四桿機(jī)構(gòu)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)論文
摘要:通過闡述四桿機(jī)構(gòu)快速搭接實驗裝置的設(shè)計與應(yīng)用,對四桿機(jī)構(gòu)教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力進(jìn)行了探討,強(qiáng)調(diào)了機(jī)械教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要性。
關(guān)鍵詞:四桿機(jī)構(gòu);創(chuàng)新能力;實驗裝置;創(chuàng)新意識
現(xiàn)代教育越來越強(qiáng)調(diào)對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如果在教育教學(xué)過程中,不注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神,所培養(yǎng)的人才就難以適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用、管理和服務(wù)需要的崗位能力要求,難以在激烈的市場競爭中立足。在教育教學(xué)過程中更好地培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力及綜合設(shè)計能力,是機(jī)械設(shè)計教學(xué)研究的重要課題之一。
要更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力,就必須對教學(xué)情境進(jìn)行設(shè)計,為學(xué)生創(chuàng)造相應(yīng)的學(xué)習(xí)條件。基于這一點,在四桿機(jī)構(gòu)教學(xué)中,我們開發(fā)了四桿機(jī)構(gòu)實驗裝置,并對教學(xué)情境進(jìn)行了重新設(shè)置。我們采用了演示實驗與機(jī)構(gòu)虛擬設(shè)計及實際機(jī)構(gòu)應(yīng)用并行的教學(xué)方式,即:首先在實驗裝置上完成四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動研究的演示性實驗,再向?qū)W生提出設(shè)計任務(wù),由學(xué)生完成設(shè)計方案,并應(yīng)用CAXA實體設(shè)計軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計,最后由教師與學(xué)生共同對不同設(shè)計方案進(jìn)行點評總結(jié),并根據(jù)成熟的設(shè)計方案進(jìn)行零件加工制造,通過機(jī)構(gòu)組裝試驗,驗證該設(shè)計方案的可行性。整個教學(xué)過程堅持以學(xué)生為主體,突出機(jī)械設(shè)計主線,側(cè)重實際設(shè)計能力訓(xùn)練,注重培養(yǎng)學(xué)生探索性學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力,使學(xué)生從被動接受變?yōu)橹鲃犹剿鲗W(xué)習(xí)。
我們開發(fā)的四桿機(jī)構(gòu)實驗裝置以實際應(yīng)用為背景,基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。該實驗裝置采用了懸臂架結(jié)構(gòu),通過懸臂架使四桿機(jī)構(gòu)各桿形成空間的平行結(jié)構(gòu),可有效防止在不同桿長實驗狀態(tài)下機(jī)構(gòu)運(yùn)動時連架桿與機(jī)架發(fā)生碰撞,避免機(jī)構(gòu)運(yùn)動干涉的發(fā)生。該實驗裝置機(jī)架長度可調(diào),其結(jié)構(gòu)為在工作臺面上開導(dǎo)向槽并與懸臂架配合形式,調(diào)整機(jī)架長度時,只要松開固定螺栓,沿工作臺上導(dǎo)向槽移動懸臂架至工作位置后再固定螺栓即可。
在四桿機(jī)構(gòu)教學(xué)過程中,首先應(yīng)用四桿機(jī)構(gòu)實驗裝置,采用一組固定長度且桿長不同的構(gòu)件桿組合,完成四桿機(jī)構(gòu)三種類型(曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)及雙搖桿機(jī)構(gòu))的運(yùn)動分析,使學(xué)生基本掌握四桿機(jī)構(gòu)的組成及工作特性。
通過對四桿機(jī)構(gòu)的認(rèn)知學(xué)習(xí),學(xué)生了解了這樣的結(jié)果:四桿機(jī)構(gòu)三種類型變換的關(guān)鍵是各桿長度的變化。那能不能采用一種可無級調(diào)節(jié)桿長的結(jié)構(gòu),應(yīng)用快速搭接方式,在原有實驗裝置上實現(xiàn)三種不同類型四桿機(jī)構(gòu)的實驗?zāi)?這就是我們對學(xué)生下達(dá)的設(shè)計任務(wù)。該設(shè)計任務(wù)要求學(xué)生分組自行收集資料,確定設(shè)計方案,并應(yīng)用CAXA實體設(shè)計軟件完成結(jié)構(gòu)設(shè)計。該設(shè)計任務(wù)旨在激發(fā)學(xué)生的探究思維能力。實踐證明:學(xué)生通過完成設(shè)計任務(wù),不僅提高了綜合機(jī)械設(shè)計能力,熟練掌握了機(jī)械設(shè)計軟件的應(yīng)用,還在創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力諸方面得到了鍛煉與調(diào)高。以下是學(xué)生完成的幾種典型設(shè)計方案。
方案一:如圖2所示,結(jié)構(gòu)桿設(shè)計成前端帶槽形式,兩側(cè)留有可與滑塊裝配的`槽,使滑塊能在結(jié)構(gòu)桿上來回滑動,滑塊位置固定由緊定螺釘完成。通過改變滑塊位置即可改變銷軸位置,實現(xiàn)桿長無級調(diào)整。
方案二:如圖3所示,結(jié)構(gòu)桿設(shè)計成了三段形式,兩部分結(jié)構(gòu)桿中間采用螺桿連接,螺桿兩端分別采用左旋與右旋螺紋。通過旋轉(zhuǎn)螺桿,兩端配合的左右旋螺紋同時旋進(jìn)或旋出,可以方便地實現(xiàn)桿長無級調(diào)整。 方案三:如圖4所示,結(jié)構(gòu)桿采用桿內(nèi)開槽并與滑塊配合結(jié)構(gòu),滑塊定位由蓋板用螺釘緊固完成。通過改變滑塊位置,可實現(xiàn)桿長無級調(diào)整。此外,該結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)桿側(cè)邊與滑塊側(cè)邊均開有凹槽,可用于桿長調(diào)整后的實際桿長尺寸測量。
桿長調(diào)整方案很多,各有特點,對學(xué)生的設(shè)計方案進(jìn)行分析、講評、總結(jié),不僅可以提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力,而且有助于啟發(fā)學(xué)生的思維,更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力。不難看出:方案一中滑塊移動導(dǎo)向性較好,桿長調(diào)整后的位置精度較高,不過使用側(cè)面螺釘定位滑塊位置,定位不可靠,且該結(jié)構(gòu)桿結(jié)構(gòu)尺寸較大。方案二中桿長調(diào)整方便,但連接螺桿剛性較差,特別是當(dāng)調(diào)整桿長尺寸較大時,由于螺桿旋入連接桿尺寸較小,桿工作中較易變形,影響機(jī)構(gòu)工作精度。方案三中雖然桿結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,但具有桿長調(diào)整后位置精度高,定位可靠,特別是調(diào)整后桿長尺寸可測量等特點,具有較好的結(jié)構(gòu)特性。
結(jié)合各設(shè)計方案特性分析,我們確定了方案三為應(yīng)用結(jié)構(gòu),對方案三各零件進(jìn)行了加工制造,在四桿機(jī)構(gòu)實驗裝置上組裝機(jī)構(gòu),如圖5所示。該機(jī)構(gòu)通過調(diào)整四桿機(jī)構(gòu)各桿桿長,可實現(xiàn)四桿機(jī)構(gòu)三種類型轉(zhuǎn)換。實驗證明:該設(shè)計結(jié)構(gòu)具有較好的應(yīng)用性,應(yīng)用該結(jié)構(gòu)可分別實現(xiàn)對四桿機(jī)構(gòu)三種類型的運(yùn)動分析。
以上是我們在四桿機(jī)構(gòu)教學(xué)中的一點嘗試。我們深深體會到:創(chuàng)新教育是以培養(yǎng)人的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為基本價值取向的教育實踐。它以培養(yǎng)具有創(chuàng)造欲和創(chuàng)新能力的勞動者為目標(biāo),以發(fā)掘人的創(chuàng)造潛能,促進(jìn)人的個性和諧發(fā)展為宗旨。人的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力主要是后天培養(yǎng)和教育的結(jié)果。所以,在整個教學(xué)過程中,通過科學(xué)合理的教學(xué)情境設(shè)計,采用適當(dāng)?shù)膭?chuàng)新教學(xué)方法和技巧,一定可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力。如何將教學(xué)過程和學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合起來,培養(yǎng)知識面廣、富有創(chuàng)新能力的人才,值得我們教育工作者共同去探討,并在實踐中不斷驗證、不斷改進(jìn)、不斷優(yōu)化。
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