匡兵++何玉林++楊孟杰++吳曉華

摘要：機械原理課程是機械類專業(yè)的一門主干課程，而機構(gòu)力分析又是機械原理課程的重要內(nèi)容之一。為了提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力，基于任務(wù)驅(qū)動法進(jìn)行了教學(xué)改革實踐。本文針對任務(wù)驅(qū)動法的特點，從任務(wù)的構(gòu)建、課堂教學(xué)的設(shè)計和大作業(yè)的設(shè)計三個方面進(jìn)行了實踐。通過本次實踐，提高了學(xué)生對機構(gòu)力分析知識的應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：機械原理；機構(gòu)力分析；教學(xué)改革；任務(wù)驅(qū)動法

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9324（2018）02-0130-02

《機械原理》是機械工程類本科專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課?！稒C械原理》是研究機構(gòu)和機器的學(xué)科，其主要組成部分為機構(gòu)學(xué)與機械動力學(xué)。作為一門與工程聯(lián)系緊密的課程，《機械原理》的課程教學(xué)中應(yīng)注意理論聯(lián)系實際。任務(wù)驅(qū)動法是指在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生在教師的幫助下，緊緊圍繞一個共同的任務(wù)活動中心，在強烈的問題動機的驅(qū)動下，通過對學(xué)習(xí)資源的積極主動應(yīng)用，進(jìn)行自主探索和互動協(xié)作的學(xué)習(xí)，并完成既定任務(wù)。所以，在《機械原理》課程教學(xué)過程中引入任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)是實現(xiàn)與實際工程結(jié)合、提升學(xué)生知識應(yīng)用能力的有效途徑之一。

機構(gòu)力分析是機械原理課程的重要內(nèi)容之一，講授如何在已知機構(gòu)尺寸及部分外力的情況下，確定機構(gòu)中各構(gòu)件的受力情況。在工程設(shè)計中，機構(gòu)力分析用于對已完成尺度綜合的機構(gòu)進(jìn)行受力分析，以確定所設(shè)計機構(gòu)的受力情況是否能滿足克服生產(chǎn)阻力的需要，并為后面的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計提供數(shù)據(jù)。在機構(gòu)力分析的教學(xué)中，采用任務(wù)驅(qū)動法是調(diào)動學(xué)生積極性，提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力的有效途徑之一。

為了將任務(wù)驅(qū)動法引入機構(gòu)力分析的教學(xué)中，需要對現(xiàn)有的教學(xué)模式進(jìn)行改革，針對任務(wù)驅(qū)動法的特點進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。教學(xué)設(shè)計的主要工作有：任務(wù)的構(gòu)建、課堂教學(xué)設(shè)計和大作業(yè)的設(shè)計三個方面。

一、任務(wù)的構(gòu)建

一個良好的任務(wù)是順利開展教學(xué)活動的基礎(chǔ)，而不合適的任務(wù)則會造成事倍功半的情況。因此，任務(wù)的構(gòu)建是基于任務(wù)驅(qū)動法的教學(xué)設(shè)計的核心。

在傳統(tǒng)的機構(gòu)力分析教學(xué)中，也有力分析的例子，這些例子一般選用的都是鉸鏈四桿機構(gòu)或曲柄滑塊機構(gòu)。采用鉸鏈四桿機構(gòu)或曲柄滑塊機構(gòu)作為機構(gòu)力分析的例子，主要考慮的是機構(gòu)比較簡單，便于介紹基本方法和流程。但以鉸鏈四桿機構(gòu)或曲柄滑塊機構(gòu)作為任務(wù)并不合適。不合適的原因有兩方面。一方面，鉸鏈四桿機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)與工程結(jié)合的不夠緊密。實際上，鉸鏈四桿機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)在工程中的應(yīng)用也很多，但通常只是執(zhí)行機構(gòu)的一部分，所以，不好對應(yīng)具體的機器。另一方面，鉸鏈四桿機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)的分析過程稍顯簡單。任務(wù)偏簡單，完成起來難度就比較低，難以調(diào)動學(xué)生的積極性。

機械原理是一門面向工程的技術(shù)基礎(chǔ)課程，任務(wù)活動中心需要貼合工程實際，才能在實際教學(xué)過程中引起學(xué)生的興趣，驅(qū)動學(xué)生努力完成任務(wù)。因此，在構(gòu)建任務(wù)時，需要選擇更貼合實際工程的任務(wù)。牛頭刨床機構(gòu)、壓床六桿機構(gòu)和顎式破碎機等機構(gòu)都是某機器的執(zhí)行部分，相對于鉸鏈四桿機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)更貼近工程實際。在實際教學(xué)中采用這些機構(gòu)作為機構(gòu)力分析的驅(qū)動任務(wù)，可以更好地調(diào)動學(xué)生的積極性。牛頭刨床機構(gòu)、壓床六桿機構(gòu)和顎式破碎機等都是六桿機構(gòu)，而鉸鏈四桿機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)是四桿機構(gòu)。六桿機構(gòu)比四桿機構(gòu)要復(fù)雜，其力分析的過程也更難一些，對學(xué)生更有挑戰(zhàn)性。

另外，在設(shè)計任務(wù)時，一些細(xì)節(jié)也要注意與工程接軌。例如：移動副的摩擦角和轉(zhuǎn)動副的摩擦圓，在傳統(tǒng)課程教學(xué)中，為了方便計算，往往取統(tǒng)一的值。而在實際工程中，移動副的摩擦角和轉(zhuǎn)動副的摩擦圓的取值與其裝配結(jié)構(gòu)相關(guān)，并不一定相同。因此，在設(shè)計任務(wù)時，這些細(xì)節(jié)也盡量跟工程靠攏，真正實現(xiàn)與實際工程接軌。

二、課堂教學(xué)的設(shè)計

在機構(gòu)力分析的內(nèi)容中應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動法進(jìn)行教學(xué)，課堂教學(xué)也要有針對性地重新設(shè)計。課堂教學(xué)設(shè)計的主要工作有兩方面：任務(wù)的引入和完成；機構(gòu)力分析方法轉(zhuǎn)向以解析法為主。

應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動法后，在本章開始的時候，需要結(jié)合任務(wù)開始教學(xué)。先介紹任務(wù)的基本信息，然后通過完成任務(wù)的需要說明章節(jié)內(nèi)容的工程意義。為了完成機構(gòu)力分析，需要學(xué)生掌握構(gòu)件慣性力的確定方法（包括一般力學(xué)法和質(zhì)量代換法）、運動副中摩擦力的確定方法（包括移動副、轉(zhuǎn)動副和平面高副中摩擦力的確定方法）和考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的受力分析方法。在介紹時，應(yīng)該給出這幾部分知識與任務(wù)完成流程的一一對應(yīng)關(guān)系，明確后續(xù)教學(xué)的目的性。在介紹構(gòu)件慣性力的確定、運動副中摩擦力的確定和考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的受力分析的內(nèi)容時，也應(yīng)將任務(wù)按相應(yīng)流程逐步完成，保證教學(xué)過程的前后呼應(yīng)。

機構(gòu)力分析的具體方法包括矢量圖解法和解析法兩種方法。矢量圖解法通過繪制力多邊形完成求解，是一種機構(gòu)力分析的常用方法。解析法首先列出力平衡方程，然后通過求解方程完成分析，也是機構(gòu)力分析中常用的方法。隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，矢量圖解法的缺點日益放大，在實際工程中的應(yīng)用越來越少；而與之對應(yīng)，解析法的優(yōu)勢日益突出，在實際工程中的應(yīng)用范圍越來越廣。因此，在教學(xué)中從貼近工程的需要出發(fā)，將原來矢量圖解法和解析法并重轉(zhuǎn)為以解析法為主，以便學(xué)以致用。

三、大作業(yè)的設(shè)計

采用任務(wù)驅(qū)動法進(jìn)行教學(xué)后，課程作業(yè)也需要進(jìn)行改革，將原來只需完成課本上的作業(yè)題改為完成相應(yīng)的大作業(yè)。大作業(yè)的題目也選用牛頭刨床機構(gòu)、壓床六桿機構(gòu)和顎式破碎機等機構(gòu)，但要注意與課堂教學(xué)中的任務(wù)區(qū)分開來。

機械原理課程一般有一個配套的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)——機械原理課程設(shè)計。機械原理課程設(shè)計主要目的是為學(xué)生在完成課堂教學(xué)基本內(nèi)容后提供一個較完整的從事機械設(shè)計初步實踐的機會。在機械原理課程設(shè)計中，學(xué)生運用所學(xué)知識完成機械傳動方案總體設(shè)計、機構(gòu)分析和綜合等任務(wù)，進(jìn)行工程設(shè)計方面的初步訓(xùn)練。機構(gòu)力分析的大作業(yè)實際上與機械原理課程設(shè)計的部分內(nèi)容是重疊的。因此，為了不讓學(xué)生重復(fù)完成兩次同樣的任務(wù)，將機構(gòu)力分析的大作業(yè)與機械原理課程設(shè)計接軌，機構(gòu)力分析的大作業(yè)作為機械原理課程設(shè)計的任務(wù)之一。

在機構(gòu)力分析的課堂教學(xué)中轉(zhuǎn)變?yōu)橐越馕龇橹鳎瑸榱伺c課堂教學(xué)保持一致，機構(gòu)力分析的大作業(yè)也同樣要求采用解析法完成。針對解析法的特點，在進(jìn)行機構(gòu)力分析的時候，不能像原來采用矢量圖解法一樣只做幾個位置的力分析，而是要按一個循環(huán)周期，完成各個位置的力分析。另外，在各個位置的力分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，完成受力變化圖的繪制，并基于數(shù)據(jù)和圖表進(jìn)行簡單的分析。

四、結(jié)論

為了調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力，我們基于任務(wù)驅(qū)動法進(jìn)行了機構(gòu)力分析的教學(xué)改革實踐。針對任務(wù)驅(qū)動法的特點，進(jìn)行了任務(wù)的構(gòu)建、課堂教學(xué)的設(shè)計和大作業(yè)的設(shè)計三個方面的改革。通過教學(xué)改革，提高了學(xué)生對機構(gòu)力分析知識的應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙永杰，程西云.機械原理課程探究式教學(xué)改革與探索[J].大學(xué)教育，2014，（9）：141-143.

[2]張蔚，李映平.面向設(shè)計的機械原理課程教學(xué)改革的探索和實踐[J].教育教學(xué)論壇，2013，（36）：213-215.

[3]吳軍其，劉萌.“任務(wù)驅(qū)動”法在高校翻轉(zhuǎn)課堂中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015，25（9）：58-64.

[4]牟琴，譚良，周雄峻.基于計算思維的任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模式的研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2011，21（6）：44-49.endprint