机械基础课程单元教学设计分析
摘 要：教师既是教授方法的实施者，也是学习方法的指导者，要合理分配教学任务，运用恰当的教学方法，才能收到良好的教学效果。笔者针对机械基础课程的特点，结合自身的教学实践，以“平面机构运动确定性的判定”教学单元为例，谈谈机械基础课教学单元设计。
关键词：机械基础 单元设计 教学方法
课 题：北京市职业院校教师素质提高工程之优秀青年骨干教师培养计划项目资助。
机械基础课程是职业院校机械类专业的一门重要的技术基础课，它具有很强的综合性、工程性和实践性，在人才培养方案中处于承上启下的地位，是学生学习后续专业课的必要的知识和技能储备，起到桥梁的作用。笔者以“平面机构运动确定性的判定”教学单元为例，谈谈机械基础课教学单元设计。
一、教学目标的设定
通过本次课90分钟的学习，学生能够掌握平面机构自由度的计算方法。以机械创新设计小组学生设计的“摇摆显示屏架”为教学项目载体，从观察机构运动的角度出发，使学生分析和掌握平面连杆机构自由度的计算方法，且会判定复合铰链、局部自由度、虚约束并进行处理，从而总结出判定机构具有确定的相对运动的方法，为分析机械运动功能和设计机械结构打下基础，概括起来分为以下三个方面。
1.知识目标
（1）掌握平面机构自由度的计算方法。
（2）会判定复合铰链、局部自由度、虚约束并进行处理。
（3）掌握判定机构具有确定的相对运动的方法。
2.能力目标
（1）能够判定机构中是否存在复合铰链、局部自由度、虚约束这三种特殊情况，如果有，则会处理后再计算平面机构自由度。
（2）会用平面机构具有确定相对运动的条件判断机构设计得是否合理，是否能够运动，并且是否具有确定的相对运动。
（3）能够通过所学过的知识解决机构设计中的实际问题。
3.思维目标
（1）根据实际问题，分析机构能够运动的条件。
（2）要学会通过平面机构自由度的计算，用平面机构具有确定相对运动的条件判断机构设计得是否合理。
（3）从已有知识出发，善于分析和自主学习，扩大知识范围，掌握思维方法，提高思维能力。
二、教学内容的确定
根据教学目标制定相应教学内容，主要包括以下三方面。
一是平面机构自由度的计算；
二是平面机构中复合铰链、局部自由度、虚约束这三种特殊情况，及其处理办法；
三是平面机构运动确定性的判定。
三、教学学情的分析
对于高职院校一年级的学生而言，他们在理解方式上更偏重于实例的体会。他们喜欢从实际的案例中体会理论，学习知识，得到结论。本教学单元以机械创新设计小组学生自己设计的“摇摆显示屏架”机构为教学项目载体，引入教学内容 ，分析平面机构的自由度，而不是直接进行理论分析，更大程度地激发学生的学习积极性，调动学生的学习热情。
本单元从学生已有知识出发，以实际案例让学生观察机构的运动，引出新的知识――平面机构的机构自由度计算方法及其三种特殊情况的处理办法，使学生更容易接受和获取新知识。
从零件静止时的分析转变到平面连杆机构运动分析的教学内容，是一个由静到动的变化过程，要从运动的角度出发来启发学生对本节课内容的理解，同时要从具体的构件抽象出简图来研究运动特点。这是利用以往所学知识分析问题，也是改变学生学习思路的方式。在教学过程中，应恰当处理借助图形的直观含义和严密的数学推理之间的关系。既要引导学生从直观上发现问题的实质，也要注意对某些关键的结论进行缜密的逻辑推理。
四、教学重点与难点的解决办法
任何一个机构都是若干个构件由运动副连接起来的。为了按一定要求进行运动的传递和转换，当机构的原动件按给定的运动规律运动时，该机构其余构件的运动也都应是完全确定的。为了使所设计的构件能产生相对运动并具有运动确定性，有必要研究平面机构的自由度和机构具有确定运动的条件。
1.教学重点及解决办法
根据本课程的知识和技能结构、学生下一阶段学习的需要及授课时限，决定本次课的教学重点。
（1）平面机构自由度的计算，及其三种特殊情况（复合铰链、局部自由度、虚约束）的处理。本单元重点是让学生会判断平面机构中复合铰链、局部自由度、虚约束这三种特殊情况，并进行处理，目的是能够正确计算平面机构自由度，在进行机构的设计时解决工程实际问题。
（2）平面机构运动确定性的判定。平面机构中要求每个构件相对于机架的运动都是确定的，以使执行构件能够按要求执行相应的运动。本单元的重点是用平面机构具有确定相对运动的条件判断机构设计是否合理，目的是在进行机构设计时考虑机械结构的合理性。
教学重点解决对策：重点讲解；启发主动思考；让学生随堂练习；提供学生参与机会。
例如，机构的复合铰链部分，首先让学生判定抛光机机构的运动确定性，学生得出结论：原动件W=1，自由度F=3，机构运动不确定。而让学生观察抛光机机构的运动动画，发现机构的运动是确定的。问题出在哪里呢？引导学生主动思考，观察机构中构件连接比较特殊的地方，从而发现有3个构件在同一处用转动副连接，引出了对复合铰链的解释和处理办法的学习。最后用正确的方法计算机构的自由度F=W=1>0，得到正确的结论：机构具有确定的相对运动。这样利用真实案例、动画演示启发学生主动思考，分析和解决问题，使学生印象深刻，容易理解所学知识，并且能够及时用所学知识解决实际问题。
2.教学难点及解决办法
根据学生情况以及以往经验，本次课的教学难点是计算平面自由度时虚约束的判断及处理。
教学难点解决对策：根据学生的反映，把握讲解速度；结合多媒体课件和图片；利用提问和练习方式，随堂检验学生掌握程度。
例如，平面机构中的虚约束常出现在以下情况中：转动副连接两构件运动轨迹重合；两构件组成多个转动副、且各转动副轴线重合；两构件组成多个移动副、且各转动副导路平行或者重合；两构件组成多个平面高副、且各高副接触点处公法线重合；对机构运动不起作用的对称部分，如行星轮。每一种情况都配以图片分析讲解，形象直观，便于理解。
五、教学方法的设计
1．任务驱动法
本次课堂教学以“任务驱动”为主线，在讲解本次课程的重点内容平面机构自由度的计算及其三种特殊情况的处理时，将采用“任务驱动法”。实施过程为：设置任务――观察机械创新设计小组的学生设计的“摇摆显示屏架”的运动；布置任务――机构具备什么条件才能具有确定的相对运动，如何判定机构运动的确定性；在对任务进行分析分解、完成任务的过程中，讲解平面机构自由度的计算方法和三种特殊情况的处理，以及判定机构运动确定性条件的使用，将教、学、做一体化，按照“教师布置任务→学生自主分析完成任务→教师指导学生总结”的模式开展。学生不仅掌握了知识点，同时还利用知识点完成了实际的任务，增强了成就感，激发了求知欲望，培养了独立思考、勇于创新的精神，为机构的创新设计提供条件。
2.案例演示法
本单元课程以机械创新设计小组学生设计的“摇摆显示屏架”作为教学案例载体，通过观察机构的运动过程，分析平面机构的自由度及机构运动确定性的判定方法。
该教学方法不是单纯的传授教学知识，而是将知识点融入到实际应用中，使学生不仅掌握了知识，同时也具备了运用知识解决问题的能力。参考以往案例教学的经验，采用案例演示法教授知识，更容易让学生集中精力，有效提高其学习的积极性，加快知识和能力的获取速度。
3.T-P-S法（思考―讨论―分享）
在做综合练习这部分内容时，学生可以通过自己阅读资料思考和学习相关知识，两个人一起讨论完成习题，最后以两人组合给大家讲解分析思路及解题过程。学生能够在完成任务的过程中发现问题、分析问题并解决问题。这种方法可以使每个学生都参与学习，培养独立思考、语言表达等能力，综合解决问题的能力，提高学习的主动性。T-P-S法实施步骤为：独立工作（自己独立学习思考），交流（2个人或更多人讨论交流），成果展示（有多种方式，如展板、汇报等）。
4.分组讨论法
在学习机构运动确定性的判定这部分内容时，学生可以分成小组，按四种不同的情况讨论机构运动的确定性。学生前面已经学过了有关机构自由度计算的内容，可以采用学生自主讨论的方式完成学习。在学习的过程中，鼓励学生分组学习，通过讨论解决问题。这种方法可以提高学生学习的主动性。分组讨论法的实施流程为：教师布置讨论内容，进行临时小组讨论，现场展示讨论结果，学生总结，教师评价。
在课程教学中，教师精心进行教学设计，不断改进教学方法和手段，有助于提高学生的学习兴趣，更好地理解课程内容，为学习专业课程奠定坚实的基础。
参考文献：
[1]龚绍文.大学青年教师教学入门――大学施教学初步[M].北京:北京理工大学出版社,2006.
[2]方华灿.论高等学校的课堂教学[M].北京:石油工业出版社,2003.
