徐旭松

摘 要：針對“機械精度設(shè)計與檢測”課程理論教學(xué)效果差、工程訓(xùn)練和實踐教學(xué)內(nèi)容不突出、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高、教學(xué)上缺乏與工程實際銜接等問題，對課程進(jìn)行深入分析和再認(rèn)識。重新編排了教學(xué)內(nèi)容、更新教學(xué)方法和手段，將項目式教學(xué)法、案例教學(xué)法和啟發(fā)教學(xué)法引入課堂，并結(jié)合大作業(yè)、綜合實驗實訓(xùn)及故事案例等教學(xué)內(nèi)容和手段，強化課程教學(xué)中的工程實例和動手實驗?zāi)芰τ?xùn)練，從而提高了學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和教學(xué)效果。課程教學(xué)改革充分考慮了應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)特點，以“學(xué)以致用”為準(zhǔn)則，可有效提高學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力、增強工程實踐與創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：機械精度設(shè)計與檢測；教學(xué)改革；工程實踐；應(yīng)用型高校

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-7394（2017）06-0094-06

“機械精度設(shè)計與檢測”課程是機械類專業(yè)學(xué)生必修的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，在機械工程學(xué)科知識結(jié)構(gòu)中占有重要的地位。本課程的知識內(nèi)容貫穿于機械產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)、使用、維修整個生命周期，是學(xué)生學(xué)習(xí)后繼專業(yè)課程的基礎(chǔ)，是聯(lián)系設(shè)計類課程和工藝類課程的紐帶，更是學(xué)生畢業(yè)后從事專業(yè)技術(shù)工作的基礎(chǔ)。培養(yǎng)高層次應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才是目前我校人才培養(yǎng)的主要模式，圍繞這一目標(biāo)，有必要對 “機械精度設(shè)計與檢測”課程進(jìn)行再認(rèn)識和教學(xué)改革，貫徹新的教育理念，加強學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，重新組織、編排教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)，更新教學(xué)手段，以提高學(xué)生對本門課程知識的綜合運用能力、實踐動手能力以及學(xué)習(xí)熱情和興趣。

1 “機械精度設(shè)計與檢測”課程再認(rèn)識

從教材名稱認(rèn)識本門課程：據(jù)筆者在圖書館和互聯(lián)網(wǎng)上調(diào)查，目前在全國范圍內(nèi)正式出版的《機械精度設(shè)計與檢測》各種版本的教材有一百多種。文革前教材名為《公差與配合》，文革后教材改名《互換性與技術(shù)測量》，現(xiàn)在又有《機械精度設(shè)計與檢測》《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》《幾何量公差與檢測》《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范與認(rèn)證》等名稱。[1]顯然，國內(nèi)對課程名稱沒有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，因此，教材起名也是多種多樣，在教學(xué)過程中應(yīng)向?qū)W生交待清楚。

從教學(xué)內(nèi)容上認(rèn)識本課程：教學(xué)內(nèi)容主要分為互換性與標(biāo)準(zhǔn)化、測量技術(shù)基礎(chǔ)、尺寸精度設(shè)計、幾何精度差設(shè)計、表面粗糙度輪廓設(shè)計、典型零部件精度設(shè)計等幾個部分。[2]其中，絕大部分內(nèi)容摘自產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范與認(rèn)證（GPS）國家標(biāo)準(zhǔn)。表1給出了教學(xué)內(nèi)容與國標(biāo)對照。

從教學(xué)和學(xué)習(xí)特點認(rèn)識本門課程：本門課程作為機械類專業(yè)主干課程，一般安排在“機械制圖”課程之后、“機械設(shè)計”課程之前（或與它同一學(xué)期）學(xué)習(xí)，主要特點是基本概念、術(shù)語定義、符號公式和規(guī)定規(guī)范多，既需要講授互換性、標(biāo)準(zhǔn)化、公差、檢測計量等基本概念，又需要講授機械精度設(shè)計方法和誤差評定方法。同時，又要求公差設(shè)計與檢測符合國標(biāo)規(guī)定，因而原則性很強；而實際運用時，設(shè)計人員的靈活性又很大，經(jīng)驗因素起著重要作用。[3-4]課程內(nèi)容與相關(guān)前期課程和后續(xù)課程都有較大的聯(lián)系，與生產(chǎn)實際的聯(lián)系也非常緊密。

從學(xué)以致用的角度認(rèn)識本門課程：幾乎所有的機械制造行業(yè)（包括汽車、通用機械、機器人、醫(yī)療設(shè)備和模具等）有關(guān)公差（精度）設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)檢都是設(shè)計部門、采購部門和質(zhì)量部門最為關(guān)注的問題。精度設(shè)計不恰當(dāng)，或沒有適當(dāng)?shù)膰鴺?biāo)/企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)予以規(guī)范化處理，輕則導(dǎo)致部分產(chǎn)品的廢品率上升，重則可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的下降、甚至整套設(shè)備、成批產(chǎn)品的報廢。在歐美國家，本門課程對應(yīng)的概念是：“產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范與認(rèn)證”、“GD&T”、“尺寸工程”等，相關(guān)內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)一直以來都極受重視，正確理解和掌握本門課程內(nèi)容，并運用相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計機械產(chǎn)品及檢具，可顯著提升產(chǎn)品的合格率、極大地降低企業(yè)制造成本。

2 目前本課程教學(xué)狀況和存在問題

目前，我校機械工程專業(yè) “機械精度設(shè)計與檢測”課程學(xué)時為40學(xué)時，其中理論教學(xué)32學(xué)時，實驗8學(xué)時，各部分教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時安排見表2。

通過近幾年的教學(xué)實踐和總結(jié)，比照工程教育認(rèn)證要求，發(fā)現(xiàn)存在一些問題。

（1）本課程教學(xué)重點為基本理論知識，包括尺寸公差、幾何公差、粗糙度等內(nèi)容，對于工程實例的精度設(shè)計往往講的很少，這導(dǎo)致學(xué)生在后期的機械設(shè)計課程設(shè)計、夾具課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中零件精度設(shè)計時的知識運用能力明顯較弱，甚至無法將所學(xué)知識進(jìn)行運用。筆者近幾年每年指導(dǎo)本科生畢業(yè)設(shè)計10名左右，一般均要求學(xué)生使用三維CAD進(jìn)行機械運動、結(jié)構(gòu)和精度設(shè)計，對于這些將要跨出校門的大學(xué)生在利用三維CAD完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計后，往往對幾何尺寸與公差（即機械精度設(shè)計）設(shè)計茫然，甚至有學(xué)生認(rèn)為三維CAD創(chuàng)建了產(chǎn)品完整模型，隨即可將CAD模型數(shù)據(jù)直接傳遞給制造工藝階段，而忽略了幾何變動（即精度、公差）的設(shè)計和定義。

（2）本課程教學(xué)目的是學(xué)習(xí)和熟悉國家標(biāo)準(zhǔn)，并在將來工作中貫徹執(zhí)行。教學(xué)中，一方面應(yīng)該讓學(xué)生“熟悉和理解國家標(biāo)準(zhǔn)”，另一方面應(yīng)該教會他們“知道該如何去貫徹執(zhí)行”，如何用到將來的工作中去。但從學(xué)生后續(xù)課程學(xué)習(xí)和工作后反饋情況看，普遍存在：不會參照設(shè)計手冊標(biāo)注公差技術(shù)要求、不能準(zhǔn)確理解公差的含義、大多數(shù)學(xué)生工作后需重新學(xué)習(xí)尺寸與公差知識、不能將所學(xué)知識運用于工程實際。

（3）本課程實驗設(shè)置孔/軸直徑測量、幾何誤差、表面粗糙度檢測以及螺紋齒輪測量等實驗環(huán)節(jié)。由于學(xué)生課前沒有預(yù)習(xí)習(xí)慣，而實驗學(xué)時有限，學(xué)生對實驗器材的結(jié)構(gòu)原理、操作方法、數(shù)據(jù)處理等都不夠熟悉，實驗內(nèi)容“走馬觀花”，看實驗老師演示完后，學(xué)生對實驗儀器、操作方法、理論與實驗的聯(lián)系糊里糊涂。而作為應(yīng)用型高校，學(xué)生實踐動手能力是重點培養(yǎng)的內(nèi)容之一，但教師習(xí)慣于把實驗教學(xué)放在理論教學(xué)的從屬地位。另一方面，本課程實驗大多屬于驗證性實驗，學(xué)生處于被動地位，學(xué)生的參與的主動性不高。

（4）實驗設(shè)備老舊落后，很難適應(yīng)現(xiàn)代化教學(xué)要求，更無法滿足實際的工程應(yīng)用。單個實驗項目所涉及的知識點比較單一，實驗內(nèi)容只限于幾個相對孤立的知識點，缺乏綜合性的實訓(xùn)環(huán)節(jié)，限制了學(xué)生動手實踐和獨立思考能力的培養(yǎng)。

（5）學(xué)生專業(yè)知識薄弱，尤其是前期課程機械專業(yè)術(shù)語接觸相對較少情況下，對教材中提到的很多概念、術(shù)語似懂非懂、理解不夠深刻。在填鴨式教學(xué)模式下，學(xué)生學(xué)習(xí)起來感覺有些吃力，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，且自主學(xué)習(xí)能力較差。

（6）課程考核方式有待改進(jìn)，考試內(nèi)容多偏重理論知識，缺少工程應(yīng)用知識考核?？偝煽兎?jǐn)?shù)占比為：平時10%、期末考試70%、實驗20%，學(xué)生為了考核通過，通常是死記硬背，忽略了對知識的應(yīng)用，不利于應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)。

從以上幾點看，課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和方法、實驗設(shè)備等方面有必要進(jìn)行改革和提升，以適應(yīng)工程教育認(rèn)證和人才培養(yǎng)的要求。尤其是要加強與工程實際銜接，加強實驗動手能力。

3 課程教學(xué)改革實踐

從教學(xué)大綱、教材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和課程考核等多方面入手，經(jīng)過課程組多次研討協(xié)商，探索出了一套適合我校學(xué)生和課程特點的教學(xué)模式。

（1）精心選擇教材：經(jīng)課程組討論研究，選擇哈工大劉品教授主編的《機械精度設(shè)計與檢測》第九版，該書為經(jīng)典暢銷教材，品質(zhì)高、特色鮮明，編寫體系有創(chuàng)造性，內(nèi)容與最新國家標(biāo)準(zhǔn)一致，教材后半部分有詳細(xì)的典型零部件的精度設(shè)計實例和分析，并配有與教材配套的課件。

（2）教學(xué)內(nèi)容以培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才為導(dǎo)向，提高學(xué)生對知識的實際運用能力：充分考慮學(xué)生的實際情況和工作需求對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精選，將教學(xué)內(nèi)容劃分為3個模塊：模塊1：精度設(shè)計基礎(chǔ)理論，包括互換性與標(biāo)準(zhǔn)化、測量及數(shù)據(jù)處理基本知識、尺寸精度及檢測、幾何精度與檢測、表面粗糙度及檢測。模塊2：典型零部件精度設(shè)計與檢測，包括齒輪、螺紋等零件的精度設(shè)計案例和檢測。模塊3：實驗與綜合實訓(xùn)，該環(huán)節(jié)除了開設(shè)的實驗項目外，要求學(xué)生綜合運用所學(xué)制圖、公差與測量的知識對給定箱體、連桿等進(jìn)行測量、測繪、繪制零件圖，并進(jìn)行精度設(shè)計、尺寸與公差標(biāo)注。在學(xué)時分配上，模塊1：26學(xué)時，模塊2：6學(xué)時，模塊3：8 學(xué)時。

（3）實物零件進(jìn)課堂，購置一些零件模型（木質(zhì)、金屬），包括：齒輪、螺紋、軸承、箱體、減速器和齒輪油泵等，將零件帶至課堂，在講課過程中以實物為例進(jìn)行舉例分析，理論聯(lián)系實際，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)生對知識的理解程度。

（4）調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，發(fā)揮其主體作用：針對不同的教學(xué)模塊采取不同教學(xué)方法，包括啟發(fā)式教學(xué)，項目式驅(qū)動式教學(xué)，在課堂上積極提問討論，課后預(yù)留問題。例如，講授極限與配合公差的選用，幾何公差項目選取等內(nèi)容采取項目式、分組討論。將學(xué)生進(jìn)行分組，每個小組分配1模型，要求學(xué)生先畫出零件的結(jié)構(gòu)、分析工作原理，后討論為完成特定功能如何選取公差和技術(shù)要求，并進(jìn)行對比討論析，最后教師進(jìn)行點評分析。

（5）注重綜合運用知識能力培養(yǎng)：增加機械精度設(shè)計大作業(yè)，要求學(xué)生對某零部件的工作原理、使用要求和功能進(jìn)行分析，對零部件的關(guān)鍵特征進(jìn)行公差和表面輪廓精度設(shè)計，并在圖紙上標(biāo)注出GD&T。大作業(yè)任務(wù)將制圖、機械設(shè)計、公差、工藝等知識有效融合，讓學(xué)生深刻體會到本學(xué)科各門課程之間相互關(guān)聯(lián)性，“既見樹木又見森林”。通過大作業(yè)，學(xué)生對知識點的運用能力有明顯提高。

（6）加強實驗教學(xué)：為培養(yǎng)學(xué)生的精度意識、操作儀器設(shè)備的動手能力和獨立檢測/判斷能力，建立現(xiàn)代機械質(zhì)量觀和創(chuàng)新意識，已申請對公差與檢測實驗室進(jìn)行升級，購置多臺套設(shè)備和關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量儀。重新安排實驗項目和設(shè)計新的綜合性測量項目（見表3，陰影為擬新增實驗）。在實驗教學(xué)中引入和傳播現(xiàn)代檢測和計量的知識，使學(xué)生了解坐標(biāo)測量的設(shè)備使用和軟件檢測評定。

（7）采用工程故事和案例講課：下面一段是筆者上課的用的工程故事，既引起了學(xué)生興趣，又起到很好教學(xué)效果。講課案例：“上世紀(jì)60年代的有這么一個關(guān)于機械制造業(yè)故事：說的是我國開始制造機械手表時，“上海牌”手表剛剛進(jìn)入了市場。因為這在當(dāng)時算是高檔奢侈消費品，市場供不應(yīng)求，不但要憑票，還要用工業(yè)卷才能買到，自然不愁銷。當(dāng)時組裝出來的手表每日走時誤差達(dá)一分鐘左右，技術(shù)人員以為是零件制造精度問題，而手表的零件極精密、小巧而復(fù)雜，要具體說哪個零件不合格是很難的事，更何況每個零件的檢驗都是合格的。據(jù)說當(dāng)時的手表王國瑞士的一個考察團到手表廠參觀時，一名技術(shù)人員挑選了一些關(guān)鍵零件，組裝了一塊手表，經(jīng)過測試，每日誤差只幾秒鐘。事實表明，不是零件制造的問題，而是裝配的問題。說到裝配兩字，尤其是動態(tài)零部件的裝配必須得有一定的配合間隙，這個間隙主要是靠零件的設(shè)計公差來保證的，動配合應(yīng)該有一個尺寸的間隙是最佳配合尺寸，再大一絲（一絲為0.01mm）或小一絲都不會得到最佳效果。但這很難保證，搞機加工的人都清楚，0公差加工是不可能，精度提高1個等級可能需要付出高昂的代價，因此選出最接近那個理想狀態(tài)的尺寸的前后一段作為變化范圍，即公差。所以在機械設(shè)計和機械加工、裝配時，要對公差有一個清醒的認(rèn)識?！边@段故事起到多方面的教學(xué)效果，一是讓學(xué)生了解機械設(shè)計與制造需要考慮顧客、市場銷售；二是讓學(xué)生理解公差在機械設(shè)計與制造中的重要性；三是讓學(xué)生明白公差與產(chǎn)品制造、精度、質(zhì)量、成本緊密關(guān)聯(lián)；四是讓學(xué)生知道產(chǎn)品精度、質(zhì)量不僅僅是制造出來的，也是設(shè)計和裝配出來的。

（8）合理評價學(xué)生學(xué)習(xí)成績和學(xué)習(xí)效果，調(diào)整教學(xué)進(jìn)程中各階段考核占比：理論考核（期末考試）60%、實驗/實訓(xùn)20%、大作業(yè)10%、平時考勤作業(yè)占10%。考核內(nèi)容由主講教師嚴(yán)格把關(guān)，對考核中發(fā)現(xiàn)的問題在后期的教學(xué)中給予及時的補充和糾正，期末考試試卷要求至少有1道綜合運用題。

“機械精度設(shè)計與檢測”課程對學(xué)生專業(yè)知識、綜合素質(zhì)和能力培養(yǎng)具有關(guān)鍵性作用。我校機械、機電、汽車和模具等專業(yè)人才培養(yǎng)方案中均要求學(xué)生具備必要的檢測、測量、質(zhì)量等方面的專業(yè)知識和技能。本課程的教學(xué)改革以應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)為目標(biāo)，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和綜合運用知識的能力、培養(yǎng)工程實踐與創(chuàng)新能力為目標(biāo)，將項目式教學(xué)法、案例教學(xué)法和啟發(fā)教學(xué)法引入教學(xué)中，并結(jié)合大作業(yè)、綜合實驗實訓(xùn)及故事案例等，強化課程教學(xué)與工程實際的銜接，拉近學(xué)生與工程實際的距離，從而激發(fā)學(xué)生興趣和主動性。

提高教學(xué)質(zhì)量是課程改革永恒的主題，培養(yǎng)高素質(zhì)、對社會有用的人才是教師的責(zé)任。在今后的教學(xué)實踐中將繼續(xù)不斷鉆研教學(xué)方法，改進(jìn)教學(xué)手段，豐富教學(xué)實驗內(nèi)容和內(nèi)涵，向?qū)W生傳授更好的專業(yè)知識，講授更多工程案例，從而使學(xué)生學(xué)以致用、終身受益。

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Recognition and Teaching Reform of the Course of Mechanical Precision Design and Testing in Applied University

XU Xu-song

（School of Mechanical Engineering， Jiangsu University of Technology， Changzhou 213001， China）

Abstract： Aiming at problems of the course of Mechanical Precision Design and Testing， such as poor teaching effect， the lack of engineering training and practice teaching content， the enthusiasm of students learning is not high， the lack of teaching and the actual engineering convergence， etc.， we conduct a recognition and in-depth analysis of the curriculum， rearrange the teaching contents， renewing teaching methods and means. The project teaching method， case study and heuristic teaching method are introduced into the classroom. The contents and methods of teaching， such as big homework， comprehensive experiment and training， story case， were introduced. Strengthening the training of engineering examples and hands-on experiment ability in the teaching of the course can improve students learning initiative and teaching effect. The reform of curriculum teaching takes full account of the characteristics of the cultivation of applied undergraduate talents， so as to improve the students ability to use the knowledge they have learned， and enhance the ability of engineering practice and innovation.

Key words： mechanical precision design and testing； teaching reform； engineering practice； applied university

責(zé)任編輯 蔣云柯