高等機構設計課程的教學方法淺談

李天興 任小中 黨玉功

摘 要：針對高等機構設計課程特點及其教學內客，探討了課程教學內容的優化問題，提出了該課程應該采用的教學方法和教學手段。教學實踐表明，本文提出的方法，開闊了學生對機構分析及設計的思路，提高了學生的學習興趣，從而達到機構創新的目的。

關鍵詞：高等機構設計 課程 教學方法 學習興趣

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（a）-0198-01

高等機構設計是機械設計及理論學科的主要專業課之一，它是在機械原理課程的基礎上，繼續深入研究機構結構、機構運動分析和機構綜合的課程。在傳統工程教育體制下，教學模式多以課堂講授為主，缺乏結合實際的案例式教學、綜合性教學，這種狀況造成了高等教育難以滿足機構設計發展的需求，學生對該課程感覺枯燥乏味甚至失去興趣。因此必須針對機構設計的特點，優化其教學內容，將教學手段、教學方法和實際應用等有機地融為一體，能夠幫助教師改善課堂的教學效果和激發學生的學習興趣，也有利于開闊學生的設計思路和創新能力。

1 高等機構設計的特點及其主要內容

高等機構設計具有以下特點。

（1）高等機構設計是一門非常重要的、實踐性和創新性很強的專業課程，特別強調計算機編程、機械優化設計、高等數學、機械原理及機械動力學等的綜合運用。

（2）在研究內容方面，從平面機構的分析與綜合擴展到了空間機構的分析與綜合，從簡單的高副機構擴展到了瞬心線高副機構和共軛曲線高副機構。

（3）研究方法也轉變為以計算機為工具，以高等數學中的坐標轉換與矩陣運算為主的解析法。

（4）專業面較寬，通用性較強，需要學生有較寬的知識面和適合各類產業機械所需的設計方法和技巧。

高等機構設計所涉及的學科門類多，涵蓋的內容廣泛，主要教學內容包括[1]：機構的分析與綜合；機構的型式綜合；運動規律設計；凸輪機構設計；齒輪機構設計；機器人機構；組合機構與機構的變異。

2 優化課程教學體系和內容

要在有限的教學學時（通常為40學時）內完成如此多的內容，如果不采取有效的措施，就難以取得好的教學效果。

2.1 構建高等機構設計課程教學體系

由多教研室、系部建立高等機構設計課程群，主要課程包括：（1）數學課程，如《高等數學》、《微分幾何學》；（2）先進設計方法的課程，如《機械優化設計》；（3）基礎課程，如《機械原理》，《齒輪嚙合原理》；（4）計算機語言課程，如C語言，C++語言及Matlab等課程。

2.2 整合教學內容

針對教學的參考教材，教學內容應進行適當的調整和整合。首先注重機構設計基本理論、原理和方法的講授，使學生擁有較厚實的基礎知識，同時，以課本的基本知識點為基礎進行適當的拓展。例如，重點講解平面連桿機構的分析與綜合，然后以此為基礎涉及空間連桿機構的分析和綜合，這樣由易到難的次序可以減少學生聽課過程中的枯燥感，逐步建立對該課的興趣，從而達到良好的教學效果。

2.3 突出理論與實際應用相結合的特色

高等機構設計課程的內容較寬，涉及許多其它學科的知識，如高等數學、微分幾何學、機械優化設計、機械原理、計算機科學等。在掌握機構設計的基本理論和方法的同時，應突出理論與實際應用的緊密結合，每一中設計理論和方法均應有實際的應用實例佐證。如平面連桿機構綜合的類型講解時，針對每一類綜合給出若干實際工程應用的實例，寓教于實際生產應用，這樣可以使得學生的思維清晰，不斷提高興趣。

2.4 保持教學內容的最新

高等機構設計課堂教學必須緊跟機構設計的最新趨勢，始終保持機構設計教學內容的先進性。授課教師緊密關注高等機構設計方法的近況，并把它們融入教學過程中，使學生能夠掌握機構設計的最新知識[2]。

3 教學方法和手段

3.1 多媒體教學與課堂教授相結合

采用多媒體教學，可以擴充課堂教學的信息量，增強感性認識，加深對相關知識的印象和記憶[3]；同時，在一些關鍵的知識點上，教師應詳盡地在黑板上推導出整個過程，以促進學生對該知識點的理解，增強學習興趣，提高教學效果。例如，在課堂講授平面連桿機構的概述時，適當增加車間裝配線（位置綜合）的視頻，電動打字機（函數綜合）、電影膠片放映機（軌跡綜合）等的視頻。

3.2 授課模式與啟發教學相結合

在課程教學過程中，采取“授課”與“啟發”相結合的課程教學組織方式[4]。除了傳統教學方法外，對應用、設計方法等則采取“啟發”的教學方法，授課老師在課堂上提出問題并加以適當引導，啟發學生自己去努力思考。同時，可組織學生分組討論和爭論，老師最后進行歸納總結。這種教學方法能夠活躍學生的創新思維，能夠充分挖掘學生的創新能力。另外，教師在授課時，需要將不同知識點之間的背景、聯系及因果關系分別介紹，這樣也有助于學生的理解，增加教學效果。

3.3 理論知識與實際應用相結合

組織學生到相關企業、車間參觀并努力發現機器設備上的相關機構部件，提高高等機構設計在機械裝備的感性認識。我們依托河南省重點開放實驗室及機床實驗室等，為課程實踐教學提供了良好的環境。實驗室擁有各類數控式和機械式的車床、銑床、刨床、磨床等，加工中心，機器人，三坐標測量機，數控成形磨齒機、齒輪測量機等設備，使學生在在學習理論知識的同時與實際機械機構完全對應，培養學生的動手能力和創新能力。

3.4 專題講座，擴寬相關知識面

高等機構設計課程的重點理論與設計方法不能在有限學時內深入講解，可以在課余時間舉行專題講座，如組合機構設計及其新進展、凸輪機構的分度功能設計、機械優化設計在機構設計中的作用等專題講座，使學生對某個知識點有比較全面的了解，從而提高學生的學習興趣，滿足了學生不同層次的要求。

高等機構設計的教學目的就是使學生能夠掌握常用機構的設計方法，把學到的理論知識和具體的設計實例結合起來，能夠對設計實例進行分析，并編程計算得到設計結果。因此，理論知識與實際應用相結合是該課程講授的最終目標。高等機構設計的課程教學應優化完善教學內容，融合傳統的和先進的教學手段和方法使課堂教學效果得到提高，增強實際應用環節的教學比重，引導并開闊學生的設計思路，不斷提高學生的機構創新能力。

參考文獻

[1] 傅則紹，盧子馨.機構設計（修訂版）[M].北京：石油大學出版社，1998.

[2] 任小中，曹鐵珍，韓建海.論課堂教學方法的革新[J].成功（教育版），2009（1）：15-16.

[3] 鄧杰.創新教育在機械設計課程設計教學中的實踐[J].科技資訊，2007（14）：112.

[4] 黨玉功，張中利.創新教育背景下機械設計類課程教學改革淺談[J].中國電力教育，2010（3）：121-122.