四桿機構教學(xué)中學(xué)生創(chuàng )新能力的培養論文
摘要:通過(guò)闡述四桿機構快速搭接實(shí)驗裝置的設計與應用,對四桿機構教學(xué)中如何培養學(xué)生創(chuàng )新意識、創(chuàng )新能力進(jìn)行了探討,強調了機械教學(xué)中學(xué)生創(chuàng )新意識、創(chuàng )新能力培養的重要性。
關(guān)鍵詞:四桿機構;創(chuàng )新能力;實(shí)驗裝置;創(chuàng )新意識
現代教育越來(lái)越強調對學(xué)生創(chuàng )新能力的培養。如果在教育教學(xué)過(guò)程中,不注重培養學(xué)生的創(chuàng )新思維和創(chuàng )新精神,所培養的人才就難以適應現代生產(chǎn)技術(shù)應用、管理和服務(wù)需要的崗位能力要求,難以在激烈的市場(chǎng)競爭中立足。在教育教學(xué)過(guò)程中更好地培養學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力,培養學(xué)生的創(chuàng )新意識、創(chuàng )新能力及綜合設計能力,是機械設計教學(xué)研究的重要課題之一。
要更好地培養學(xué)生的創(chuàng )新意識、創(chuàng )新能力,就必須對教學(xué)情境進(jìn)行設計,為學(xué)生創(chuàng )造相應的學(xué)習條件�；谶@一點(diǎn),在四桿機構教學(xué)中,我們開(kāi)發(fā)了四桿機構實(shí)驗裝置,并對教學(xué)情境進(jìn)行了重新設置。我們采用了演示實(shí)驗與機構虛擬設計及實(shí)際機構應用并行的教學(xué)方式,即:首先在實(shí)驗裝置上完成四桿機構運動(dòng)研究的演示性實(shí)驗,再向學(xué)生提出設計任務(wù),由學(xué)生完成設計方案,并應用CAXA實(shí)體設計軟件進(jìn)行結構設計,最后由教師與學(xué)生共同對不同設計方案進(jìn)行點(diǎn)評總結,并根據成熟的設計方案進(jìn)行零件加工制造,通過(guò)機構組裝試驗,驗證該設計方案的可行性。整個(gè)教學(xué)過(guò)程堅持以學(xué)生為主體,突出機械設計主線(xiàn),側重實(shí)際設計能力訓練,注重培養學(xué)生探索性學(xué)習能力與創(chuàng )新意識、創(chuàng )新能力,使學(xué)生從被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)探索學(xué)習。
我們開(kāi)發(fā)的四桿機構實(shí)驗裝置以實(shí)際應用為背景,基本結構如圖1所示。該實(shí)驗裝置采用了懸臂架結構,通過(guò)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(cháng)實(shí)驗狀態(tài)下機構運動(dòng)時(shí)連架桿與機架發(fā)生碰撞,避免機構運動(dòng)干涉的發(fā)生。該實(shí)驗裝置機架長(cháng)度可調,其結構為在工作臺面上開(kāi)導向槽并與懸臂架配合形式,調整機架長(cháng)度時(shí),只要松開(kāi)固定螺栓,沿工作臺上導向槽移動(dòng)懸臂架至工作位置后再固定螺栓即可。
在四桿機構教學(xué)過(guò)程中,首先應用四桿機構實(shí)驗裝置,采用一組固定長(cháng)度且桿長(cháng)不同的構件桿組合,完成四桿機構三種類(lèi)型(曲柄搖桿機構、雙曲柄機構及雙搖桿機構)的運動(dòng)分析,使學(xué)生基本掌握四桿機構的組成及工作特性。
通過(guò)對四桿機構的認知學(xué)習,學(xué)生了解了這樣的結果:四桿機構三種類(lèi)型變換的關(guān)鍵是各桿長(cháng)度的變化。那能不能采用一種可無(wú)級調節桿長(cháng)的結構,應用快速搭接方式,在原有實(shí)驗裝置上實(shí)現三種不同類(lèi)型四桿機構的實(shí)驗呢?這就是我們對學(xué)生下達的設計任務(wù)。該設計任務(wù)要求學(xué)生分組自行收集資料,確定設計方案,并應用CAXA實(shí)體設計軟件完成結構設計。該設計任務(wù)旨在激發(fā)學(xué)生的探究思維能力。實(shí)踐證明:學(xué)生通過(guò)完成設計任務(wù),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(chuàng )新意識、創(chuàng )新能力諸方面得到了鍛煉與調高。以下是學(xué)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(lái)回滑動(dòng),滑塊位置固定由緊定螺釘完成。通過(guò)改變滑塊位置即可改變銷(xiāo)軸位置,實(shí)現桿長(cháng)無(wú)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(guò)旋轉螺桿,兩端配合的左右旋螺紋同時(shí)旋進(jìn)或旋出,可以方便地實(shí)現桿長(cháng)無(wú)級調整。 方案三:如圖4所示,結構桿采用桿內開(kāi)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(guò)改變滑塊位置,可實(shí)現桿長(cháng)無(wú)級調整。此外,該結構在結構桿側邊與滑塊側邊均開(kāi)有凹槽,可用于桿長(cháng)調整后的實(shí)際桿長(cháng)尺寸測量。
桿長(cháng)調整方案很多,各有特點(diǎn),對學(xué)生的設計方案進(jìn)行分析、講評、總結,不僅可以提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,而且有助于啟發(fā)學(xué)生的思維,更好地培養學(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(dòng)導向性較好,桿長(cháng)調整后的位置精度較高,不過(guò)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(cháng)調整方便,但連接螺桿剛性較差,特別是當調整桿長(cháng)尺寸較大時(shí),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(cháng)調整后位置精度高,定位可靠,特別是調整后桿長(cháng)尺寸可測量等特點(diǎn),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(jìn)行了加工制造,在四桿機構實(shí)驗裝置上組裝機構,如圖5所示。該機構通過(guò)調整四桿機構各桿桿長(cháng),可實(shí)現四桿機構三種類(lèi)型轉換。實(shí)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(shí)現對四桿機構三種類(lèi)型的運動(dòng)分析。
以上是我們在四桿機構教學(xué)中的一點(diǎn)嘗試。我們深深體會(huì )到:創(chuàng )新教育是以培養人的創(chuàng )新精神和創(chuàng )新能力為基本價(jià)值取向的教育實(shí)踐。它以培養具有創(chuàng )造欲和創(chuàng )新能力的勞動(dòng)者為目標,以發(fā)掘人的創(chuàng )造潛能,促進(jìn)人的個(gè)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和教育的結果。所以,在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中,通過(guò)科學(xué)合理的教學(xué)情境設計,采用適當的創(chuàng )新教學(xué)方法和技巧,一定可以更好地培養學(xué)生的創(chuàng )新意識、創(chuàng )新能力。如何將教學(xué)過(guò)程和學(xué)生創(chuàng )新意識、創(chuàng )新能力的培養有機結合起來(lái),培養知識面廣、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(shí)踐中不斷驗證、不斷改進(jìn)、不斷優(yōu)化。
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