关于《机械原理》课程教学中培养学生运动方案设计能力的探讨与尝试

董亚丽

[摘要]现代科学技术的迅速发展对各门课程的教学提出了更多更高的要求，《机械原理》这门课程目前也面临一些比较严峻的问题。机械运动方案设计在整个机械设计工作中占有重要地位，也是机械原理课程的重要任务之一。文章介绍了在教学过程中通过多种教学环节培养学生运动方案设计能力的做法和效果。实践结果表明，将机械运动方案设计能力的培养贯穿于教学过程的始终，对于培养学生的参与意识、创造能力和设计能力是大有裨益的。

[关键词]《机械原理》；机械运动；教学设计；学生能力

1 前 言

中职机械专业教学的现状不容乐观，主要是其专业自身存在不足，但为了促进机械专业的发展，使其教学质量得到可靠的保障，中职机械专业在教学方法等均展开了研究。

《机械原理》课程是机械专业的一门基础课，其任务之一就是为后续的专业课打好基础，因此在教学计划中占有重要地位。而机械运动方案设计是整个机械设计工作的第一步，它对于机械性能的优劣及其在市场上的竞争能力都具有决定性的作用。在机械类各专业学生的整个教学计划中，只有《机械原理》这门课讲授机构运动方案设计的内容。因此，在教学过程中注重培养学生运动方案设计的能力，使学生得到这方面的锻炼，是《机械原理》课程的一项重要任务。

在以往的《机械原理》教学过程中，机构运动方案的设计是一个比较薄弱的环节，为了使学生及早地树立工程设计观点，培养学生独立工作能力，近年来，我们在教学过程中采取了若干措施，力图加强这一环节，取得了可喜的成果。

2 提高学生对机构运动方案设计重要性的认识及学习兴趣

课程开始，除了介绍本课程的研究对象、内容，它在教学及国民经济中的地位和本课程的学习方法外，有意识地强调以下两方面的内容：

（1）本课程除了讲解各种机构进行分析以外，最主要的任务是设计，而分析是设计的第一步，也是设计的基础。

（2）本课程是与工程密切联系的一门技术基础课，在学习本课程的过程中，对日常生活中司空见惯的东西要注意观察，注意用所学的知识对其加以分析，不仅能达到对所学知识的加深理解，灵活运用，举一反三的目的，而且可以启发创造灵感。例如，我们通过公共汽车车门和小轿车车门开、闭方法的对比以及载重汽车和人力平板三轮车实现转弯方法的对比，使学生对运动方案设计和工程实际应用背景间的密切关系以及运动方案设计的重要性有了较初步的认识，所有这些都激发了对机构运动方案设计的兴趣。

3 通过“机构方案小设计”的教学环节，使学生得到运动方案设计的初步锻炼

在本课程开始2～3周后，等学生对机械原理课程有了初步的了解后，开始这一教学环节。向学生提出几个日常生活中司空见惯的用具，如：能自动打开而不能自动合拢的二折伞；只能用双手打开而不能自动打开的三折伞；普通的用链条链轮传动的自行车；只能在固定角度范围内摇头的电风扇等。要求学生在学习本课程的过程中，结合所学知识对他们的优缺点进行分析，研究做进一步改进设计。要求学期末每个学生交一张在A4图纸上按比例绘制的、改进了的、用具的机构运动简图和一份简单说明书，在课程进行过程中，组织适当的辅导、讨论。实践结果表明，虽然有些改进设计还比较粗糙，存在一些缺点，但也确有一些设计构思巧妙，有一定的独创性和实用价值。

由于这个教学环节是在机械原理讲课过程中进行的，教学内容与改进设计有密切联系，需要改进的用具既是学生们日常生活中司空见惯的，又具有实用价值，因此是一次密切联系实际的实践性教学环节，大大激发了学生们的学习兴趣。课堂设计是学生将所学知识转化为能力的重要实践环节。以设计为中心，以培养能力为目的，安排教学内容，按设计的顺序安排教学顺序，目的是使学生通过课程学习，提出问题和解决问题的能力得到很好的锻炼。可以说这一教学环节对培养学生运动方案设计的能力打下了一定的基础。

4 开阔学生视野，帮助学生较系统地了解和掌握机构运动方案设计的知识

在讲述各种常用机构的分析和设计后，安排了一章“机构的组合及机构总体方案设计”的教学，目的在于使学生较系统地了解和掌握机构运动方案设计的知识。这一章的内容从基本机构固有的局限性讲起，讲述了机构的组合方式，通过工程实际中的若干实例，介绍了常用组合机构的类型及应用，使学生们开阔了视野，明白了机构的组合是发展新机构的重要方法，在此基础上介绍了各种常用组合机构的设计方法。

在机构总体方案设计一节中，我们结合具体实例从工艺动作的分解讲到机械运动方案的选择，机构选型应遵循的原则及注意事项。如尽量简化和缩短运动链；尽可能选择较简单的机构；尽量减少机构尺寸，选择合适的运动副形式；选择合理的动力源形式；合理安排传动机构的顺序；合理分配传动比；使机械具有有利的传力条件和良好的动力特性；使机械具有调节运动参数的能力，保证机械安全运转，等等。此外，还介绍了机械中各执行构件之间的运动协调配合和机械运动循环图，并举例说明了机械总体运动方案设计的步骤。

如果说“机构方案小设计”这一教学环节还只是一个单一机构运动方案设计的锻炼的话，那么这一步就是为向综合性的机械运动方案设计打基础，为进一步在机械原理课程设计中进行机械总体运动方案设计作准备。

5 在课程设计中进一步加强对机械运动方案设计能力的培养

同以前的课程设计相比，我们大大加强了运动方案设计能力的培养，具体做法：第一步，课程设计开始，在教师布置了设计题目和设计要求后，组织同学观看有关课程设计的短片。这一步主要是使学生了解所要设计的机械的工艺动作要求，教给同学工艺动作的分解方法。第二步，让学生根据所学各种机构的运动形式和特点进行全面分析比较，并尽可能结合工程实际中的问题，如加工难易、摩擦和效率等，根据“机械总体方案设计”一节中所学过的有关机构选型的知识，自己提出自己的方案，然后画出方案草图，计算自由度，并对所选方案的理由及其优缺点加以说明，交给老师，作为最后评分的部分依据。第三步，组织全班同学讨论，每个学生到黑板上讲述自己的方案，大家提问题，经过相互交流和补充修改后每个同学确定自己的最后方案。最后同学们根据自己所选择的方案上机优化设计，进行运动和动力分析，飞轮转动的惯量计算等，直到画出设计图写好说明书，完成整个课程设计。在此设计过程中，同学们的积极性很高，在自己制订方案阶段，同学们不仅查看了教科书的有关章节，而且主动翻阅查找资料，充分发挥了各自的主观能动性。实践表明在机械原理课程设计中进一步加强机构运动方案设计能力的培养不仅是必要的，而且是可能的。机械原理课程设计是学生第一次接触机械设计，通过在课程设计中进一步加强运动方案设计的训练，对培养学生综合运用所学的理论知识解决工程实际的设计问题是大有好处的。

综上所述，机构运动方案的设计能使学生综合和灵活运用所学过的理论，真正做到理论与实际相结合，它是一项富有创造性的工作，最能激发起学生的学习兴趣，通过在整个教学过程中采取一系列措施加强这一环节，使其贯穿教学过程的始终，对培养学生的能力具有重要意义。