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(yǎng)學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力進行了探討,強調(diào)了機械教學中學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要性。
關鍵詞:四桿機構;創(chuàng)新能力;實驗裝置;創(chuàng)新意識
現(xiàn)代教育越來越強調(diào)對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如果在教育教學過程中,不注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神,所培養(yǎng)的人才就難以適應現(xiàn)代生產(chǎn)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(yǎng)學生的實踐動手能力,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力及綜合設計能力,是機械設計教學研究的重要課題之一。
要更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力,就必須對教學情境進行設計,為學生創(chuàng)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(fā)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?qū)W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(jù)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(yǎng)學生探索性學習能力與創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力,使學生從被動接受變?yōu)橹鲃犹剿鲗W習。
我們開發(fā)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(tài)下機構運動時連架桿與機架發(fā)生碰撞,避免機構運動干涉的發(fā)生。該實驗裝置機架長度可調(diào),其結構為在工作臺面上開導向槽并與懸臂架配合形式,調(diào)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(diào)節(jié)桿長的結構,應用快速搭接方式,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(fā)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(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(xiàn)桿長無級調(diào)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(xiàn)桿長無級調(diào)整。 方案三:如圖4所示,結構桿采用桿內(nèi)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(xiàn)桿長無級調(diào)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(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(fā)學生的思維,更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力。不難看出:方案一中滑塊移動導向性較好,桿長調(diào)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(diào)整方便,但連接螺桿剛性較差,特別是當調(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,影響機構工作精度。方案三中雖然桿結構較復雜,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(diào)整四桿機構各桿桿長,可實現(xiàn)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(xiàn)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(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,以發(fā)掘人的創(chuàng)造潛能,促進人的個性和諧發(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?shù)膭?chuàng)新教學方法和技巧,一定可以更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力。如何將教學過程和學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有機結合起來,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、不斷優(yōu)化。
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