《机械设计》“连杆机构”基于工作过程教学设计案例分析

　　摘 要： 在《机械设计》基础课程教学中，作者将课程组织形式与方法按照工作过程来完成，体现工作过程的六个步骤：“资讯、决策、计划、实施、检查、评价”，采用合理的教学手段，采用多元的人才评价观进行教学设计，教学效果良好。
　　关键词： 《机械设计》基础课程 “连杆机构” 教学分析 教学过程
　　
　　一、教学分析
　　1.课程介绍。
　　《机械设计》基础课程是融理论教学和实践技能为一体的课程，它既是一门机械学科用于思维体系建立的专业基础课，又是面向生产实际，能够应用于生产实践的应用技术课。根据培养服务于生产第一线的高职高专层次的专门人才的定位，我们以建立学生机械产品的基本思维体系为理论知识要点，以掌握机构分析、故障诊断、零部件设计、设备调试、维修和高效率的操作使用为技能培养目标，对原课程体系和结构作了全面调整，进行了基于工作过程改革探索。
　　在课程内容设计上，围绕解决某一项目问题所必需的知识与技能，重构课程体系。思路是以职业能力培养为主线、以岗位需求为依据、以工作过程为导向、以胜任企业工作岗位为目标，根据生产实际对机械设计知识的需求，在汲取国内传统机械设计教材知识精华的基础上，结合生产实践中的实际案例，对教学内容进行了整合，将授课内容分为两个大项目：
　　项目一：牛头刨床机械系统分析
　　项目二：带式运输机传动装置设计
　　项目一以牛头刨床为切入口，在牛头刨传动系统中，包含带传动、齿轮传动、导杆机构、连杆机构、凸轮机构、螺旋机构和棘轮机构等组成传动系统；刀架和工作台组成的执行装置；电动机的运动和动力经变换和传递，一方面使滑枕和刀架作往复直线移动，进行刨削，另一方面使工作台横向移动，完成进给。刀架、工作台的速度和位置靠操纵机构来控制。牛头刨床中的机构基本上涵盖了一般机器设备中的机构，具有典型性和普遍性要求。学生通过对这些机构进行分析，掌握各种机构的特点及工作原理。项目二以带式运输机传动装置设计为切入口，通过计算带式运输机的运动和动力参数、设计带传动、齿轮传动、轴系结构、减速器结构来了解机械设计的全过程。
　　2.教学内容分析。
　　“牛头刨床连杆机构基本特性分析”是课程项目一中的内容，以牛头刨床驱动滑枕的导杆机构为载体，学习平面连杆机构的相关知识。重点了解四杆机构的特点、运动特性及演化型式，学会分析平面连杆机构压力角、死点、急回作用等基本特性，理解其传力性能；提交牛头刨床连杆机构分析报告。
　　3.学生学情分析。
　　学生在前阶段的学习中，已对牛头刨床进行了拆装，认识了牛头刨床的组成，但对其工作原理还不甚了解。“牛头刨床机构是如何带动刨刀作往复直线运动的？”“牛头刨床刨刀为什么在切削时速度慢，而在返回时速度快？”“牛头刨床导杆机构动力特性能否满足切削力的要求？”学生对探索这些问题的答案有着极高的兴趣，为学好本部分内容打下了基础。
　　4.教学目标分析。
　　（1）知识目标：铰链四杆机构的类型；平面四杆机构的演化；平面四杆机构的特性。
　　（2）技能目标：绘制牛头刨床导杆机构示意图；分析牛头刨床传力特性；撰写牛头刨床导杆机构特性分析报告。
　　（3）态度目标：团队合作；理论联系实际上；独立思考、严谨认真的工作态度。
　　5.教学重点、难点分析。
　　重点是平面四杆机构的类型与运动特性；难点是平面四杆机构的演化；分析报告的撰写。
　　6.教学资源。
　　任务单、学习工作页、多媒体课件、网络及图书馆资源、机械设计手册、多媒体教室、各连杆机构模型。
　　二、教学过程
　　课程组织形式与方法按照工作过程来完成，采用合理的教学手段，采用多元的人才评价观进行教学设计。具体步骤如下。
　　1.资讯阶段。
　　（1）此阶段一般在课前课外完成，由学习委员负责发放或告知学习资料：学习工作页、《评价体系》及评价表。布置学生课前自学课程内容，独立思考并初步完成学习工作页引导题。小组讨论分析疑难问题，网上搜集平面连杆机构相关信息。
　　（2）课外现场观察牛头刨床连杆机构；参观设计室各种连杆机构模型；观看电教片。
　　（3）告知完成本次工作任务的安排，提出学习工作要求。
　　①准确说出BC6050E牛头刨床连杆机构的具体名称；
　　②绘出牛头刨床连杆机构运动简图，计算其自由度，分析该机构是如何演化而得到的；
　　③计算对应滑枕最大行程时的导杆夹角；
　　④绘图说明导杆夹角大小（滑枕行程）的调整方法；
　　⑤撰写BC6050E牛头刨床连杆机构基本特性分析报告。
　　2.计划、决策。
　　小组组织活动，分析任务，进行分工，提交小组工作计划，填写小组工作计划任务分工表。
　　3.实施。
　　（1）预习抽查。教师上课首先抽查学生课前预习情况，通过预习学生应掌握本内容的基本知识，计入课外任务完成情况考核。主要培养学生自学能力、概括分析能力。抽查中对重点、难点内容进行引导和归纳，达到掌握知识的目的。抽查结果记录为“关键能力”的平时考核评价之一。抽查内容如：何谓平面连杆机构？平面四杆机构由哪几部分组成？陈述平面连杆机构的优点；陈述平面连杆机构的缺点；铰链四杆机构有几种基本类型？何谓曲柄摇杆机构，陈述其运动特点；如何判断铰链四杆机构的类型？四杆机构的演化途径有几种？含一个移动副的四杆机构有哪几个类型？牛头刨床导杆机构有无急回特性？分析牛头刨床导杆机构的压力角和传动角大小，陈述其传力特性，等等。
　　（2）课堂技能训练。此部分内容计入练习结果的正确性进行考核。训练题如：
　　①判别下列四杆机构是什么机构？为什么？（图见课件）
　　②已知牛头刨床滑枕导轨与摆杆转动中心距离为L=800mm，大斜齿轮转动中心与摆杆转动中心距离为l=400mm。绘出牛头刨床连杆机构运动简图，计算其自由度。分析它是如何演化而获得的机构。
　　③画出牛头刨床导杆机构传动示意图、极限位置图，确定其工作夹角。
　　④计算对应滑枕最大行程Smax=500mm时的导杆工作摆角ψmax和极位夹角θ，求曲柄长度r。绘图说明滑枕行程（导杆夹角大小）的调整方法。
　　（以上2、3、4题针对实际牛头刨床进行计算与分析）
　　（3）小组活动。通过小组讨论，得出结论，可以增强团队合作精神，深入理解课程内容。此部分内容计入能力控制点检查考核。如：
　　①小组讨论形成整转副的条件；
　　②小组讨论四杆机构的演化过程；
　　③讨论牛头刨床传力性能；
　　④讨论如何撰写BC6050E牛头刨床连杆机构基本特性分析报告。
　　（4）学业水平测试。用15—20分钟时间对本部分内容进行测试，以考查学生对学习内容的掌握程度。测完后马上让小组互换评阅试卷。结果计入知识点掌握情况进行考核。
　　4.检查
　　5.评价。
　　由小组长统计自评分和小组分，交学习委员统计总分。
　　6.作业。
　　独立完成学习工作页中第1—6题；小组讨论后，独立撰写牛头刨床导杆机构运动分析报告。（将电子稿发至老师邮箱，并随时注意老师反馈的信息）
　　三、教学反思
　　1.积极倡导学生自学，学生对照学习工作页中的问题进行自学，不懂的问题小组成员可互相讨论，既增强了学生的自学意识、自学能力，又增强了团队合作精神。
　　2.针对具体的牛头刨床中测量的数据进行训练，让学生觉得所学即所用，大大提高了学习本课程的兴趣。
　　3.教师的归纳引导要把握重点，突破难点，用较短的时间让学生掌握应该掌握的知识。
　　4.学生进行课堂训练时，教师要巡回指导，并注意对学生进行考核。
　　5.小组讨论时，小组长应积极引导后进生积极参与。安排工作任务时也要让后进生做相对较容易的工作，以期调动所有同学学习的积极性。
　　6.总体而言教学效果良好，同学们很喜欢这种学习方式，也感觉到真正掌握了这部分知识。
　　
　　参考文献：
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　　基金项目：湖南省教育科学十一五规划课题“基于工作过程的高职项目课程开发研究与实践”（XJK08BZC009）。