铰链四杆机构的性质及判别方法课程教学设计

李孔戎

摘 要：铰链四杆机构的类型判别是技工学校机械基础课程中的重要内容。作者在教学实践中，探索采用的设计理念是：以实例为载体，教师为主导，学生为主体；以相互交流，动手操作为手段，运用理论与实践相结合的教学模式及运用启发、引导、动手、实践、类比等方法进行教学设计。

关键词：铰链四杆机构 教学设计

一、教材及学情分析

中等职业学校机械类机械基础教学，教师在讲授铰链四杆机构内容时，如果采用照本宣科式的教学方法，学生兴趣和积极性很难调动起来。主要有两个原因：一是学生感觉学习的内容没有贴近他们的实际生活，内容抽象、概念模糊。二是技校的学生大多来自农村，他们文化基础普遍较差，学习专业基础课比较吃力，缺乏主动思维和感性认识，很难调动学习的激情。教材中虽然删减了数学推导过程，结论性地给出了“曲柄存在的条件”，及表格化的“铰链四杆机构三种基本类型的判别方法”而且结论已经非常清晰，但是学生还是理解不透彻，很难跟实际生活中的典型机械相互对应，不能准确把握它们内在的关系。教材中虽然有实例—简图—运动分析，并以表格的形式一一对应帮助学生理解，但在教学中，却始终很难激发起学生的学习激情，为此笔者对该章节内容的教学过程进行了重新设计。

二、教学目标

1.知识目标

熟练掌握“铰链四杆机构”三种基本类型的判别方法。

2.能力目标

培养学生自己动手设计、制作、协作学习能力，主动探究、观察、分析及综合归纳能力。

3.情感目标

教师通过实物动手演示，使学生对铰链四杆机构的性质从感性认识上升到理性认识，学生通过自己分析可获得发散性思维并激发创造的灵感。

三、重点难点

掌握“铰链四杆机构”形成条件和运动特征。其难点是三种基本类型的判别方法及在实际生产运用中的指导意义。

四、教法学法

教师通过习旧引新—设疑—学生制作—各组验证—教师归纳、总结—课堂巩固六个步骤，让学生自然过渡到知识的练习和运用，实现对各知识点的理解和记忆，从而完成该章节的教学任务。

五、教学过程

1.第一步，习旧引新

前面，我们学习了铰链四杆机构的三种基本类型，都是简单地根据两个连架杆是曲柄还是摇杆来划分的。在日常生活中，我们经常看到在一场篮球比赛场上，也许是参赛的哪一方，赛场上身材高大挑的队员有很大优势，但对其中最矮的那位运动员，也千万不能小看，他一定是很有特点的，不论在组织进攻、掌握比赛节奏、个人技术等方面，都会有独到之处。铰链四杆机构中的四根杆，总会有一根杆最短，这一相对的特殊性，最短的这根杆能否引起我们的关注和兴趣，能否根据最短杆在不同位置时，判别铰链四杆机构是属于哪种类型？各杆都能否做整周运动？

2.第二步，（新课导入）教师设疑

（1）机构中具有整周旋转的条件是什么（曲柄存在的条件）？学生只有学会判断机构中有无曲柄存在，教师才能进行下一步教学。

（2）当最短杆分别处在不同的位置时，请问会出现几种机构类型？

3.第三步，动手实验

全班分为四个小组，每组完成两个实验。

（1）第一个实验：教师对每组下发长度分别45mm、100mm、70mm、120mm的两端有孔的木条，分别让学生用螺母和螺栓依次连接，并且在连接点依次标注A、B、C、D。接着学生以不同长度的杆为机架（试着变换固定杆件），让其他杆做运动，观察各杆的运动状态，观察能获得哪几种类型的铰链四杆机构？并做好记录。

（2）第二个实验：教师对每组下发长度分别为130mm、150mm、175mm、200mm的两端有孔的木条，分别让学生用螺母和螺栓依次连接，并且在连接点依次标注A、B、C、D。接着学生以不同长度的杆为机架（试着变换固定杆件），让其他杆做运动，观察各杆的运动状态，观察能获得哪几种类型的铰链四杆机构？并做好记录。

实验结束：各组学生写出实验结论、推荐小组发言人。

4.第四步，小组验证

教师请各小组发言人，拿着自制的铰链四杆机构走上讲台，明确回答两大疑问并验证本组的结论（要求板书且标注小组编号）：一是展示中哪一组机构存在曲柄？曲柄存在的条件是什么？二是当最短杆处在不同位置时，机构类型是如何确定的？

5.第五步，教师归纳总结

（1）第一个实验结论，以杆长之和的不同为前提。一是曲柄的存在必须同时具备两个条件。第一，最短杆与最长杆的长度之和不大于其他两杆长度之和。第二，连架杆和机架中必有一杆是最短杆（在第二个实验中不能满足第一个条件，所以不存在曲柄；分别演示两个实验）。二是当最短杆与最长杆的长度之和不大于其他两杆长度之和时有下列三种情况。根据最短杆所处的位置判别：第一，最短杆为机架——双曲柄机构。第二，最短杆为连架杆——曲柄摇杆机构。第三，最短杆为连杆——双摇杆机构。

（2）第二个实验结论，以杆长之和的不同为前提。在最短杆与最长杆的长度之和大于其他两杆长度之和时，无论哪个杆为机架都只能是双摇杆机构且曲柄不存在。

6.第六步，课堂巩固练习

图

举例：AB=150mm、BC=200mm、CD=175mm、AD=210mm，如上图所示。

如以AB为机架，或以CD为机架时，请问如何判断是什么机构？说出必要的判断过程。

解：（1）∵最短杆+最长杆之和，AB+AD=150+210=360（mm） 不大于其余两杆之和 BC+DC=200+175=375（mm）

∴最短杆AB为机架时为双曲柄机构（同时满足曲柄存在的两个条件）。

（2）∵最短杆+最长杆之和AB+AD=150+210=360（mm）不大于其余两杆之和 BC+DC=200+175=375（mm）。当CD为机架时，最短杆必然处在连杆位置上。

∴最短杆是连杆时为双摇杆机构（不能同时满足曲柄存在的两个条件）。

教师提示：依次类推，举一反三；当最短杆+最长杆之和大于其余两杆之和时会是什么机构类型？跟哪根杆为机架有关系吗？

课堂巩固目的，一是学生能熟练地掌握“曲柄存在条件”二是充分运用“最短杆”的这个特点准确判别铰链四杆机构的类型。在讲授中，教师必须讲清“铰链四杆机构中必有一个是最短杆，且最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和”这个大前提。且通过教具演示，让学生理解在这个大前提下所得出的三个结论：①取最短杆为连杆时，构成曲柄摇杆机构。②取最短杆为机架时，构成双曲柄机构。③取最短杆为连杆时，构成双摇杆机构。若这个大前提不存在，即当铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆之和时，则曲柄不存在，只能构成双摇杆机构且跟哪根杆为机架无关。

六、教学感受

在精心设计安排下，教师让学生带着问题在实验中寻找答案、验证结论。这种教学模式能够真正提升学生的主体定位，充分展示个性，放手去探究学习、合作学习。这样学生靠勤于动手、乐于探究获取新知识和能力的训练，为今后面对实际工作培养了解决问题的能力。

七、课后反思

在教学过程中，由于学生在积极参与中，时间掌控难度较大。又因学生基础不同，各组完成的时间差距较大。所以教师分组时要把动手能力强、善于发表自己观点和喜欢“较真”的学生适当地均匀搭配，这样学习效果会更好。

（作者单位：柳州市技工学校）