摘 要 機構運動設計是機械設計的基礎，而運動仿真技術為設計驗證和優(yōu)化提供了重要工具。文章首先概述了這兩項技能的核心內容和教學目標，強調了二者之間的聯系與側重點。隨后，提出了四種機構運動設計與運動仿真相結合的教學策略。這些策略旨在激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新精神，提升他們的實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)，為適應未來工業(yè)發(fā)展需求培養(yǎng)合適的人才。

關鍵詞 機構運動設計；運動仿真；課程結合

中圖分類號：G424 " """"""""""""""""""""""""" 文獻標識碼：A """ DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.28.035

Exploration of the Strategy of Combining Mechanism Motion

Design with Motion Simulation

Abstract Mechanism motion design is the foundation of mechanical design， while motion simulation technology provides an important tool for design verification and optimization. This article first outlines the core content and teaching objectives of these two courses， emphasizing the connection and focus between them. Subsequently， four combination strategies are proposed. These strategies aim to stimulate students' interest and innovation， enhance their practical abilities and professional literacy， and cultivate suitable talents for future industrial development needs.

Keywords mechanism motion design; motion simulation; course combination

1" 機構運動設計與運動仿真概述

在現代機械工程領域，機構運動設計與運動仿真作為兩大關鍵技術，日益顯現出它們的重要性和應用價值。機構運動設計與運動仿真不再是孤立的技能，而是緊密相連、互為補充的兩大核心能力。機構運動設計構成了機械設計的基本框架，關乎系統(tǒng)的整體性能與運作效率，而運動仿真則在這一框架內提供了驗證設計、預見潛在問題及優(yōu)化性能的關鍵技術支持，使得設計師能夠在虛擬環(huán)境中模擬和測試機械系統(tǒng)的實際運動情況。隨著科技的不斷發(fā)展，行業(yè)對能夠橫跨設計與仿真兩大領域的復合型人才的需求日益凸顯。

1.1" 機構運動設計能力的深入解析

機構運動設計能力是機械設計領域的核心技能，它要求設計者不僅要對機構的運動原理有深刻的理解，還需要具備將這種理解轉化為實際機構設計的能力。這一能力的形成，建立在對連桿機構、齒輪機構等傳統(tǒng)機構部件的深入研究之上，同時，也需要設計者具備前瞻性的視野，不斷探索和實踐新型機構的設計理念。在設計機構運動的過程中，學生需要運用所學的機構學知識，結合實際需求進行創(chuàng)新性的設計。例如，在連桿機構的設計中，學生需要考慮到連桿的長度、連接方式以及運動軌跡等多個因素，以確保機構的穩(wěn)定性和運動性能的優(yōu)越性。這種設計過程不僅是對學生理論知識的檢驗，還是對其創(chuàng)新思維和實踐能力的挑戰(zhàn)[1]。

通過不斷的實踐和挑戰(zhàn)，學生的機構運動設計能力將得到逐步提升。他們將能夠設計出既滿足功能需求，又具備優(yōu)良運動性能的機構，為后續(xù)的運動仿真驗證和實際應用奠定堅實的基礎。

1.2" 運動仿真能力的詳細探討

隨著科技的發(fā)展，運動仿真技術已經成為機械設計過程中不可或缺的一環(huán)。運動仿真能力就是要求設計者能夠利用先進的仿真軟件，對設計出的機構進行精準的運動性能分析和優(yōu)化。

學生需要熟練掌握各種仿真工具的操作技巧，能夠準確地將設計理念轉化為虛擬模型。通過設定合理的仿真參數和邊界條件，學生可以模擬出機構在真實環(huán)境中的運動狀態(tài)，從而預測其性能表現。這種預測不僅可以幫助學生及時發(fā)現設計中的問題，還可以為后續(xù)的優(yōu)化提供有力的數據支持。同時，學生還需要學會如何根據仿真結果對設計進行必要的調整。通過對比不同設計方案的仿真結果，學生可以找出影響機構性能的關鍵因素，并據此對設計進行優(yōu)化，以達到最佳的運動性能[2]。

1.3" 兩種能力的融合與應用前景

在現代機械設計領域，機構運動設計與運動仿真兩種能力的融合已經成為一種趨勢。這種融合不僅提高了設計的精準度和效率，還為設計者提供了更多的創(chuàng)新空間。

在實際操作過程中，設計與仿真往往相互交織、互為補充。設計階段的創(chuàng)新構思需要通過仿真來驗證其可行性和性能表現，而仿真的結果又可以反過來指導設計的進一步優(yōu)化。這種循環(huán)往復的過程，使得設計者在不斷試錯和改進中，逐步接近最理想的設計方案。此外，隨著智能制造和數字化技術的不斷發(fā)展，機構運動設計與運動仿真的融合將在未來發(fā)揮更加重要的作用。設計者將能夠借助更先進的仿真工具和算法，對機構進行更精準的分析和優(yōu)化。同時，這種融合也將推動機械設計領域向著更高效、更智能的方向發(fā)展。

2" 機構運動設計與運動仿真結合的策略

2.1" 交叉融合與聯合實踐

在工程技術領域，機構運動設計與運動仿真作為兩種核心技能，對于培養(yǎng)學生的綜合素質和創(chuàng)新能力具有重要意義。為了更有效地結合這兩種技能，本文提出交叉融合與聯合實踐的策略，旨在打破傳統(tǒng)教學中兩者的界限，實現知識與技能的深度融合。

2.1.1" 交叉融合授課

交叉融合授課不是在課堂上簡單提及兩個領域的知識，而是要實現深度的內容整合。這要求教師對機構運動設計和運動仿真有深入的理解，并能夠找到兩者之間的內在聯系。在授課過程中，教師可以通過案例分析的方式，引導學生理解機構設計的原理是如何通過仿真技術得到驗證和優(yōu)化的。例如，在講解連桿機構的設計時，教師可以同步展示如何通過運動仿真軟件分析連桿的運動軌跡、速度和加速度，從而直觀地評估設計的合理性。

交叉融合授課還應注重培養(yǎng)學生的問題解決能力。教師可以設定復雜的機構設計問題，讓學生嘗試通過運動仿真來找出設計中的缺陷，并提出改進方案。這種教學方式不僅能夠加深學生對理論知識的理解，還能夠培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和實踐能力。

2.1.2" 聯合實踐操作

聯合實踐操作是交叉融合策略的重要組成部分，它要求學生將理論知識應用于實際項目中。為了確保實踐的有效性，教師需要精心規(guī)劃實踐項目，確保項目既具有挑戰(zhàn)性又能夠體現機構運動設計與運動仿真的結合點。

例如，教師可以設計一個“智能抓取機械臂”的實踐項目。在這個項目中，學生需要首先進行機械臂的機構設計，考慮如何實現抓取、移動和放置物體的功能。隨后，學生需要利用運動仿真軟件對機械臂進行性能分析，包括對運動范圍、精度和穩(wěn)定性等方面的評估[3]。通過這樣的實踐項目，學生不僅能夠綜合運用機構運動設計和運動仿真的技能，還能夠在實際操作中發(fā)現問題、分析問題并解決問題。

除了具體的實踐項目外，聯合實踐操作還應包括反思和總結的環(huán)節(jié)。在項目完成后，教師應組織學生進行項目展示和討論，讓他們分享在設計、仿真和實際操作過程中的經驗和教訓。這種反思和總結的過程有助于學生形成系統(tǒng)的知識和技能體系，并為他們未來的學習和工作打下堅實的基礎。

2.2" 以實際問題為導向的案例教學

案例教學作為一種有效的教學方法，已被廣泛應用于多個學科領域。在機構運動設計與運動仿真技能的培養(yǎng)中，采用以實際問題為導向的案例教學，可以更加貼近工程實際，提高學生的實踐能力和問題解決能力。

2.2.1" 精選案例

在案例的選擇上，教師需要深入工程實踐，挖掘那些既具有教學價值又能夠體現機構運動設計與運動仿真核心技能的案例。例如，機器人操作臂設計案例不僅涉及復雜的機構運動設計，還需要通過運動仿真來確保其運動的精確性和穩(wěn)定性。這樣的案例能夠幫助學生建立起理論與實踐之間的橋梁，更好地理解并掌握這兩種技能。此外，精選的案例應具有一定的難度梯度，以適應不同水平和需求的學生。初級案例可以幫助學生鞏固基礎知識，而高級案例則能夠挑戰(zhàn)學生的創(chuàng)新思維和問題解決能力，激發(fā)他們的探索欲望。

2.2.2" 問題導向學習

問題導向學習強調以問題為驅動，引導學生主動探索和學習。在案例教學中，教師可以通過設定一系列引導性問題，幫助學生逐步深入案例的核心。例如，在機器人操作臂設計案例中，可以提出“如何確定操作臂的自由度？”“如何選擇合適的驅動方式？”等問題，引導學生綜合運用機構運動設計與運動仿真的知識進行分析和解答[4]。這種學習方式不僅能夠鍛煉學生的自主學習能力，還能夠培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作和溝通能力。在小組討論和匯報的過程中，學生可以相互學習、取長補短，共同進步。

2.2.3" 仿真驗證與優(yōu)化

仿真驗證與優(yōu)化是案例教學中不可或缺的一環(huán)。在完成機構設計后，學生應利用運動仿真軟件對設計進行詳細的性能分析。通過調整設計參數、優(yōu)化機構配置，學生可以直觀地看到設計改進對機構性能的影響，從而更加深入地理解機構運動設計與運動仿真的內在聯系。為了提高學生的仿真技能，教師可以提供必要的仿真軟件培訓，并指導學生如何根據仿真結果進行有效的設計優(yōu)化。此外，教師還可以鼓勵學生嘗試不同的設計方案，通過對比仿真結果，找出最優(yōu)的設計方案。

2.3" 開展跨學科的創(chuàng)新實踐挑戰(zhàn)

為了更有效地融合機構運動設計與運動仿真兩種技能，教師可以組織以這兩者為主題的跨學科創(chuàng)新實踐挑戰(zhàn)。這類挑戰(zhàn)旨在通過解決實際問題和創(chuàng)新實踐來檢驗和提升學生的綜合能力。

首先，挑戰(zhàn)的主題應緊密圍繞機構運動設計與運動仿真的核心技能點。例如，設定主題為“智能機械裝置的設計與性能仿真”，要求學生或學生團隊設計和仿真一款能夠自動完成特定任務的機械裝置。這樣的挑戰(zhàn)既能檢驗學生對機構運動設計原理的掌握情況，又能考查他們運用仿真技術分析優(yōu)化的實踐能力。其次，鼓勵學生自由組隊參與，每隊應包括對不同技能有興趣和專長的學生，以促進技能的交流與融合。教師可以提供必要的指導和建議，確保團隊的協(xié)作和技能的互補。

在挑戰(zhàn)過程中，學生或學生團隊需要綜合運用機構運動設計與運動仿真兩種技能，解決實際問題或實現創(chuàng)新設計。例如，在“智能機械裝置的設計與性能仿真”主題下，學生需要全面考慮裝置的運動性能、穩(wěn)定性等因素，設計出合理的機構方案，并運用仿真軟件進行性能驗證和優(yōu)化。這一過程不僅要求學生綜合運用兩種技能，還需要他們發(fā)揮創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作能力[5]。最后，挑戰(zhàn)的評審應全面考慮設計的創(chuàng)新性、實用性，以及學生的團隊協(xié)作和問題解決能力等方面?？梢匝埾嚓P領域的專家和從業(yè)者作為評委，對學生的作品進行綜合評價。

2.4" 建立與行業(yè)緊密聯系的實踐平臺

實踐平臺是培養(yǎng)學生實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，特別是在需要高度實踐性的機構運動設計與運動仿真技能培養(yǎng)中。為了增強學生的實踐能力和對行業(yè)的了解，學校與相關行業(yè)建立穩(wěn)定的合作關系，并設立實踐平臺，是一種非常有效的培養(yǎng)模式。

首先，選擇合作的企業(yè)或機構應是在機構設計與運動仿真領域內有豐富實踐經驗和專業(yè)技術的。例如，學?？梢赃x擇與工業(yè)機器人、自動化設備制造或相關技術研發(fā)的企業(yè)進行合作，確保學生能夠接觸到行業(yè)內最新的技術應用，提升其實踐經驗。例如，在合作企業(yè)的實踐平臺上，學生可以親身參與機械裝置的設計、仿真驗證、實際調試等全過程。這樣的實踐經驗將極大地提升學生的實際操作能力和對行業(yè)的了解。同時，實踐平臺還為學生提供與行業(yè)專家直接交流的機會。企業(yè)可以安排定期的技術交流、項目研討等活動，由經驗豐富的工程師或技術人員分享他們的實踐經驗和行業(yè)最新動態(tài)。學生可以通過這些活動，深入了解機構設計與運動仿真在實際工作中的應用，以及如何解決實際問題。

3" 結語

本文通過對機構運動設計與運動仿真結合策略的深入探討，為現代機械工程教育提供了一種創(chuàng)新的教學模式，同時也符合基于OBE理念進行教學構思的改革思路，以學生為中心，讓學生深度參與課程教學，促進學生主動學習。這種綜合性的教學方法不僅有助于學生全面掌握機構設計與運動仿真的核心知識和技能，還能夠激發(fā)他們的創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作能力。通過與行業(yè)的緊密聯系，學生將更加了解機構設計與運動仿真在實際工程中的應用，從而增強其職業(yè)素養(yǎng)和實踐能力。展望未來，這種結合策略有望在機械工程教育領域發(fā)揮更大的作用，為培養(yǎng)出更多適應未來工業(yè)發(fā)展需求的高素質人才作出積極貢獻。

參考文獻

[1] 馬超，曾紅，王宏祥.機械設計基礎課程實踐環(huán)節(jié)的教學改革[J].遼寧工業(yè)大學學報（社會科學版），2019，21（2）：104-106.

[2] 曹素紅.“機械設計基礎”課程的線上教學設計探索與實踐研究[J].工業(yè)和信息化教育，2021（11）：32-36，65.

[3] 劉凱琳.虛擬仿真技術在中職《機械基礎》課程教學中的應用研究[D].貴陽：貴州師范大學，2023.

[4] 劉瑞歌，鄭琪.機械原理虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)的設計與實現[J].濱州學院學報，2024，40（2）：69-73.

[5] 何玉林，楊連發(fā).機構運動創(chuàng)新設計實驗教學的問題和對策分析[J].教育現代化，2019，6（85）：81-82.