四桿機構教學中學生創新能力的培養論文
摘要:通過闡述四桿機構快速搭接實驗裝置的設計與應用,對四桿機構教學中如何培養學生創新意識、創新能力進行了探討,強調了機械教學中學生創新意識、創新能力培養的重要性。
關鍵詞:四桿機構;創新能力;實驗裝置;創新意識
現代教育越來越強調對學生創新能力的培養。如果在教育教學過程中,不注重培養學生的創新思維和創新精神,所培養的人才就難以適應現代生產技術應用、管理和服務需要的崗位能力要求,難以在激烈的市場競爭中立足。在教育教學過程中更好地培養學生的實踐動手能力,培養學生的創新意識、創新能力及綜合設計能力,是機械設計教學研究的重要課題之一。
要更好地培養學生的創新意識、創新能力,就必須對教學情境進行設計,為學生創造相應的學習條件。基于這一點,在四桿機構教學中,我們開發了四桿機構實驗裝置,并對教學情境進行了重新設置。我們采用了演示實驗與機構虛擬設計及實際機構應用并行的教學方式,即:首先在實驗裝置上完成四桿機構運動研究的演示性實驗,再向學生提出設計任務,由學生完成設計方案,并應用CAXA實體設計軟件進行結構設計,最后由教師與學生共同對不同設計方案進行點評總結,并根據成熟的設計方案進行零件加工制造,通過機構組裝試驗,驗證該設計方案的可行性。整個教學過程堅持以學生為主體,突出機械設計主線,側重實際設計能力訓練,注重培養學生探索性學習能力與創新意識、創新能力,使學生從被動接受變為主動探索學習。
我們開發的四桿機構實驗裝置以實際應用為背景,基本結構如圖1所示。該實驗裝置采用了懸臂架結構,通過懸臂架使四桿機構各桿形成空間的平行結構,可有效防止在不同桿長實驗狀態下機構運動時連架桿與機架發生碰撞,避免機構運動干涉的發生。該實驗裝置機架長度可調,其結構為在工作臺面上開導向槽并與懸臂架配合形式,調整機架長度時,只要松開固定螺栓,沿工作臺上導向槽移動懸臂架至工作位置后再固定螺栓即可。
在四桿機構教學過程中,首先應用四桿機構實驗裝置,采用一組固定長度且桿長不同的構件桿組合,完成四桿機構三種類型(曲柄搖桿機構、雙曲柄機構及雙搖桿機構)的運動分析,使學生基本掌握四桿機構的組成及工作特性。
通過對四桿機構的認知學習,學生了解了這樣的結果:四桿機構三種類型變換的關鍵是各桿長度的變化。那能不能采用一種可無級調節桿長的結構,應用快速搭接方式,在原有實驗裝置上實現三種不同類型四桿機構的實驗呢?這就是我們對學生下達的設計任務。該設計任務要求學生分組自行收集資料,確定設計方案,并應用CAXA實體設計軟件完成結構設計。該設計任務旨在激發學生的探究思維能力。實踐證明:學生通過完成設計任務,不僅提高了綜合機械設計能力,熟練掌握了機械設計軟件的應用,還在創新意識、創新能力諸方面得到了鍛煉與調高。以下是學生完成的幾種典型設計方案。
方案一:如圖2所示,結構桿設計成前端帶槽形式,兩側留有可與滑塊裝配的`槽,使滑塊能在結構桿上來回滑動,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,實現桿長無級調整。
方案二:如圖3所示,結構桿設計成了三段形式,兩部分結構桿中間采用螺桿連接,螺桿兩端分別采用左旋與右旋螺紋。通過旋轉螺桿,兩端配合的左右旋螺紋同時旋進或旋出,可以方便地實現桿長無級調整。 方案三:如圖4所示,結構桿采用桿內開槽并與滑塊配合結構,滑塊定位由蓋板用螺釘緊固完成。通過改變滑塊位置,可實現桿長無級調整。此外,該結構在結構桿側邊與滑塊側邊均開有凹槽,可用于桿長調整后的實際桿長尺寸測量。
桿長調整方案很多,各有特點,對學生的設計方案進行分析、講評、總結,不僅可以提高學生分析問題、解決問題的能力,而且有助于啟發學生的思維,更好地培養學生的創新意識、創新能力。不難看出:方案一中滑塊移動導向性較好,桿長調整后的位置精度較高,不過使用側面螺釘定位滑塊位置,定位不可靠,且該結構桿結構尺寸較大。方案二中桿長調整方便,但連接螺桿剛性較差,特別是當調整桿長尺寸較大時,由于螺桿旋入連接桿尺寸較小,桿工作中較易變形,影響機構工作精度。方案三中雖然桿結構較復雜,但具有桿長調整后位置精度高,定位可靠,特別是調整后桿長尺寸可測量等特點,具有較好的結構特性。
結合各設計方案特性分析,我們確定了方案三為應用結構,對方案三各零件進行了加工制造,在四桿機構實驗裝置上組裝機構,如圖5所示。該機構通過調整四桿機構各桿桿長,可實現四桿機構三種類型轉換。實驗證明:該設計結構具有較好的應用性,應用該結構可分別實現對四桿機構三種類型的運動分析。
以上是我們在四桿機構教學中的一點嘗試。我們深深體會到:創新教育是以培養人的創新精神和創新能力為基本價值取向的教育實踐。它以培養具有創造欲和創新能力的勞動者為目標,以發掘人的創造潛能,促進人的個性和諧發展為宗旨。人的創新意識、創新能力主要是后天培養和教育的結果。所以,在整個教學過程中,通過科學合理的教學情境設計,采用適當的創新教學方法和技巧,一定可以更好地培養學生的創新意識、創新能力。如何將教學過程和學生創新意識、創新能力的培養有機結合起來,培養知識面廣、富有創新能力的人才,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、不斷優化。
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