张 娜摘 要：教师又是老师方法的实施者，也是学习方法的指导者，要合理分配教学任务，运用正确的教学方法，才能收到良好的教学效果。笔者针对机械基础课程的特征，结合自身的教学实践，以“平面机构运动确定性的判断”教学单元为例，谈谈机械基础课课堂单元设计。关键词 ：机械基础 单元设计 教学方法课 题：北京市职业院校教师能力提升项目之优秀青年骨干校长培育计划工程资助。机械基础课程是职业学校机械类专业的一门重要的技术基础课，它带有更强的综合性、工程性和实践性，在人才培养方案中进入承上启下的地位，是教师学习后续专业课的必要的常识和技能储备，起至桥梁的作用。笔者以“平面机构运动确定性的判断”教学单元为例，谈谈机械基础课课堂单元设计。一、教学目标的设置通过本次课 90 分钟的学习，学生无法把握平面机构自由度的计算方式。

以机械创新设计小组学生设计的“摇摆显示屏架”为教学项目载体，从观察机构运动的视角出发，使学生探讨跟掌握平面连杆机构自由度的推导方式，且会认定复合铰链、局部自由度、虚约束并进行处置，从而总结出判断机构具备确定的相对运动的方式，为分析机械运动用途和设计机械结构打下基础，概括出来分为以下三个方面。1.知识目标（1）掌握平面机构自由度的推导方式。（2）会判断复合铰链、局部自由度、虚约束并进行处理。（3）掌握判定机构具备确定的相对运动的方式。2.能力目标（1）能够判断机构中能否存在复合铰链、局部自由度、虚约束这三种特殊状况，如果有，则会处理后再计算平面机构自由度。（2）会用平面机构具有确定相对运动的条件判定机构设计得是否合理，是否还能运动，并且是否具备确定的相对运动。（3）能够借助所学过的常识解决机构设计中的实际问题。3.思维目标（1）根据实际问题，分析机构无法运动的条件。（2）要学会通过平面机构自由度的推导，用平面机构具备确定相对运动的条件判定机构设计得是否合理。（3）从已有知识出发，善于剖析和自主学习，扩大知识范围，掌握思维方式，提高思维能力。二、教学内容的确认按照教学目标制订相应教学内容，主要包含下列三方面。

一是平面机构自由度的计算；二是平面机构中复合铰链、局部自由度、虚约束这三种特殊状况，及其处理方法；三是平面机构运动确定性的判断。三、教学学情的评析对于大专学校一年级的教师而言，他们在理解方法上最注重于例子的感受。他们偏爱从实际的实例中感受理论，学习常识，得到结论。本教学单元以机械创新设计小组学生自己设计的“摇摆显示屏架”机构为课堂项目载体，引入教学内容 ，分析平面机构的自由度，而不是直接进行理论预测，更大程度地促使学生的学习积极性，调动学生的学习热情。本单元从学员已有知识出发，以实际案例使学员观察机构的运动，引出新的知识——平面机构的机构自由度计算方式以及三种特殊状况的处理方法，使学生更容易接受跟获取新知识。从零件静止时的预测转变到平面连杆机构运动评述的教学内容，是一个由静到动的变迁过程，要从运动的视角出发来启发学员对本节课内容的理解，同时应从详细的构件抽象出图例来探究运动特性。这是运用以前所学知识预测问题，也是改变学生学习模式的方法。在教学过程中，应正确处理利用图形的直观意义跟严格的物理推理之间的关系。既应鼓励学生从直观上看到问题的实质，也应留意对这些关键的推论进行细致的逻辑推理。

四、教学重点与瓶颈的缓解方法任何一个机构都是若干个构件由运动副连接出来的。为了按一定规定进行运动的释放和转化，当机构的原动件按给定的运动规律运动时，该机构其余构件的运动也都应是完全确认的。为了让所设计的构件可形成相对运动并带有运动确定性，有必要研究平面机构的自由度和机构具备确定运动的条件。1.教学重点及缓解方法按照本课程的常识和技能结构、学生下一阶段学习的必须及培训时限，决定本次课的课堂重点。（1）平面机构自由度的推导，及其三种特殊状况（复合铰链、局部自由度、虚约束）的处理。本单元重点是使学生会判断平面机构中复合铰链、局部自由度、虚约束这三种特殊状况，并进行处理，目的是无法恰当计算平面机构自由度，在进行机构的设计时解决项目实际问题。（2）平面机构运动确定性的判断。平面机构中规定每个构件相对于机架的运动都是确定的，以让执行构件能够按规定执行相应的运动。本单元的重点是用平面机构具有确定相对运动的条件判定机构设计能否合理，目的是在进行机构设计时考量机械结构的合理性。教学重点解决对策：重点讲解；启发主动思考；让学员随堂练习；提供教师参加机会。例如，机构的复合铰链部分，首先使学生判定抛光机机构的运动确定性平面构成教案下载，学生得出结论：原动件 W=1，自由度 F=3，机构运动不确定。

而使学生观察抛光机机构的运动动画，发现机构的运动是确认的。问题出在那里呢？引导学生主动思考，观察机构中构件连接非常特殊的地方，从而看到有 3 个构件在同一处用旋转副连接，引出了对复合铰链的解释跟处理方法的学习。最后用恰当的方式计算机构的自由度 F=W=10平面构成教案下载，得到正确的论断：机构具备确定的相对运动。这样运用真实案例、动画演示启发学员主动思考，分析跟解决难题，使学生印象深刻，容易理解所学知识，并且无法迅速用所学知识解决实际问题。2.教学难点及缓解方法依照学生状况并且原先经验，本次课的课堂难点是推导平面自由度时虚约束的判定及处置。教学难点解决对策：根据学生的体现，把握讲解速度；结合多媒体课件和截图；利用回答跟训练方法，随堂检验学生把握程度。例如，平面机构中的虚约束常发生在下面情况中：转动副连接两构件运动轨迹重合；两构件构成多个转动副、且各旋转副轴线重合；两构件构成多个移动副、且各旋转副导路平行或者重叠；两构件构成多个平面高副、且各高副接触点处公法线重合；对机构运动不起作用的对称部分，如行星轮。每一种情况都配以照片分析讲解，形象直观，便于理解。五、教学方法的设计1．任务驱动法本次课堂教学以“任务驱动”为主线，在讲解本次课程的重点内容平面机构自由度的推导及其三种特殊状况的处理时，将采取“任务驱动法”。

实施过程为：设置任务——观察机械创新设计小组的学生设计的“摇摆显示屏架”的运动；布置任务——机构具备哪些条件能够具有确定的相对运动，如何判断机构运动的确定性；在对任务进行预测分解、完成任务的过程中，讲解平面机构自由度的推导方式跟三种特殊状况的处理，以及界定机构运动确定性条件的使用，将教、学、做一体化，按照“教师布置任务→学生自主分析完成任务→教师指导学员总结”的方式推进。学生除了掌握了知识点，同时还运用知识点完成了实际的任务，增强了成就感，激发了求知欲望，培养了独立构想、勇于创新的精神，为机构的创新设计提供条件。2.案例演示法本单元课程以机械创新设计小组学生设计的“摇摆显示屏架”作为教学实例载体，通过观察机构的运动过程，分析平面机构的自由度及机构运动确定性的判断方式。该教学方法不是单纯的传授教学知识，而是将知识点融入到实际应用中，使学员除了掌握了常识，同时也具有了利用知识解决难题的素养。参考以前案例教学的心得，采用案例演示法学者知识，更容易让学员集中精力，有效提升其学习的积极性，加快知识跟能力的获得速度。

3.T-P-S 法（思考—讨论—分享）在做综合训练这部分内容时，学生可以借助自己阅读资料探讨跟学习相关知识，两个人一起讨论完成习题，最后以三人组合给你们讲解分析模式及解题过程。学生无法在完成任务的过程中看到问题、分析问题并缓解问题。这种方式可以让每位教师都参加学习，培养独立构想、语言表达等素质，综合解决难题的素养，提高学习的主动性。T-P-S 法实行方法为：独立工作（自己独立学习思考），交流（2 个人或更多人探讨交流），成果展现（有多种方式，如展板、汇报等）。4.分组讨论法在学习机构运动确定性的判断这部分内容时，学生可以分成小组，按四种不同的状况探讨机构运动的确定性。学生中间已经学过了有关机构自由度计算的内容，可以采取学生自主讨论的方法完成学习。在学习的过程中，鼓励学员分组学习，通过探讨解决难题。这种方式可以减少学生学习的主动性。分组讨论法的施行步骤为：教师布置讨论内容，进行临时小组探讨，现场展示讨论结果，学生总结，教师评价。在课程课堂中，教师精心进行教学设计，不断改进教学方法和方法，有助于提高学员的学习兴趣，更好地理解课程内容，为学习专业课程确立坚实的基础。参考文献：[1]龚绍文.大学青年教师教学入门——大学施教学初步[M].北京:北京理工大学出版社,2006.[2]方华灿.论高等学校的课堂教学[M].北京:石油工业出版社,2003.（作者单位：北京电子科技职业学院）