劉志偉

[摘要]： 為滿足科技與經(jīng)濟不斷發(fā)展的社會需求，培養(yǎng)高素質的工程技術人才極其重要， 提高高校教學質量是實現(xiàn)培養(yǎng)高素質工程技術人才目標的重要途徑之一。本文面向的是高校機械工程專業(yè)的核心基礎課程--《機械原理》，為了提高機械原理的教學質量， 提出了在教學方法和教學手段上改革的具體實施方法， 設計了一套機械原理課程的教具，該教具具有功能多樣，小巧，廉價等優(yōu)點。設計該教具旨在注重師生互動 ，重視實驗教學，優(yōu)化教學過程，最大限度地調動學生學習的積極性、互動性、參與性和創(chuàng)造性。

[關鍵詞]： 機械原理； 教學質量；教具；師生互動

1、引言

提高課程教學質量是培養(yǎng)一流人才的有效途徑之一。機械原理課作為一門技術基礎課，其最顯著的特點是基礎理論與工程實際的結合。

如何改革《機械原理》課程教學方式，提高教學效率，一直是該課程一線教師所關注的問題。為了能夠充分調動學生在課堂上的積極性，能夠親自動手在實踐中掌握機械原理的知識，本文設計了一套機械原理課的教具，該教具具有小巧，廉價的特點，可以滿足學生隨身攜帶，隨時演示機械原理課堂上的知識點的要求。下面，我們介紹本文設計的教具。

2、教具工作原理

如圖1所示是設計的教具整體圖。該教具底板大小為250mm X 150mm。在底板上面有四桿機構演示教具各桿件，剛化反轉法演示各桿件，齒輪，齒條演示教具等。底板機架上設計有多個連接孔，連桿可以任意插入其中，從而達到改變機架長度的目的。連桿中間也設計有連接孔，通過連接不同的連接孔可以改變對應連桿長度。此外，還可以演示齒輪齒條傳動，齒輪間歇傳動等知識點。

下面我們介紹如何通過該教具演示機械原理課的知識的，首先我們從四桿機構的Grashof 條件說起。Grashof條件是用來預測四桿機構各種機架變換形式的轉動特性或可轉性的一個關系式，它僅依賴于構件的長度。也稱為整轉副存在的條件。

Grashof條件：S+L≤P+Q （S L P Q分別為最短構件的長度、最長構件的長度和其余兩個構件的長度，若等式成立則該連桿機構是Grashof機構，Grashof機構至少有一個構件相對機架平面能夠轉整周。）如果一個機構是Grashof機構，則可以得到如下結論。

（1） 機架的鄰邊為最短桿，機構為曲柄搖桿機構

（2） 機架為最短桿，機構為雙曲柄機構

（3） 機架的對邊為最短桿，機構為雙搖桿機構

如果不等式不滿足，則機構為非Grashof機構，那么沒有構件對任何其他構件能轉整周。此類運動鏈稱為第二類運動鏈。機構為雙搖桿機構[5]。

為此，我們設計了如圖2 所示的演示教具。

從圖中可以看出，我們可以通過連接底板上的不同連接孔改變機架AB的長度，此外，還可以通過固定在AD，BC桿上的不同連接孔改變AD，BC的長度，從而構成Grashof機構及非Grashof機構。通過改變長度及選擇機架，演示上述的原理。

剛化反轉法是機械原理課的重點和難點知識，學生往往難以掌握。剛化反轉法的基本思想是把機構的第i個位置看作是剛體，即機構各桿件相對靜止不動，并繞機構上的某一個旋轉，使機構上的某一桿件與初始位置時該桿件的位置重合。如下圖3所示，四桿機構ABCD運動到AiBiCiDi時，把AiBiCiDi剛化，并繞A點旋轉至AiDi與AD重合，則可以得到此時BiCi的位置，由CD和Ci Di長度相等，我們可以得到D點在C Ci線段的垂直平分線上。

設計的教具如下圖4所示，制作了3個相同的四桿機構，將該機構分別運動到不同位置，然后進行剛化反轉，得到圖5所示結果。由于EC1，EC2，EC3長度相等，故連接點E在C1C2， C2C3的垂直平分線的交點上。由此，我們通過該教具演示了剛化反轉法的原理及使用該方法求解四桿機構的構型。

3、優(yōu)點及創(chuàng)新點

本文的思想是改變方式，老師帶著學生通過教具動手演示課本上的知識，在實踐中掌握課本知識。與傳統(tǒng)的教具相比，本教具小巧精致，采用有機玻璃為材料加工制作，適合批量化生產(chǎn)，價格低廉。學生有經(jīng)濟實力購買且便于攜帶。該教具的桿件可以輕易變換長度，達到了一桿多用的效果，可以使用相同的桿件展現(xiàn)四桿機構不同的運動形式。

4、小結

《機械原理》作為機械專業(yè)學生的一門必修基礎課，知識點較多，難度較大并且與實際工程聯(lián)系非常緊密，傳統(tǒng)的教學方式難以讓學生在課堂上快速掌握知識，改革傳統(tǒng)的教學方式具有重要的意義。本教具簡單、精致、小巧、便宜、可以展示機械原理課上的多個知識點、實用性強。本文對該教具進行了初步的研究，還有許多地方可以完善。比如桿件之間的連接方式，這里使用的是螺栓螺母和墊片進行連接，該方法拆卸不夠方便，接下來可以考慮其他的連接方式，比如磁鐵磁性連接等。

[參考文獻]：

[1] 張麗君，王冬曉，唐義，李姝璇，郝群，張忠廉. 基于“課程”指導科技競賽的課外實踐教學模式的探索[J].實驗技術與管理，2016，33（3）：217-220

[2] http：//www.bit.edu.cn/xww/jjxy/117102.htm

[3] 張白樺， 邵兵， 張謹. 機械原理活動投影教具的使用性能[J].甘肅科技， 2005，21（7）.

[4] 申 燚，王明強. 機械原理課程“三位一體”教學的探索與實踐[J]. 裝備制造技術， 2012， （2）： 184-186

[5] 韓建友， 邱麗芳. 機械原理[M]. 北京：高等教育出版社，2011.