高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)方法淺談

李天興 任小中 黨玉功

摘 要：針對(duì)高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)及其教學(xué)內(nèi)客，探討了課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化問題，提出了該課程應(yīng)該采用的教學(xué)方法和教學(xué)手段。教學(xué)實(shí)踐表明，本文提出的方法，開闊了學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)的思路，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到機(jī)構(gòu)創(chuàng)新的目的。

關(guān)鍵詞：高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 課程 教學(xué)方法 學(xué)習(xí)興趣

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（a）-0198-01

高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)及理論學(xué)科的主要專業(yè)課之一，它是在機(jī)械原理課程的基礎(chǔ)上，繼續(xù)深入研究機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和機(jī)構(gòu)綜合的課程。在傳統(tǒng)工程教育體制下，教學(xué)模式多以課堂講授為主，缺乏結(jié)合實(shí)際的案例式教學(xué)、綜合性教學(xué)，這種狀況造成了高等教育難以滿足機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展的需求，學(xué)生對(duì)該課程感覺枯燥乏味甚至失去興趣。因此必須針對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，優(yōu)化其教學(xué)內(nèi)容，將教學(xué)手段、教學(xué)方法和實(shí)際應(yīng)用等有機(jī)地融為一體，能夠幫助教師改善課堂的教學(xué)效果和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也有利于開闊學(xué)生的設(shè)計(jì)思路和創(chuàng)新能力。

1 高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及其主要內(nèi)容

高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)。

（1）高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是一門非常重要的、實(shí)踐性和創(chuàng)新性很強(qiáng)的專業(yè)課程，特別強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)編程、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、高等數(shù)學(xué)、機(jī)械原理及機(jī)械動(dòng)力學(xué)等的綜合運(yùn)用。

（2）在研究內(nèi)容方面，從平面機(jī)構(gòu)的分析與綜合擴(kuò)展到了空間機(jī)構(gòu)的分析與綜合，從簡單的高副機(jī)構(gòu)擴(kuò)展到了瞬心線高副機(jī)構(gòu)和共軛曲線高副機(jī)構(gòu)。

（3）研究方法也轉(zhuǎn)變?yōu)橐杂?jì)算機(jī)為工具，以高等數(shù)學(xué)中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與矩陣運(yùn)算為主的解析法。

（4）專業(yè)面較寬，通用性較強(qiáng)，需要學(xué)生有較寬的知識(shí)面和適合各類產(chǎn)業(yè)機(jī)械所需的設(shè)計(jì)方法和技巧。

高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)所涉及的學(xué)科門類多，涵蓋的內(nèi)容廣泛，主要教學(xué)內(nèi)容包括[1]：機(jī)構(gòu)的分析與綜合；機(jī)構(gòu)的型式綜合；運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)；凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；機(jī)器人機(jī)構(gòu)；組合機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)的變異。

2 優(yōu)化課程教學(xué)體系和內(nèi)容

要在有限的教學(xué)學(xué)時(shí)（通常為40學(xué)時(shí)）內(nèi)完成如此多的內(nèi)容，如果不采取有效的措施，就難以取得好的教學(xué)效果。

2.1 構(gòu)建高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)體系

由多教研室、系部建立高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)課程群，主要課程包括：（1）數(shù)學(xué)課程，如《高等數(shù)學(xué)》、《微分幾何學(xué)》；（2）先進(jìn)設(shè)計(jì)方法的課程，如《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》；（3）基礎(chǔ)課程，如《機(jī)械原理》，《齒輪嚙合原理》；（4）計(jì)算機(jī)語言課程，如C語言，C++語言及Matlab等課程。

2.2 整合教學(xué)內(nèi)容

針對(duì)教學(xué)的參考教材，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和整合。首先注重機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)基本理論、原理和方法的講授，使學(xué)生擁有較厚實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)，以課本的基本知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣埂＠纾攸c(diǎn)講解平面連桿機(jī)構(gòu)的分析與綜合，然后以此為基礎(chǔ)涉及空間連桿機(jī)構(gòu)的分析和綜合，這樣由易到難的次序可以減少學(xué)生聽課過程中的枯燥感，逐步建立對(duì)該課的興趣，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

2.3 突出理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的特色

高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的內(nèi)容較寬，涉及許多其它學(xué)科的知識(shí)，如高等數(shù)學(xué)、微分幾何學(xué)、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等。在掌握機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本理論和方法的同時(shí)，應(yīng)突出理論與實(shí)際應(yīng)用的緊密結(jié)合，每一中設(shè)計(jì)理論和方法均應(yīng)有實(shí)際的應(yīng)用實(shí)例佐證。如平面連桿機(jī)構(gòu)綜合的類型講解時(shí)，針對(duì)每一類綜合給出若干實(shí)際工程應(yīng)用的實(shí)例，寓教于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，這樣可以使得學(xué)生的思維清晰，不斷提高興趣。

2.4 保持教學(xué)內(nèi)容的最新

高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)課堂教學(xué)必須緊跟機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的最新趨勢，始終保持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。授課教師緊密關(guān)注高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的近況，并把它們?nèi)谌虢虒W(xué)過程中，使學(xué)生能夠掌握機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的最新知識(shí)[2]。

3 教學(xué)方法和手段

3.1 多媒體教學(xué)與課堂教授相結(jié)合

采用多媒體教學(xué)，可以擴(kuò)充課堂教學(xué)的信息量，增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的印象和記憶[3]；同時(shí)，在一些關(guān)鍵的知識(shí)點(diǎn)上，教師應(yīng)詳盡地在黑板上推導(dǎo)出整個(gè)過程，以促進(jìn)學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。例如，在課堂講授平面連桿機(jī)構(gòu)的概述時(shí)，適當(dāng)增加車間裝配線（位置綜合）的視頻，電動(dòng)打字機(jī)（函數(shù)綜合）、電影膠片放映機(jī)（軌跡綜合）等的視頻。

3.2 授課模式與啟發(fā)教學(xué)相結(jié)合

在課程教學(xué)過程中，采取“授課”與“啟發(fā)”相結(jié)合的課程教學(xué)組織方式[4]。除了傳統(tǒng)教學(xué)方法外，對(duì)應(yīng)用、設(shè)計(jì)方法等則采取“啟發(fā)”的教學(xué)方法，授課老師在課堂上提出問題并加以適當(dāng)引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生自己去努力思考。同時(shí)，可組織學(xué)生分組討論和爭論，老師最后進(jìn)行歸納總結(jié)。這種教學(xué)方法能夠活躍學(xué)生的創(chuàng)新思維，能夠充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)新能力。另外，教師在授課時(shí)，需要將不同知識(shí)點(diǎn)之間的背景、聯(lián)系及因果關(guān)系分別介紹，這樣也有助于學(xué)生的理解，增加教學(xué)效果。

3.3 理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合

組織學(xué)生到相關(guān)企業(yè)、車間參觀并努力發(fā)現(xiàn)機(jī)器設(shè)備上的相關(guān)機(jī)構(gòu)部件，提高高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在機(jī)械裝備的感性認(rèn)識(shí)。我們依托河南省重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室及機(jī)床實(shí)驗(yàn)室等，為課程實(shí)踐教學(xué)提供了良好的環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室擁有各類數(shù)控式和機(jī)械式的車床、銑床、刨床、磨床等，加工中心，機(jī)器人，三坐標(biāo)測量機(jī)，數(shù)控成形磨齒機(jī)、齒輪測量機(jī)等設(shè)備，使學(xué)生在在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)與實(shí)際機(jī)械機(jī)構(gòu)完全對(duì)應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

3.4 專題講座，擴(kuò)寬相關(guān)知識(shí)面

高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的重點(diǎn)理論與設(shè)計(jì)方法不能在有限學(xué)時(shí)內(nèi)深入講解，可以在課余時(shí)間舉行專題講座，如組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其新進(jìn)展、凸輪機(jī)構(gòu)的分度功能設(shè)計(jì)、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的作用等專題講座，使學(xué)生對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)有比較全面的了解，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，滿足了學(xué)生不同層次的要求。

高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的教學(xué)目的就是使學(xué)生能夠掌握常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，把學(xué)到的理論知識(shí)和具體的設(shè)計(jì)實(shí)例結(jié)合起來，能夠?qū)υO(shè)計(jì)實(shí)例進(jìn)行分析，并編程計(jì)算得到設(shè)計(jì)結(jié)果。因此，理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合是該課程講授的最終目標(biāo)。高等機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的課程教學(xué)應(yīng)優(yōu)化完善教學(xué)內(nèi)容，融合傳統(tǒng)的和先進(jìn)的教學(xué)手段和方法使課堂教學(xué)效果得到提高，增強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)的教學(xué)比重，引導(dǎo)并開闊學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，不斷提高學(xué)生的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 傅則紹，盧子馨.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（修訂版）[M].北京：石油大學(xué)出版社，1998.

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[3] 鄧杰.創(chuàng)新教育在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)中的實(shí)踐[J].科技資訊，2007（14）：112.

[4] 黨玉功，張中利.創(chuàng)新教育背景下機(jī)械設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革淺談[J].中國電力教育，2010（3）：121-122.