机械原理《机构的组成与结构分析》章节教材分析

◇贵州师范大学 王秋云 王春梅

机械原理是很多高等院校与职业院校机械制造专业所必须要涉及的学习课程，也是我国培养机械类专业人才的重要基础专业课程，这门课程的开发为未来的该专业的产业发展奠定了基础。该教材编写重点是对机械原理的基本知识的阐述，本文主要对该教材第二章内容（机构的组成与结构分析）进行分析，主要介绍机构的组成、运动副、运动链、约束和自由度等基本概念，以及机构的相关原理与结构特点的分析。在对本章内容学习时，把握基本的概念，加强重难点知识的巩固与练习，掌握有关虚约束的识别以及处理问题，掌握平面机构组成的基本原理和规律。

1 教材的地位与作用

本节内容选自机械原理（第二版）第二章，主要介绍了机构的组成、机构运动简图、机构的自由度及其计算，以及平面机构的组成原理与结构分析这几个部分。机构的相关知识是学习机械原理这门学科的铺路石。教材首先将机构的概念、知识点呈现给学习者，学习者通过学习并理解基础知识，授课老师利用教材在上课的过程中通过循序渐进、由浅入难的顺序对知识进行讲解，当学生对基础知识点的把握牢固之后，再深入学习后续的内容或者相关知识点的练习[1]。所以，该教材在整个机械原理的教学体系中起到了一个承上启下的作用。首先，通过学生已有的认知经验对构件的认识学习，蔓延到构件和运动副的知识，再在构件和运动副知识点的基础上学习到自由度的有关知识，逐渐深入的学习，整个教材内容的排版从简单到复杂，其目的就是让学习者在通过这一阶段的学习，能够具有坚实的基础知识，并且能够利用基础知识更顺利地进入下一章的学习内容。

2 教材内容的重难点分析

图1为教材内容章导学，其中提到教材的重点内容是机构自由度的计算和机构运动简图的绘制方法，这个不仅是本教材的重点内容，也是教材的难点内容。想要熟练掌握这两个内容，就必须把基础知识打牢固。因为重难点都是建立在前面基本概念的基础上而拓展的知识，从简单的知识到复杂的内容[2]。并且自由度的计算过程中还需要处理其他相关的问题，所以在学习该知识点的时候，需要花费更多的时间投入在里面，既要要求学生复习前面的知识点，又要在前面的基础上进行提升，温故而知新。

图1 章导学

所以在对这两块重难点部分进行教学时，教师首先需要对教材的内容熟练的掌握，其次需要了解学生对前面知识点的学习情况，通过测试的方法对前面的内容进行考核，如果达到一定的合格率，可以进行下一步的深入学习。并且在学习的过程中，教师需要不断地复习前面地内容，对新的重难点知识加强练习，学生会掌握的更加牢固。

3 突出重点突破难点的方式方法

3.1 根据教材的知识结构，梳理出重点知识

第一，要弄清楚知识结构的内在联系和逻辑关系，将相应的知识点代入到知识结构中去，整章内容的知识点能够一目了然。第二，按照知识结构，知道和理解整章内容的每一个知识点，每次上课的知识点都要清晰明确，上课过程中严格按照知识结构进行讲解。如果某一个知识点是为后面知识的学习作铺垫，那么这个知识点就可以作为重难点。以《机械原理》中“机构的组成和结构分析”为例，知识点有：①机构的组成部分；②机构运动简图；③机构的自由度及其运算；④平面机构的组成原理及结构分析。梳理这些知识点之后，本章的教学重点有两个：一是要掌握机构自由度的计算；二是要掌握机构运动简图的绘制方法。

3.2 根据学生的认知水平，从重点中确定好难点

“机构的组成与结构分析”的重点和难点与学生的认知水平息息相关，由于学生刚刚接触机械原理这门科目，学生原有的认知结构与所要学习的新的内容产生了矛盾。将新的知识点纳入学生的认知水平中，扩大了学生的知识面，这个过程就叫做同化，也就是教学重点。如果新的知识点是学生原有的认知水平所不能同化的，需要改变学生的认知结构来适应新的知识，这个就叫做顺应，这个不仅是教学的重点，也是教学的难点。教学的重难点也要根据学生个体认知水平的差异，也就是说，同化也有可能成为有些学生学习的难点。仍然以“机构的组成与结构分析”为例，“机构的自由度及其运算”是一种应用于特定问题情境下的解题策略，根据学生的认知水平掌握这个策略的过程即顺应的过程，所以这个知识不仅是重点也是难点，即掌握自由度的运算。除此之外，这节课的另一个教学难点是要掌握机构运动简图的绘制方法。

4 突出重点、突破难点的策略

4.1 把握好重点和难点

通过前面对教材的分析，得出了这样的结论：如果想要上课过程中体现内容的重点，突破教材的难点，首要任务就是必须先将教材理解透彻，深度钻研，利用知识的结构，抓住每一个章节、每一堂课的重难点。其次，考虑到每个学生的不同的认知水平，把握好重难点，在上课过程中使学生更好的去吸收。这都体现了课前准备的重要性，为突出重点、突破难点提供了有利的条件。

4.2 找准知识的生长点

机械原理是具有系统性的一门学科，有时需要借助于空间与数学的逻辑结构来解决问题，所以在上课过程中，需要了解学生的认知水平，在其基础上引入新的知识，并且能够在旧知识或者是学生的认知经验的基础上进行推导，认识简单与复杂问题的联系，不断完善认知结构。由此看出，新知识的融入都有固定的知识的生长点。有三种找准生长点的方式：①如果新的知识与学生原本的认知经验有些类似，那么就可以找出共同点，再突破重难点；②如果新知识是在学生已有认知水平上延伸而来，需要突出两者的“延伸点”，从而突破重难点；③如果新的知识是由几个旧知识组合可以得到的，那么就要突出它们的“连接点”，从而突破重难点[3]。

4.3 采用合适的教学方式

教师在教学的过程中，要注意到学生的当前的认知发展水平，以他们已有的认知经验为基础，面向全体的学生，在上课过程中引导学生积极的思考，回答问题，针对不同程度水平的学生，不能用同样的方法去引导学生，要因材施教。教师是主导者，需要处理好讲授与学生自主学习的关系，引导学生积极探究，寻找答案。使学生掌握机构自由度的计算以及机构运动简图的绘制。比如在教学“机构自由度的计算”时，合适的教学方法是自主学习自由度基本概念—教师分析自由度计算方式—学生尝试解题—相互交流—教师归纳总结—学生进行题后的反思—形成新的知识结构[4]。这种方式有助与学生掌握自由度的基本概念与计算，真正做到突破重点突破难点。

5 应该注意的问题

5.1 对教材内容善于总结

教师在这门课程教学的过程中要将整个知识结构结合在一起，后面的知识点是基于前面的知识点进行拓展的，在学习到后面的计算机构自由度以及机构运动简图地绘制方法时，要及时复习前面的关于机构的一些基本概念和原理，并且要鼓励学生对方法的总结，这样更有利于学生牢固地掌握整章的内容。

5.2 尝试建设立体化教材

对于教材的利用，不能仅仅停留在纸质稿的书本知识，学习者需要深刻的学习体会的感受，所以必须有效的建设立体化的教材，使书本里面描绘的知识的内容和图片上内容能够更加直观地被呈现在学生地眼前，尤其是机械专业的工科教学，更需要立体化教材的参与，将实际工作的技术要求和参数要求与教材相结合，有利于教师在教学过程中进行引导和渗透，学生切实体会到教学所要传递的内容，从而提高学生的学习动力和积极性[5]。

5.3 对教材的分析要透而深

分析教材要对教材进行深入而透彻地分析，不放过章节的每一个知识点，根据知识的结构，由浅入深，逐步进行分析，找出章节内容的重难点，找出章节的结构框架所围绕的知识点是什么。例如，对《机械原理》中“机构的组成与结构分析”的剖析，整章内容的阐述始终围绕“机构”这个知识点，那么内容的框架就可以由此形成，从机构的基本概念衍生出机构的组成、运动副、运动链、约束、自由度的计算和机构运动简图的绘制方法，再对每一个分支的知识点进行详细而深入的分析，并且将重难点进行标注与强调。这不仅有利于教师进行讲解，更有助于学生快速掌握知识框架。

5.4 选对正确的教学方法

教材分析是教学工作的基本工作，也是最重要的工作，对教材的分析，对知识的理解，确定教学方法，教学方法受到教学思想的指导，又受到教学内容的制约，而不是上课时按照书本随意教学，正确的教学方法决定了如何对学生传递这些知识点，使知识点更容易被学生去接受。对教材分析的同时，也应该思量制定合适的教学方案与方法，确保课堂教学的质量。

6 结束语

本文通过对机械原理（第二版）中《机构的组成与结构分析》的分析[6]，主要是对内容的结构、地位和作用、教材的重难点、教学目标、完善教材的建议以及方法进行了分析，所分析的教材虽然是《机械原理》这本书最基础的部分，难度较低，学生在初学这门课程时，更易于被学生接受，能够给学生在学习专业知识的时候奠定坚实的基础，更有利学习难度系数偏高的重点知识，为后续的常用机构的分析奠定基础。