提升機(jī)械精度設(shè)計(jì)關(guān)鍵技能的實(shí)踐教學(xué)模式改革

李麗慧+李必文+胡良斌+周炬

【摘 要】針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，提出提升本專業(yè)學(xué)生機(jī)械精度設(shè)計(jì)關(guān)鍵技能的實(shí)踐教學(xué)改革辦法。以南華大學(xué)船山學(xué)院機(jī)械精度CAD與誤差檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)課程為例，闡述教學(xué)內(nèi)容整合、教學(xué)進(jìn)度編排、教學(xué)方法探索、教學(xué)效果評(píng)價(jià)等方法措施。這些舉措在2014-2015學(xué)年得以實(shí)施，實(shí)踐教學(xué)效果得到了明顯提升，受到學(xué)生的歡迎。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械精度；誤差檢測(cè)；實(shí)踐教學(xué)

【Abstract】As to the practical teaching for the mechanical design manufacturing and automation， this paper puts forward some methods to improve the critical skills of design of mechanical precision. It takes the mechanical precision CAD and comprehensive experiment error detection from Chuanshan college in university of south China for example， and states the integration of teaching context， the arrangement of teaching schedule， the investigation of teaching method， the evaluation of teaching effect and so on. It has gained a good effect since these measures token during 2014 between 2015 school year.

【Key words】Mechanical precision； Error detection； Practical teaching

0 前言

現(xiàn)代機(jī)械工程綜合性、多樣性、跨學(xué)科交融的特點(diǎn)，倒逼我國(guó)機(jī)械工程高等教育必須深入研究學(xué)科交叉、課程設(shè)置及其內(nèi)涵、面向工業(yè)界等方面的課題并付諸實(shí)踐，以適應(yīng)機(jī)械工程科技發(fā)展的需要。按照“進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)踐、突出應(yīng)用、注重創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”的原則，南華大學(xué)船山學(xué)院機(jī)電與信息工程系2015年新版機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)方案專門(mén)設(shè)置了“獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程”和“就業(yè)導(dǎo)向課程”兩個(gè)模塊，其中“獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程”包括了《物理實(shí)驗(yàn)》、《機(jī)械精度CAD與誤差檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)》、《特種加工與3D打印綜合實(shí)驗(yàn)》三門(mén)課程，這是在人才培養(yǎng)過(guò)程中注重綜合性、實(shí)踐性和創(chuàng)新性統(tǒng)一的具體體現(xiàn)。

我校船山學(xué)院機(jī)械專業(yè)的人才培養(yǎng)，重點(diǎn)在于功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度與剛度設(shè)計(jì)、精度設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、先進(jìn)制造技術(shù)等方面的專業(yè)知識(shí)、基礎(chǔ)業(yè)務(wù)、基本技能和創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)，《互換性與技術(shù)測(cè)量》正是基于培養(yǎng)學(xué)生幾何量精度設(shè)計(jì)工程能力和檢測(cè)操作基本技能而開(kāi)設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。多年以來(lái)，這門(mén)課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)一直設(shè)置為6大項(xiàng)目共計(jì)8個(gè)學(xué)時(shí)。2015年新版培養(yǎng)方案將《機(jī)械精度CAD與誤差檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)》納入“獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程”模塊，實(shí)驗(yàn)課時(shí)由原來(lái)的8個(gè)學(xué)時(shí)加強(qiáng)至16個(gè)學(xué)時(shí)。從本質(zhì)上來(lái)講，《機(jī)械精度CAD與誤差檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)》就是在“獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程”環(huán)節(jié)增加并整合精度設(shè)計(jì)和檢測(cè)的關(guān)鍵技能，學(xué)、練、用并行合一，啟發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，以很好地實(shí)現(xiàn)學(xué)術(shù)愿望和就業(yè)訴求。從更高層次來(lái)講，就是以“獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程”環(huán)節(jié)為平臺(tái)，通過(guò)“理論+技術(shù)實(shí)踐+多種專業(yè)知識(shí)的交叉應(yīng)用”，力求將學(xué)生培養(yǎng)成技術(shù)集成的創(chuàng)新人才。

但是，即使“獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程”學(xué)時(shí)加強(qiáng)至16個(gè)學(xué)時(shí)，教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)時(shí)限的矛盾、學(xué)生學(xué)術(shù)愿望與學(xué)習(xí)精力的矛盾依然十分突出。在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的編寫(xiě)、教學(xué)內(nèi)容的整合、教學(xué)進(jìn)度的編排、教學(xué)過(guò)程的監(jiān)控、教學(xué)效果的評(píng)價(jià)等均成為亟待研究解決的問(wèn)題。

1 相關(guān)研究綜述

《互換性與技術(shù)測(cè)量》課程的特點(diǎn)是抽象概念多、術(shù)語(yǔ)定義多、敘述性內(nèi)容多、需要記憶的內(nèi)容多、部分內(nèi)容晦澀難懂，而許多高校使用的理論和實(shí)驗(yàn)教材存在對(duì)學(xué)科性教育和職業(yè)性教育的內(nèi)容糅合不夠充分、未以適當(dāng)篇幅反映交叉學(xué)科和跨學(xué)科研究的發(fā)展動(dòng)向、未以現(xiàn)代化內(nèi)容拉近讀者與現(xiàn)代計(jì)量技術(shù)發(fā)展的距離等缺陷，這是因?yàn)檎n程的理論體系和內(nèi)部邏輯不足以設(shè)計(jì)出適合當(dāng)代科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的教學(xué)內(nèi)容。隨著我國(guó)幾何量公差標(biāo)準(zhǔn)已與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌、貫標(biāo)工作在實(shí)際開(kāi)展并有效推進(jìn)、測(cè)量技術(shù)及裝備在不斷發(fā)展與進(jìn)步，我國(guó)機(jī)械工程高等教育工作者已經(jīng)認(rèn)識(shí)到任何課程都無(wú)法取代《互換性與技術(shù)測(cè)量》課程，特別是實(shí)驗(yàn)課程在教學(xué)計(jì)劃中的特殊作用。又鑒于在工業(yè)國(guó)家，本課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)具有相當(dāng)?shù)牡匚缓统晒Φ慕?jīng)驗(yàn)，但由于地區(qū)經(jīng)濟(jì)差異和國(guó)情不同，其教學(xué)資源內(nèi)容、教學(xué)資源和教學(xué)模式等不適合我國(guó)對(duì)本科生的培養(yǎng)目標(biāo)。因此，相關(guān)人士在本課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)上作了一些改革、探索和實(shí)踐，如將一些驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)整合優(yōu)化為三性實(shí)驗(yàn)、因地制宜地設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、用現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)替代部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，等等。

但是，在以下方面做得還很不到位：（1）囿于學(xué)時(shí)時(shí)限，教研教改的成功經(jīng)驗(yàn)、實(shí)際工程項(xiàng)目實(shí)例、科研成果等未能有效地向?qū)嶒?yàn)教學(xué)資源轉(zhuǎn)化。（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與解決工程實(shí)際問(wèn)題的社會(huì)需求之間未建立明確的聯(lián)系，“以問(wèn)題為中心”的實(shí)踐性課程普遍欠缺，即使有開(kāi)展也未達(dá)到普惠的目的。（3）針對(duì)復(fù)雜機(jī)電工程精度設(shè)計(jì)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生選擇、使用與開(kāi)發(fā)CAD/CAE等現(xiàn)代工程工具、信息技術(shù)工具和技術(shù)資源對(duì)其進(jìn)行過(guò)程模擬仿真與結(jié)果預(yù)測(cè)的工作嚴(yán)重滯后。目前，徘徊觀望，以期借鑒成功的經(jīng)驗(yàn)和資源的居多。針對(duì)這些問(wèn)題，我們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索和實(shí)踐，總結(jié)以下改革措施。

2 實(shí)踐教學(xué)改革舉措

本文作者及其教學(xué)團(tuán)隊(duì)以《機(jī)械精度CAD與誤差檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)》為載體，以南華大學(xué)船山學(xué)院機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生為授課對(duì)象，以促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)為課程教學(xué)計(jì)劃的基本原理，對(duì)所制訂和施行的該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱不斷完善。通過(guò)在本“獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程”中整合、增加機(jī)械精度設(shè)計(jì)關(guān)鍵技能的內(nèi)容與活動(dòng)，通過(guò)“學(xué)、練、用并行合一”，啟發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性；通過(guò)“理論+技術(shù)實(shí)踐+多種專業(yè)知識(shí)的交叉應(yīng)用”，將學(xué)生培養(yǎng)成技術(shù)集成的創(chuàng)新人才。具體舉措如下：

2.1 教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)進(jìn)度改革

1）打造了一支穩(wěn)定的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，通過(guò)有效組織與合理分工，高質(zhì)量地完成了實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的編寫(xiě)，不斷優(yōu)化改進(jìn)《機(jī)械精度CAD與誤差檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)》的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

2）對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了合理整合、對(duì)教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行了合理編排，將教學(xué)內(nèi)容拓展為三個(gè)體系，以解決教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)時(shí)限之間的矛盾，使學(xué)生了解掌握典型三性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、經(jīng)典工程應(yīng)用項(xiàng)目案例、代表性科研項(xiàng)目案例，能使學(xué)生具備自學(xué)和舉一反三的能力。

3）以我院已有的《機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)課程虛實(shí)協(xié)同實(shí)驗(yàn)及工程能力拓展系統(tǒng)》為實(shí)例，不斷吸納、培養(yǎng)部分學(xué)有專長(zhǎng)的學(xué)生參與擴(kuò)展、完善該系統(tǒng)，使得學(xué)生知其然并知其所以然。

4）將職業(yè)性教育的內(nèi)容貫穿課程教學(xué)過(guò)程的始終，拉近學(xué)生與機(jī)械精度設(shè)計(jì)工程實(shí)際、工作情境、現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)及裝發(fā)展的距離。

5）課堂教學(xué)引入并行設(shè)計(jì)理論和方法，以增強(qiáng)學(xué)生在精度設(shè)計(jì)和檢測(cè)方面的自學(xué)、觀察、實(shí)驗(yàn)操作能力，進(jìn)一步增強(qiáng)生產(chǎn)組織和管理能力。

6）2014年我校實(shí)現(xiàn)“三學(xué)期制”改革，設(shè)定夏季短學(xué)期，將夏季學(xué)期設(shè)定為集中實(shí)踐教學(xué)階段。采用相對(duì)獨(dú)立且集中的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，將有助于學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)中的全身心投入，從而取得較好的實(shí)踐教學(xué)效果。

2.2 教學(xué)方式改革

采用“以問(wèn)題為中心”的教學(xué)方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，解決學(xué)生學(xué)術(shù)愿望與學(xué)習(xí)精力之間的矛盾。促進(jìn)課前自主學(xué)習(xí)、課中數(shù)據(jù)處理、課后知識(shí)綜合運(yùn)用等教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展，并對(duì)學(xué)生逐漸向?qū)I(yè)發(fā)展、不因循守舊、增強(qiáng)創(chuàng)新思維能力有所裨益。

以問(wèn)題為中心的教學(xué)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)四個(gè)教學(xué)目標(biāo)：①減少由中途輟學(xué)、延長(zhǎng)學(xué)習(xí)年限、課程安排不當(dāng)所造成的教育資源浪費(fèi)；②增強(qiáng)學(xué)生的自信心、靈活性和創(chuàng)造性，改善學(xué)生的交流技能和共事能力；③訓(xùn)練學(xué)生在同時(shí)考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治和技術(shù)因素下，全面解決復(fù)雜問(wèn)題；④培訓(xùn)教師，使其不僅能講課，還會(huì)提出問(wèn)題和解決問(wèn)題。

2.3 教學(xué)效果評(píng)價(jià)方式改革

對(duì)學(xué)習(xí)的過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)、課中數(shù)據(jù)處理、課后知識(shí)綜合運(yùn)用拓展等環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)效果以客觀、恰當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行評(píng)價(jià)。

根據(jù)課程各環(huán)節(jié)支撐的畢業(yè)要求，采用系統(tǒng)工程分析方法，通過(guò)座談、問(wèn)卷及走訪，建立評(píng)價(jià)目標(biāo)樹(shù)，確定評(píng)價(jià)目標(biāo)的內(nèi)容，運(yùn)用強(qiáng)制判定法（FD法）設(shè)置加權(quán)系數(shù)，從而構(gòu)建課程支撐的畢業(yè)要求多因素分析與評(píng)定模型。在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中通過(guò)數(shù)學(xué)處理對(duì)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行過(guò)程性量化評(píng)價(jià)?？隙ǔ煽?jī)，找出問(wèn)題，促使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的過(guò)程進(jìn)行積極地反思和總結(jié)；發(fā)現(xiàn)苗子加以重點(diǎn)培養(yǎng)。

對(duì)課程可以支撐的畢業(yè)要求進(jìn)行評(píng)估——組織校內(nèi)專家、企業(yè)專家、本專業(yè)畢業(yè)生，根據(jù)課程性質(zhì)、擬定的教學(xué)大綱，對(duì)照工程教育專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求達(dá)成度評(píng)價(jià)機(jī)制，對(duì)《機(jī)械精度CAD與誤差檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)》課程可以支撐的畢業(yè)要求進(jìn)行評(píng)估，具體設(shè)計(jì)為：①誤差數(shù)據(jù)處理能力，誤差來(lái)源分析能力；②實(shí)驗(yàn)結(jié)果表達(dá)能力，精度設(shè)計(jì)優(yōu)劣性評(píng)價(jià)能力；③使用現(xiàn)代工具能力，舉一反三能力；④綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，仿真能力。并根據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整和改進(jìn)。對(duì)學(xué)生普遍關(guān)心的涉及《MATLAB語(yǔ)言與應(yīng)用》、《大學(xué)計(jì)算機(jī)》、《CAD/CAM》、《數(shù)值分析》、《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》等課程的相關(guān)內(nèi)容，做出精心合理的教學(xué)編排。

3 總結(jié)與展望

自從2014年以來(lái)，南華大學(xué)實(shí)行“三學(xué)期制”改革。夏季小學(xué)期的出現(xiàn)為《機(jī)械精度CAD與誤差檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)》的統(tǒng)籌規(guī)劃和整合提供了非常有利的條件。它使得此課程的實(shí)踐教學(xué)能在相對(duì)較短的夏季學(xué)期集中進(jìn)行。在我院現(xiàn)有的辦學(xué)條件下，通過(guò)“理論+技術(shù)實(shí)踐+多種專業(yè)知識(shí)的交叉應(yīng)用”、“學(xué)、練、用并行合一”， 拉近學(xué)生與機(jī)械精度設(shè)計(jì)工程實(shí)際、工作情境、現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)及裝發(fā)展的距離，使課程理論學(xué)習(xí)有落實(shí)的時(shí)間、空間和手段，充分利用學(xué)制時(shí)限激發(fā)學(xué)生興趣、增強(qiáng)學(xué)生成就感、縮短學(xué)生工作適應(yīng)期、知識(shí)結(jié)構(gòu)和動(dòng)手能力與時(shí)俱進(jìn)、具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合素質(zhì)的目的。此次課程改革探索基本取得了成功，受到學(xué)生的歡迎。

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[責(zé)任編輯：王偉平]