趙海軍

（洛陽理工學(xué)院 河南 洛陽 471023）

《公差》又稱《公差與檢測》、《幾何精度規(guī)范學(xué)》、《公差與技術(shù)測量》、《幾何精度設(shè)計(jì)及檢測基礎(chǔ)》等，是高等工科院校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生必修的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程內(nèi)容主要由公差理論、常用典型零件公差、公差檢測技術(shù)等組成，公差理論主要有尺寸公差與配合、粗糙度、形狀和位置公差、尺寸公差和形位公差關(guān)系、尺寸公差鏈原則等內(nèi)容；常用典型零件公差主要指典型結(jié)合如滾動軸承、圓錐、鍵、螺紋等結(jié)合的公差、典型傳動如圓柱齒輪傳動和螺旋傳動公差，公差檢測技術(shù)主要有表面粗糙度、長度尺寸、角度、錐度、形位誤差、螺紋、圓柱齒輪等方面的檢測。該門課程的主要任務(wù)是使學(xué)生獲得有關(guān)幾何公差與測量技術(shù)方面的基本理論、基本知識和基本技能。這門課具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和工程技術(shù)性，涉及的知識面廣，與其他課程如工程制圖、機(jī)械零件設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝等聯(lián)系緊密。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，筆者嘗試把傳統(tǒng)的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)與多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)工具如MATLAB軟件工具等輔助教學(xué)結(jié)合起來使用。

根據(jù)公差課內(nèi)容的特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)板書教學(xué)、多媒體教學(xué)和計(jì)算機(jī)軟件MATLAB工具等多種教學(xué)方法進(jìn)行授課，既可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣，又可以使學(xué)生掌握公差方面的知識，讓學(xué)生真正體會到如何運(yùn)用計(jì)算機(jī)、多媒體等現(xiàn)代工具解決實(shí)際問題。

傳統(tǒng)教學(xué)和多媒體教學(xué)的特點(diǎn)

傳統(tǒng)教學(xué)有其自身優(yōu)勢，能夠根據(jù)學(xué)生掌握知識的情況，隨時(shí)可對教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整，可以隨時(shí)把學(xué)生的新觀點(diǎn)、新思路寫在黑板上，可以及時(shí)調(diào)整板書的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)的思路，傳統(tǒng)的板書可以有效控制教學(xué)的節(jié)奏，傳統(tǒng)的板書也能夠有效控制和引導(dǎo)學(xué)生的思路。但所有這些應(yīng)該根據(jù)講授內(nèi)容適當(dāng)選定，對于公差理論中的尺寸公差和形位公差關(guān)系、尺寸公差鏈原則、光滑軸孔配合等內(nèi)容采用傳統(tǒng)教學(xué)方式比較合適。因?yàn)檫@些是課程的重點(diǎn)，要學(xué)生理解這些內(nèi)容需要一個(gè)過程，需要以多方面的例題使學(xué)生鞏固和加深理解。對于學(xué)生掌握比較扎實(shí)的內(nèi)容，可以舉少量的例子，而對于有些容易出錯、學(xué)生掌握不夠好的內(nèi)容，可以通過改變數(shù)據(jù)和題型，不厭其煩地圍繞主題內(nèi)容進(jìn)行多次舉例，甚至可以讓學(xué)生在課堂上練習(xí)，或到黑板上親自試做，然后，組織學(xué)生進(jìn)行課堂討論，讓一些常見錯誤消除在課堂上。

采用多媒體技術(shù)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，可以使教師講授的內(nèi)容讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來更直觀、更形象、更具有交互性。對于促進(jìn)教學(xué)改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣具有重要意義。同時(shí)，它具有信息量大，形式多樣等特點(diǎn)，容易引起學(xué)生的注意，調(diào)動學(xué)生的積極性，多媒體課件可以把教學(xué)中較為抽象的動態(tài)過程通過動畫生動形象地表現(xiàn)出來，使學(xué)生樂于接受，極大地提高教學(xué)效率。多媒體課件還可以把圖像、動畫、聲音等結(jié)合在一起，調(diào)動學(xué)生的各種感官來學(xué)習(xí)，有助于他們加深對所學(xué)知識的理解，不至于厭學(xué)，提高學(xué)習(xí)效率。但是，多媒體教學(xué)也是要根據(jù)內(nèi)容而適當(dāng)采用的。對形狀和位置公差種類及其公差帶的定義、標(biāo)注和解釋，形位公差的標(biāo)注舉例和改錯，典型結(jié)合如滾動軸承、圓錐、鍵、螺紋等結(jié)合的公差和典型傳動如圓柱齒輪傳動和螺旋傳動公差的標(biāo)注舉例、公差檢測儀器、方法的演示，這些內(nèi)容按教學(xué)大綱要求是需要學(xué)生了解的，甚至由于沒有這方面的教學(xué)儀器設(shè)備實(shí)物而無法深入開展教學(xué)，采用多媒體教學(xué)比較恰當(dāng)，既節(jié)省時(shí)間，又開闊知識面，提高興趣，加深印象，在寓教于樂中，使學(xué)生掌握本課程需要了解的知識內(nèi)容。

總之，傳統(tǒng)教學(xué)和多媒體教學(xué)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在教學(xué)過程中，不同的內(nèi)容所用到的講授方式也不盡相同，不能生搬硬套。教師要深刻理解教材內(nèi)容，勤于思索，靈活運(yùn)用各種教學(xué)手段，時(shí)刻認(rèn)識到在教學(xué)中起主導(dǎo)作用的是教師本身，一切圍繞內(nèi)容，根據(jù)課堂情況，因勢利導(dǎo)，把傳統(tǒng)的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)和多媒體技術(shù)結(jié)合使用，最大限度地發(fā)揮出各自的優(yōu)勢。

MATLAB在教學(xué)中的運(yùn)用

目前，新概念、新模式、新方法層出不窮，計(jì)算機(jī)技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用正向縱深發(fā)展，這就要求在教學(xué)過程中不斷加強(qiáng)對學(xué)生計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。這些能力不能僅靠開設(shè)的幾門計(jì)算機(jī)課程來培養(yǎng)，而是要與其他課程結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生把計(jì)算機(jī)應(yīng)用于課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐中的方法，在應(yīng)用、實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)工具分析問題、解決問題的能力。

在眾多的數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件中，MATLAB以其功能強(qiáng)大、使用方便等特點(diǎn)在工程計(jì)算方面得到了廣泛的應(yīng)用，它的含義就是數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的意思，是以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語言，是適合多個(gè)學(xué)科、多種工作平臺的功能強(qiáng)大的大型軟件。它是一套數(shù)值計(jì)算軟件，分為總包和若干個(gè)工具箱，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)值分析、優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)、偏微分方程數(shù)值解、自動控制、信號處理、圖像處理等若干個(gè)領(lǐng)域的計(jì)算和圖形顯示功能，是理工科學(xué)生應(yīng)掌握的現(xiàn)代計(jì)算工具。

在教學(xué)過程中，為了提高學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)工具解決實(shí)際問題的能力，對于公差原則內(nèi)容就可以通過MATLAB軟件來解決。MATLAB已將各種數(shù)學(xué)公式和具體解法變成了現(xiàn)成的函數(shù)，使用者只要熟悉算法的特點(diǎn)、使用場合、函數(shù)的調(diào)用格式和參數(shù)意義等，通過調(diào)用函數(shù)就可以很快地解決實(shí)際問題。這些函數(shù)類似Excel軟件中的平均、求和、排序等函數(shù)，而不必花大量的時(shí)間糾纏于具體的算法，簡單易學(xué)，具有一般語言基礎(chǔ)的用戶很快就可以掌握可視化編程。尺寸公差和形位公差關(guān)系也稱公差原則，可利用MATLAB的可視化對話GUIDE功能對公差原則進(jìn)行可視化編程。如圖1所示，只要輸入軸或孔、上偏差、下偏差、形位公差特征、形位公差值、遵循的公差原則，就可在輸出中畫出尺寸公差和形位公差關(guān)系的動態(tài)公差帶圖，如軸，分別在輸入中填：軸、0、-0.03、直線度、0、包容要求；孔、+0.03、-0.01、直線度、0、包容要求，如圖2和圖3所示。程序運(yùn)行后，就可分別輸出動態(tài)公差帶圖，如圖4和5所示。這樣，借助于Matlab簡單的編程和可視化功能，就可以使學(xué)生深入掌握公差原則。同時(shí)，由于教學(xué)中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)，激起了學(xué)生很大學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了他們使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的能力。盡管他們在自己做的過程中，出現(xiàn)過這樣那樣的問題，但經(jīng)過學(xué)生自己的努力和教師的指點(diǎn)，教學(xué)效果明顯改善，他們對這些內(nèi)容的掌握也非常牢固。

圖1 可視化界面圖

圖2 軸的可視化界面圖

圖3 孔的可視化界面圖

圖4 軸的動態(tài)公差圖

圖5 孔的動態(tài)公差帶圖

在教學(xué)過程中，起主導(dǎo)作用的是教師本身，圍繞講授公差課的講授內(nèi)容，把傳統(tǒng)的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)、多媒體教學(xué)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)工具M(jìn)ATLAB輔助教學(xué)工具與公差內(nèi)容的不同要求有機(jī)地結(jié)合起來，可提高學(xué)生的興趣，既使學(xué)生掌握公差課程的知識點(diǎn)，又讓學(xué)生真正理解如何利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)工具解決實(shí)際問題，教學(xué)效果明顯提高。

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[3]許藝萍，賀藝.啟發(fā)式教學(xué)在《公差與檢測》教學(xué)中的應(yīng)用[J].南昌教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（25）.

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