授课题目

平面机构运动简图分析与设计

授课学时

1课时（45分钟）

授课形式

多媒体

授课地点

机械楼601

授课班级

机A2223

授课人

胡云堂

教学创新理念

针对《机械原理》课程需要学习的机构种类多、理论分析多、工程综合性和创新实践性强等特点，本课程基于OBE理念，对标新工科建设要求，将课程知识链和产品结构链深度融合，并在专业教育中融入思政教育、创新创业教育、实践技能教育和劳动教育，形成“双链融合”教学知识体系，突出课程核心知识学习与解决复合工程问题相结合。按照“拓展创新案例分析——机构运动简图绘制——新结构新功能”的教学思路，帮助学生构建高阶系统设计思维。打造产教融合教学团队、构建具象尺度空间，创新项目牵引、尺度跟随的“三协同”教学模式。激发学生学习兴趣，提高学生对于知识的综合应用能力、实践动手能力和创新设计能力，为进一步培养学生解决复杂工程问题奠定了良好的基础，促进学生知识、能力、素质的协调发展。

教学背景

《机械原理》是机械类专业非常重要的专业核心基础课，在本科大二第二学期开设，共计64学时。学生在学完《高等数学》、《大学物理》、《机械制图》、《理论力学》后，更加结合工程实际、理论知识过渡到工程实践的桥梁和纽带。

随着科技进步和产业升级，传统教学内容逐渐不能满足人才培养的需要。学生将来在从事机械设计工作过程中，要根据不同的设计需求进行创造性设计，特别是要在基于整机的系统设计思维下进行机械系统方案设计，因此通过分析优秀创新设计案例对于培养学生解决复杂工程问题的能力和创新设计意识十分必要。本堂课将创新设计案例作为新的教学内容引入教学。

学情分析

1. 学生已经完成《机械制图》课程内容的学习，具备制图基础；

2. 通过对机器组成的理论学习，学生已经基本理解机器、机构的基本概念，运动副及构件的表示方法，但从机器构成的空间尺度到平面图形的转换还存在模糊的认识，机械系统意识，具象思维尚未建立；

3. 学生在线上已完创新案例的结构分析和功能分析学习，对运动简图绘制实物有基本了解；

4.经过前期任务布置和学习基础，学生开始体验“PBL”教学方式，对线上线下的混合式教学模式有一定了解。

课程思政创新创业

劳动教育

技术实践

1.本节课将机械创新设计大赛优秀作品为案例引入教学，激发学生的科技服务社会、报效祖国的责任感、勇于挑战的创新意识，增强学生的专业认同感。

2.强化基于整机的系统思维以及在创新案例中要分析整体与局部的关系，培养学生的大局观念、思辨意识。

3.要求学生分小组绘制机构运动简图，培养学生的团队合作意识、劳动意识和实践精神。

教学目标

为体现“立德树人”为引领，“知识、能力、素质和价值观”三位一体育人理念，结合本节内容，建立如下教学目标：

知识目标：1.通过课前线上学习、课前创新基地实地观察，小组研讨，能够说明机器设计案例作品的设计背景、创意、功能、组成及工作流程。

                 2.能运用运动副和构件表示方法分析机器的结构； 

        3.会绘制机械系统运动简图，指出不足并提出改进建议；

        4.会计算机构的自由度。

    能力目标：1.机械系统组成的系统思维能力； 

       2.从实物到理论线条再到工程实践的双向转化能力；

       3.获取新知识、破除“刻板印象”的学习能力；

       4.汇报材料制作能力以及语言表达能力。

   素质目标：1.仔细钻研、求真探索的科学素养；

                    2.理论与实践紧密结合的工程意识；

      3.团队精神、系统思维和思辨意识

                   4.团结协作的劳动意识

                    5.大胆质疑的创新意识

教学重点

案例机构组成、功能分析及机械运动简图绘制

教学难点

绘制机械系统运动简图，指出不足并提出改进建议，创新设计机械系统方案

教学手段与方法

学采用项目驱动，采用启发探究式和主动参与式教学策略，引导学生发现问题，发现问题并解决问题。 

启发探究式教学思路：

（1）通过项目驱动，设计情景，让学生发现问题和提出问题。

（2）通过分析问题，进行推测和假设，进行知识点的讲述与推导，针对提出的问题进行分析。

（3）通过讨论解决问题，实现知识点的工程应用。

（4）教学目标检验。通过分组讨论，课堂测验、设问抢答、随堂练习等环节，检验对教学目标的达成情况。

主动参与式教学，通过项目驱动创立问题情景，激发学生的求知兴趣，导出问题，让学生主动参与，积极探究，分析问题。

教学手段：将信息技术引入课堂教学，线上采用基于学习通平台的《机械原理》在线课堂资源进行在线学习，课堂上采用学习通+多媒体演示+板书相结合的教学手段。

时间分配

1.机构运动简图绘制简介（3分钟）；

2.内燃机连杆机构运动简图绘制（5分钟）；

3.学生分组讨论作品组成、功能等（15分钟）；

4.教师对作品所包含的相关知识解析（10分钟）；

5.拓展任务：（8分钟）;

6.课堂小结（2分钟)。

教学活动

教师活动备注

课  前

1.教师线上发布的小组学习任务，要求学生以分组形式学习自建教学资源“机械创新设计大赛优秀作品案例”；      

2.安排学生到创新基地实地观察、动手操作相应的作品案例。学生在充分了解探究日常机构用品及创新案例基础上，进行分工合作，理解机构运动简图绘制的基本流程。

课前线上发布小组学习任务，安排同学到创新基地实地观察

课  中

教学活动1.机构运动简图绘制简介（5分钟）

介绍机构运动简图绘制的主要内容及步骤，重点、难点；启发学生回忆相关知识，引导学生回答问题：

（1）什么是机构运动简图？

（2）绘制平面机构运动简图的步骤、注意事项是什么？

教学活动2.

案例教学.内燃机连杆机构运动简图绘制（5分钟）

通过内燃机结构分析，学生加深理解内燃机结构中涵盖连杆机构、凸轮机构和齿轮机构等常用机构，并以内燃连杆机构为案例介绍分析平面机构运动简图的绘制方法。

教学活动3.学生分组讨论（25分钟）

分成4个小组分别汇报、讨论案例，而后教师点评。

第一组学生汇报：无碳小车运动简图绘制

教师点评

第二组学生汇报：仿生啄木鸟运动简图绘制

教师点评

教学活动4.教师对案例所包含的相关知识解析（5）

拆解各功能部件，本装置的典型机构包含齿轮机构、凸轮机构、平面连杆机构、间歇运动机构（棘轮）。

教学活动5.拓展任务（3分钟）

根据作品视频动画或原理框图，分析其机械结构组成。明确包含的机构类型，绘制机构运动简图，计算机构自由度，确定合理的连杆和飞轮尺寸。绘制三维模型完成虚拟样机装配，并进行机构的运动仿真获取相关运动学参数。

(1)机构结构分析：机构运动简图绘制；机构运动确定性及其自由度分析。

(2)三维实体建模和仿真：根据给定的初始参数建立三维模型，进行运动学仿真获得相关运动轨迹、速度、加速度等参数。

（3）机构及机构系统设计的创新设计

  教学活动6.课堂小结（2分钟)

**引入第一个 工程案例

引导学生从复杂工程问题的解决思路出发，体现教学内容“双链融合”。明确机构运动简图绘制是机械方案设计的关键。

*思政元素：

整体与局部的关系，系统思维和思辨意识。

*课堂任务：

根据作品视频动画或原理框图，分析其机械结构组成。明确包含的机构类型，绘制机构运动简图，计算机构自由度。

*思政元素：

获奖作品，系统思维和思辨意识，团结协作的劳动意识。

自由与法制

*获奖作品，引导学生通过整机及组合机构分析，提升学生高阶系统设计思维。

*创新能力培养

案例分析——机构运动简图绘制——新结构新功能，提升学生高阶系统设计思维。

*创新思维培养

*小结本节课重点和难点

课  后

完成拓展任务，线上提交小组作业。