基于微课模式的瞬心法教学探讨

赵楠 侯杰茹 秦林 李享

【摘要】机构运动分析的瞬心法由于概念较为抽象，学生在理解、运用瞬心法的过程中存在较多障碍，主要体现在难以确定相对瞬心位置、难以根据瞬心的性质计算构件速度。本文针对职业技术师范院校机械专业本科生的特点设计开发“瞬心法与机构运动分析”微课视频，引导学生温故知新，明晰瞬心的概念与性质，并结合虚拟样机软件ADAMS通过工程实例训练学生动手实践，获得较好的教学效果。

【关键词】微课 瞬心法 教学探讨

【基金项目】1.教育部产学合作协同育人教学内容和课程体系改革项目：《智能制造技术与实践》课程资源建设。2.亚龙教育支持教育部产学合作协同育人教学内容和课程体系改革项目：《智能制造技术与实践》课程资源建设。

【中图分类号】G424 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）01-0003-01

1.学生特点分析

本文的教学实践主要面向我校机械工艺技术专业技校生源本科生（简称“技本”）以及机械设计制造及其自动化专业高中生源本科生（简称“高本”）。由于我校强调职业技能培养，因此学生普遍具有较好的操作技能与工程实践基础，具有良好的形象思维能力，思维相对活跃；然而不足之处在于抽象思维与逻辑思维能力相对薄弱，数学、力学相关理论基础不足，因此对于较为抽象的知识点讲解必须结合具体实例、结合图形化的示例，授课重心落在解决实际问题的层面。因此，极具网络时代节奏的微课模式以其直观化、动态化、碎片化、自主化的特征非常适合我校学生学习“瞬心法”这一抽象知识点的需求。

2.知识点讲授规划

微课制作中至关重要的环节就是合理规划分配知识点的讲述、呈现形式及节奏，合理安排视频脚本。针对“瞬心法”这一重点难点，进行知识点内容的梳理和导引。

首先，在课程引入环节，通过多杆压力机构这一工程实例向学生讲述机构设计的重要任务之一——运动分析，通过分析既有机构的运动规律，验证、优化设计结果。借助虚拟样机软件ADAMS进行机构建模与运动仿真，观测构件位移、速度以及加速的变化规律。从而使学生从直观上对运动分析的过程、必要性有了感性认识，激发学生对如何获得分析结果的兴趣，从而引出瞬心法这一知识点。

其次，梳理瞬心法知识点，采用问题导引的方式通过逐步思考回答三个基本问题“什么是瞬心？如何找瞬心？以及怎样用瞬心？”逐步完成知识点的掌握。同时回顾先前理论力学的知识进行温故知新与对比，加深对概念的理解。

第三，围绕三个基本问题展开知识点的讲述，如图2所示。通过理论力学中“等速重合点”概念的回顾，将其从以刚体运动为对象演化到本课程以机构的构件运动为对象进行知识迁移，介绍瞬心的类型与数量，并启发学生思考相对瞬心的个数如何计算，从而加深对绝对瞬心、相对瞬心的概念区分。

第四，归纳寻找瞬心的两类方法，特别强调针对具体机构先按照运动副类型直接确定部分瞬心位置，再应用三心定理以及瞬心多边形确定其它瞬心，最后验证瞬心个数是否找全。其中，根据以往教学经验，特别提出强调通过直接观察运动副只能确定瞬心位于垂直于导路的一族平行线上，而并非一条确定的直线。

第五，归纳利用瞬心计算速度的方法。对于与机架形成的绝对瞬心，活动构件做定轴转动，可利用瞬心是瞬时转动中心这一概念，按照定轴转动的运动规律进行速度分析；对于相对瞬心，由于其位置时刻变化，因此可使用理论力学中“等速重合点”的概念进行速度分析，从而有助于学生直观区分瞬心类型并根据问题需要合理选择瞬心的性质进行速度计算。

第六，通过具体机构实例进行综合训练，例题中包含了转动副、移动副以及高副等常见的运动副类型。借助PPT动画录制可按步骤引导学生完成速度分析的任务。

第七，归纳小结瞬心法应用的基本思路以及优缺点，并以曲柄滑块ADAMS仿真分析为例训练学生进行扩展思考与计算验证。学生可通过瞬心法作图计算机构在某一位置时的滑块速度，并与仿真结果进行对比验证。同时引导学生思考，瞬心法能否解决加速度分析的问题，从而为后续相对运动图解法的引入埋下伏笔。

3.微课视频开发与教学实践

本着微课短小精悍的特点，规划微课视频时长不超过15分钟，按照要点导航、知识回顾、瞬心与瞬心多边形、速度分析、归纳小结以及扩展思考六个模块设置内容。其中瞬心与瞬心多边形、速度分析两个模块时长占约10分钟，重点集中，适合学生复习观看。

视频制作采用PPT+ADAMS+Camtasia的工具组合，采用同期录音录屏方式，以PPT播放动画演示为基础，插入机构运动仿真视频，丰富表达方式。

本文借鉴质量控制的三段式基本观点，即“事前-事中-事后”，提出面向“课前预习——课堂导引——课后参考”的微课应用模式。具体来说就是借助微课服务平台或线下方式，根据课程安排进度向学生提供对应的微课视频，利用微课短小精悍的优势，帮助学生在课前预习内容，带着问题做习题；在课堂中，伴随讲解穿插播放微课视频方式，进行知识点内容介绍讲解，从而可以大量节授课时间转而用于学生演练实践、质疑答疑以及讨论创新；课后，学生可参考视频完成作业，并在考前复习中结合视频加深对抽象的原理、理论的理解。

4.应用成效分析与小结

限于实施周期与实施范围，本文以2014级机械设计制造及其自动化專业本科生以及2015级机械工艺技术专业本科生机械原理课程教学为例进行微课应用模式探索，涉及到学生170名左右。采用微课辅助教学，对比2013级，课堂习题、课后作业以及期末考试相关试题的得分率提高了15%左右，有利于加深学生对知识点的理解与运用，有助于培养创新思维与创造能力。后续将在《机械原理》微课体系及平台建设方面进行深入探讨研究，建立完整的课程教学微课设计制作资源与应用模式。