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现在教育的问题是，缺乏对学生好奇心的引发与引导，甚至把学生的学习变成被动的、没有兴趣的训练。因此，教师的教学首先应调动起学生智力活动的兴趣，最大限度地激发他们乐于学习的激情，鼓励学生发问和有奇思异想，创设问题情境，让学生在教师的指导下以解决问题的形式进行学习，实行教师与学生双向互动，探究性学习正是基于培养学生创新精神和实践能力而开展的。笔者将其引入机械设计课程教学中，在具体实施及案例设计等方面作了探究和尝试。
探究性学习的含义
探究性学习是学生在学科领域或现实生活情境中，通过发现问题、调查研究、动手操作、表达与交流等探究性活动，获得知识、技能和态度的学习方式和学习过程。
探究性学习的几种类型
国外的研究者将探究性学习分为六种类型，即实验型探究、逻辑推理任务、基于测量的研究、工程性设计、技术性设计和开放性研究。实验性探究的过程通常分为5个阶段：识别探究问题、形成假设、设计实验、收集数据和得出结论。
一些研究者根据不同阶段教师的指导程度，又将探究性学习分为：（1）师生协作探究模式。教师创设情境，提出问题，为学生提供探究事实的条件，引导学生进行分析，通过假设、探索、归纳等寻找解决问题的途径与方法，最后得出结论。（2）自主探究模式。学生在教师指导帮助下独立从事某项课题研究，包括自己提出问题、确定研究课题、独立探究，最后提交研究报告。
在机械设计课程教学中如何开展探究性学习
（1）训练学生的开放性思维、探索精神，培养学生的主动求知欲望，最大限度地提高学生的开放性思维能力和主动探究精神。
(2)进行最基本的科学探究活动的训练，力求创设生动、真实、多样的科学探究和实践情境，让学生体验探究过程，在丰富多彩的活动中培养创新精神和实践能力，努力使每个学生在现有的基础上得到良好的发展。
(3)训练学生多渠道获取信息的能力，使学生初步掌握通过互联网、图书馆、观察、实验、调查等多种渠道广泛获取信息的技能。
(4)培养学生的表达能力和合作意识，使学生在探究中学会表达和交流，善于与他人合作，从中体验活动的乐趣和积极的情感，养成科学的态度和价值观。
机械设计课程教学中探究性学习的教学设计
1.选择学习的内容。以“关于平面机构自由度计算时局部自由度及虚构问题的研究”为例：(1)该内容是平面机构自由度计算时的关键点，如果未能正确考虑，将会发生计算结果的错误，但是学生实际在学习时，该内容又是难点，老师单纯理论介绍往往导致学生不理解，而学好该内容对提高学生的理解能力和设计思维能力具有重要的价值。
(2)确定该内容为研究课题时，学生已通过推导得出了平面机构自由度的计算公式为F=3n(2PL+PH)，机构具有确定的相对运动的必要条件为：机构自由度F大于零，并且主动构件数与机构的自由度数相等。该课题适合学生进行进一步的研究性学习。
2.确定探究性学习的类型。本次探究性学习的类型是实验性探究和逻辑推理任务相结合。
3.确定教学组织形式。根据本课题的活动内容，教学组织形式采取师生协作探究模式。
4.教学活动设计。局部自由度：①课前准备。此活动老师课前至少应准备两组同样的凸轮机构。②引出问题。
a)从最简单的对心滚子移动从动件凸轮机构自由度计算（如右图一）开始，让学生用先前推导的公式计算该机构的自由度。学生分析后得出可动构件n=3，低副数PL=3，PH=1，机构自由度F=3n(2PL+PH)=3×（2× +1）=2。
根据机构具有确定的相对运动的条件得出结论：原动件数目W必须为2，该机构才会有确定的相对运动。
b)展示两个实际的对心滚子移动从动件凸轮机构，让原动件只有一个构件即凸轮，让学生观察凸轮，作为原动件时，从动件的运动是否确定。最后得出结论：原动件数目w=1时，该机构有确定的相对运动。
c)老师提出问题：为什么理论和实际不相符呢？
③引导观察并分析：
a)观察滚子转动的快慢对从动件的影响。此时，让学生在老师的提示下，增加其中一个凸轮机构滚子铰链处的摩擦，请两个学生到前面，配合老师口令，以基本同样的节奏让凸轮机构转动，其他同学观察此时滚子转动的快慢和从动件上升、下降及静止的关系。最后一致得出结论：滚子转动的快慢，对其他构件的运动无影响。
b)观察滚子不动时对从动件的影响。将其中一个凸轮滚子铰链外摩擦继续增大，使滚子相对从动杆件静止，将两组凸轮机构重复a）中步骤。最后得出结论：滚子不动时对其他构件运动也无影响。
④得出结论：
（1）根据3中a）b）得出：滚子的局部运动，不影响其他构件的运动，这种局部运动的自由度称为局部自由度。
（2）老师此时即水到渠成地归纳出自由度计算时对局部自由度的处理方法：将滚子看作与从动件焊为一体。（如右图二）让学生重新进行整个机构的自由度计算：F=3n(2PL+PH)=3×（2×+1）=1，理论和实际吻合。
⑤提出新的问题：既然滚子的转动对整个机构运动无影响，那么为什么不去掉呢？
⑥老师适当提示：如果将滚子换成尖顶或平底呢？
⑦得出新的结论（学生充分表达和交流）：使用滚子的目的是为了减少高副元素的磨损，延长凸轮的使用寿命，控制成本等，至此学生不但对局部自由度有了较深刻的认识，而且初步学会了对机械原理的探索方法。
5.引申性教学活动。“关于虚约束问题的讨论”
按照上述步骤以椭圆规机构为例子来尝试使用探究性方法进行讨论。计算图三所示机构（椭圆规）的自由度。其中AB=CB=DB。
由图知该机构有4个活动件，有4个转动副，2个移动副、一个原动件。自由度F=1时，其机构运动确定。如按实际构件数计算自由度，F=3×2×=0。按这一结果，机构不能动，与实际不符，因其中含有一个虚约束。因AB=CB=DB，杆2上B、C、D点已定，杆2上C点和D点的轨迹也已定，滑块3或滑块4中必有一处是虚约束。如若以滑块4来分析，滑块4上D点的约束不起作用，因为去掉D处滑块移动副的约束，D点的运动轨迹仍会沿导路方向移动。因此，滑快4是虚约束。在计算自由度时，应把滑快4及其运动副除去不计。则机构自由度：F=3n(2PL+PH)=3×2×0=1=原动件数，故机构运动确定。
本教学设计通过学生的计算、实验、观察、思考、讨论及老师的适当指导，使学生一步步学会解决问题的能力，将枯燥无味的听讲转化为主动寻找问题的答案，进一步发展实践能力，从而促进他们创造性的学习。
参考文献:
[1]吴宗泽主编.机械设计.北京:清华大学出版社,2001.
[2]张建中主编.机械设计基础.第2版.徐州:中国矿业大学出版社,2002.
作者单位:江苏省泰州电大泰兴分校
探究性学习的含义
探究性学习是学生在学科领域或现实生活情境中，通过发现问题、调查研究、动手操作、表达与交流等探究性活动，获得知识、技能和态度的学习方式和学习过程。
探究性学习的几种类型
国外的研究者将探究性学习分为六种类型，即实验型探究、逻辑推理任务、基于测量的研究、工程性设计、技术性设计和开放性研究。实验性探究的过程通常分为5个阶段：识别探究问题、形成假设、设计实验、收集数据和得出结论。
一些研究者根据不同阶段教师的指导程度，又将探究性学习分为：（1）师生协作探究模式。教师创设情境，提出问题，为学生提供探究事实的条件，引导学生进行分析，通过假设、探索、归纳等寻找解决问题的途径与方法，最后得出结论。（2）自主探究模式。学生在教师指导帮助下独立从事某项课题研究，包括自己提出问题、确定研究课题、独立探究，最后提交研究报告。
在机械设计课程教学中如何开展探究性学习
（1）训练学生的开放性思维、探索精神，培养学生的主动求知欲望，最大限度地提高学生的开放性思维能力和主动探究精神。
(2)进行最基本的科学探究活动的训练，力求创设生动、真实、多样的科学探究和实践情境，让学生体验探究过程，在丰富多彩的活动中培养创新精神和实践能力，努力使每个学生在现有的基础上得到良好的发展。
(3)训练学生多渠道获取信息的能力，使学生初步掌握通过互联网、图书馆、观察、实验、调查等多种渠道广泛获取信息的技能。
(4)培养学生的表达能力和合作意识，使学生在探究中学会表达和交流，善于与他人合作，从中体验活动的乐趣和积极的情感，养成科学的态度和价值观。
机械设计课程教学中探究性学习的教学设计
1.选择学习的内容。以“关于平面机构自由度计算时局部自由度及虚构问题的研究”为例：(1)该内容是平面机构自由度计算时的关键点，如果未能正确考虑，将会发生计算结果的错误，但是学生实际在学习时，该内容又是难点，老师单纯理论介绍往往导致学生不理解，而学好该内容对提高学生的理解能力和设计思维能力具有重要的价值。
(2)确定该内容为研究课题时，学生已通过推导得出了平面机构自由度的计算公式为F=3n(2PL+PH)，机构具有确定的相对运动的必要条件为：机构自由度F大于零，并且主动构件数与机构的自由度数相等。该课题适合学生进行进一步的研究性学习。
2.确定探究性学习的类型。本次探究性学习的类型是实验性探究和逻辑推理任务相结合。
3.确定教学组织形式。根据本课题的活动内容，教学组织形式采取师生协作探究模式。
4.教学活动设计。局部自由度：①课前准备。此活动老师课前至少应准备两组同样的凸轮机构。②引出问题。
a)从最简单的对心滚子移动从动件凸轮机构自由度计算（如右图一）开始，让学生用先前推导的公式计算该机构的自由度。学生分析后得出可动构件n=3，低副数PL=3，PH=1，机构自由度F=3n(2PL+PH)=3×（2× +1）=2。
根据机构具有确定的相对运动的条件得出结论：原动件数目W必须为2，该机构才会有确定的相对运动。
b)展示两个实际的对心滚子移动从动件凸轮机构，让原动件只有一个构件即凸轮，让学生观察凸轮，作为原动件时，从动件的运动是否确定。最后得出结论：原动件数目w=1时，该机构有确定的相对运动。
c)老师提出问题：为什么理论和实际不相符呢？
③引导观察并分析：
a)观察滚子转动的快慢对从动件的影响。此时，让学生在老师的提示下，增加其中一个凸轮机构滚子铰链处的摩擦，请两个学生到前面，配合老师口令，以基本同样的节奏让凸轮机构转动，其他同学观察此时滚子转动的快慢和从动件上升、下降及静止的关系。最后一致得出结论：滚子转动的快慢，对其他构件的运动无影响。
b)观察滚子不动时对从动件的影响。将其中一个凸轮滚子铰链外摩擦继续增大，使滚子相对从动杆件静止，将两组凸轮机构重复a）中步骤。最后得出结论：滚子不动时对其他构件运动也无影响。
④得出结论：
（1）根据3中a）b）得出：滚子的局部运动，不影响其他构件的运动，这种局部运动的自由度称为局部自由度。
（2）老师此时即水到渠成地归纳出自由度计算时对局部自由度的处理方法：将滚子看作与从动件焊为一体。（如右图二）让学生重新进行整个机构的自由度计算：F=3n(2PL+PH)=3×（2×+1）=1，理论和实际吻合。
⑤提出新的问题：既然滚子的转动对整个机构运动无影响，那么为什么不去掉呢？
⑥老师适当提示：如果将滚子换成尖顶或平底呢？
⑦得出新的结论（学生充分表达和交流）：使用滚子的目的是为了减少高副元素的磨损，延长凸轮的使用寿命，控制成本等，至此学生不但对局部自由度有了较深刻的认识，而且初步学会了对机械原理的探索方法。
5.引申性教学活动。“关于虚约束问题的讨论”
按照上述步骤以椭圆规机构为例子来尝试使用探究性方法进行讨论。计算图三所示机构（椭圆规）的自由度。其中AB=CB=DB。
由图知该机构有4个活动件，有4个转动副，2个移动副、一个原动件。自由度F=1时，其机构运动确定。如按实际构件数计算自由度，F=3×2×=0。按这一结果，机构不能动，与实际不符，因其中含有一个虚约束。因AB=CB=DB，杆2上B、C、D点已定，杆2上C点和D点的轨迹也已定，滑块3或滑块4中必有一处是虚约束。如若以滑块4来分析，滑块4上D点的约束不起作用，因为去掉D处滑块移动副的约束，D点的运动轨迹仍会沿导路方向移动。因此，滑快4是虚约束。在计算自由度时，应把滑快4及其运动副除去不计。则机构自由度：F=3n(2PL+PH)=3×2×0=1=原动件数，故机构运动确定。
本教学设计通过学生的计算、实验、观察、思考、讨论及老师的适当指导，使学生一步步学会解决问题的能力，将枯燥无味的听讲转化为主动寻找问题的答案，进一步发展实践能力，从而促进他们创造性的学习。
参考文献:
[1]吴宗泽主编.机械设计.北京:清华大学出版社,2001.
[2]张建中主编.机械设计基础.第2版.徐州:中国矿业大学出版社,2002.
作者单位:江苏省泰州电大泰兴分校