關于改進《幾何精度設計與檢測》實驗教學的幾點思考

楊修德 楊善國

【摘要】《幾何精度設計與檢測》是高校機械工程專業(yè)一門重要的技術基礎課。作為高校實踐教學組成部分的實驗教學是理論課教學的鞏固與深化，是學生創(chuàng)新意識及實踐能力培養(yǎng)的重要途徑。本文在分析課程《幾何精度設計與檢測》實驗教學目前所存在問題的基礎上，從實驗內(nèi)容、方法、手段及考核方式等方面提出了改進措施，以提高實驗教學成效。

【關鍵詞】幾何精度設計與檢測 實驗教學 教學成效

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）12-0250-02

《教育部關于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》（教高【2012】4號）、《教育部等部門關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見》（教思政【2012】1號）和《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》等系列文件中均強調(diào)“實踐教學是學校教學工作的重要組成部分，是深化課堂教學的重要環(huán)節(jié)”、要“強化實踐育人環(huán)節(jié)”、“加強實踐教學管理，提高實驗、實習實訓、實踐和畢業(yè)設計（論文）質(zhì)量，提高學生實踐能力”?！稁缀尉仍O計與檢測》是高校機械專業(yè)一門緊密聯(lián)系生產(chǎn)實際、知識面很廣的技術基礎課，涉及到機械設計、機械制造、質(zhì)量控制、生產(chǎn)組織與管理等諸多方面，在《工程圖學》、《機械原理》、《機械設計》、《機械制造工程學》等主要課程之間起著“承前啟后”的作用，具有很強的技術性、實用性、實踐性。該課程的教學任務是讓學生樹立標準化的理念，初步掌握機械零部件幾何量精度設計與檢測的基本理論和方法。從機械制圖的角度，讓學生真正看懂工程圖紙上所標注的尺寸公差、幾何公差和表面粗糙度輪廓等技術要求；從機械設計的角度，讓學生掌握根據(jù)零部件使用要求正確設計尺寸公差、幾何公差和表面粗糙度輪廓的原則和方法，掌握與標準件、典型常用件配合的零件的設計要求；從機械制造的角度，讓學生了解所設計的尺寸公差、幾何公差和表面粗糙度輪廓對制造工藝的要求；從檢驗測量的角度，讓學生初步掌握制定檢測零件尺寸、幾何誤差、表面粗糙度輪廓的原則和方法，具備通用計量器具的應用能力、極限量規(guī)設計能力、測量誤差分析及數(shù)據(jù)處理能力。鑒于傳統(tǒng)《幾何精度設計與檢測》實驗教學日顯突出的某些弊端，為了提高本課程教學質(zhì)量，使學生深入理解掌握機械零部件精度設計與檢測的知識、原理和方法，必須切實改進實驗教學內(nèi)容、方法、手段以及考核方式。

1.《幾何精度設計與檢測》實驗教學存在的不足

類型單一化。十幾年來，我校課程《幾何精度設計與檢測》所開設的7個配套實驗項目主要是：用臥式測長儀測量內(nèi)徑、用光切顯微鏡測量表面粗糙度、導軌直線度誤差測量、齒輪徑向跳動測量、齒輪齒厚偏差測量、齒輪公法線長度測量、齒輪齒距偏差測量等。這7個均是驗證型實驗，其教學目標僅僅局限于停留在驗證和加深理解理論知識的低層面上，完全是針對本課程某一章節(jié)或知識點來設計的，知識面較窄，課程知識之間的交互性、關聯(lián)性差，所用實驗儀器、實驗手段比較單一，缺少綜合型、設計型實驗。

（1）過程固定化。教師是實驗課的主體，一群學生圍著教師聽完實驗講解后，只能按照要求被動地在規(guī)定時間來完成規(guī)定內(nèi)容。對每個實驗都編寫了統(tǒng)一固定的指導書。實驗指導書把實驗目的、內(nèi)容、原理、方法、步驟、所需儀器設備以及實驗報告編寫格式等均進行了詳細介紹，實驗教師事先充分準備好所需的實驗儀器和設備。學生只需遵照實驗指導書按部就班就能完成實驗，被固化為統(tǒng)一模式，不重視學生個體差異，未能因材施教，局限了學生獨立思考及創(chuàng)造空間，抑制了學生求知欲以及學生實踐能力與創(chuàng)新精神培養(yǎng)。

（2）內(nèi)容“實驗化”。有的實驗項目沒有考慮工程應用背景，脫離生產(chǎn)實際；有的實驗項目與理論教學脫節(jié)，出現(xiàn)理論教學與實驗環(huán)節(jié)“兩張皮”；有的實驗項目不能緊密結合機械工程專業(yè)內(nèi)容，與其他機械基礎實驗無關聯(lián)，未構建成科學的實驗教學體系。另外，實驗室大多是采用一些比較常規(guī)儀器設備來進行實驗測量，但隨著信息技術和計算機技術發(fā)展，諸如表面粗糙度測量儀、三坐標測量機等一些測量精度較高、操作簡單方便、新型的測量儀器與設備已被廣泛地應用于企業(yè)生產(chǎn)中，出現(xiàn)了學校實驗教學嚴重落后于生產(chǎn)實際的現(xiàn)象。學校只是為了開實驗而“開實驗”，學生只能是為了做實驗而“做實驗”。

（3）考核簡單化。《幾何精度設計與檢測》實驗成績評價缺乏科學性、合理性，只是完全依據(jù)學生所上交實驗報告書寫的工整性、內(nèi)容的完整性、結果的正確性等方面來主觀確定成績，忽視實驗過程考核，缺乏評價學生實驗態(tài)度與動手能力的內(nèi)容，致使學生萌生只重實驗結果而不重實驗過程的錯誤認識，甚至出現(xiàn)抄襲實驗報告來敷衍應付的不正?，F(xiàn)象。

2.《幾何精度設計與檢測》實驗教學改進

（1）豐富實驗類型。整合優(yōu)化已有的驗證型實驗，增設綜合型、設計型實驗，保證驗證型、綜合型、設計型實驗項目合適比例。毋庸置疑，在促進學生掌握基本原理、定理、定律等方面驗證型實驗是發(fā)揮著重要作用的。通過相關理論的驗證，不僅能加深理解理論知識，而且能學會如何采用實驗手段來探究某種現(xiàn)象或結論。面對學生人數(shù)多與實驗儀器設備少的矛盾，為了合理利用設備資源，可以將目前所開設的“用臥式測長儀測量內(nèi)徑”、“用光切顯微鏡測量表面粗糙度”、“導軌直線度誤差測量”、“齒輪徑向跳動測量”、“齒輪齒厚偏差測量”、“齒輪公法線長度測量”和”齒輪齒距偏差測量”等7個實驗項目按照內(nèi)容的近似性整合成幾個大組，再根據(jù)儀器設備數(shù)量分成若干小組，每小組不超過3人，確保每位學生親自動手做實驗。還可以將諸如公差原則這些實踐性較強而理論教學時較難理解的內(nèi)容納入驗證型實驗中，便于學生理解掌握。綜合型實驗是對學生實驗技能與實驗方法的綜合訓練，其目的在于鍛煉學生綜合運用知識的能力和分析解決復雜問題的能力，綜合培養(yǎng)能力與素質(zhì)?？梢蚤_設“復雜零件測量”的綜合型實驗，零件圖紙上標注有尺寸公差、幾何公差、表面粗糙度等很多參數(shù)及技術要求，在判斷其合格性時需要測量很多項目。學生測量完這種復雜零件，能掌握許多公差技術概念，鍛煉了學生綜合能力。設計型實驗是學生根據(jù)給定的實驗目的、要求、條件，自行設計實驗方案并實施，其目的是培養(yǎng)學生綜合設計與創(chuàng)新能力。例如：圓度誤差既可以采用兩點法或三點法進行近似測量，也可以采用圓度儀或三坐標機進行精確測量，前者測量精度低，而后者因儀器設備昂貴、測量環(huán)境要求高導致使用受限。因此，可以要求學生設計一種測量簡便、精度較高、適用性較強的圓度誤差測量儀器并展開實驗。

（2）更新實驗手段。隨著計算機技術發(fā)展，多媒體教學業(yè)已成為改進教學方法、提高教學質(zhì)量的重要手段?？梢栽谡n程《幾何精度設計與檢測》實驗教學中運用多媒體課件，給學生提供更多的圖片資料，增大信息量，以動畫方式模擬實驗過程，可以形象地將那些內(nèi)容抽象難懂以及儀器操作復雜的實驗過程展現(xiàn)出來，達到幫助學生加深理解掌握的目的?？梢砸罁?jù)國家標準對各種幾何公差項目及測量原理，利用MATLAB軟件平臺由程序自動處理，以數(shù)據(jù)或圖形顯示方式來輸出測量結果，實現(xiàn)公差項目的計算機輔助測試。還可以將實驗室已有的三坐標測量機應用于實驗教學中，學校實驗要緊密結合生產(chǎn)實際。三坐標測量機是一種精密的光學測量儀器，其集光、機、電、算于一體，可以對零部件的各種幾何元素和幾何誤差進行三維測量，廣泛應用在企業(yè)生產(chǎn)中。另外，實驗教學不能僅局限于校內(nèi)，可以組織學生參觀計量所和現(xiàn)代化生產(chǎn)企業(yè)，了解現(xiàn)場機械零部件的精度檢測方法與儀器設備，開闊學生視野，培養(yǎng)工程意識。

（3）完善實驗考核。學生實驗成績評定不能以實驗報告作為唯一根據(jù)，要加強過程考核，注重學生實驗態(tài)度與實驗技能考核。對于驗證型實驗，側重考核學生實驗預習、實驗步驟以及實驗儀器操作使用；對于綜合型實驗側重考核學生能否綜合運用相關知識實施好實驗；對于設計型實驗側重考核學生實驗方案設計、實驗實施過程和完成實驗報告質(zhì)量。指導教師要將學生每個單項實驗中的實驗預習、實驗實施、實驗方案、實驗報告等詳細記錄，然后綜合考慮每個單項實驗成績來確定學生實驗總成績。

3.結束語

針對傳統(tǒng)《幾何精度設計與檢測》實驗教學所存在的問題亟需改革。通過本課程的實驗教學，不僅可以激發(fā)學生學習興趣和學習主動性，使他們自覺掌握所學的知識，還可以加強學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與實踐動手能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

參考文獻：

[1]楊善國.《幾何精度設計與檢測》課程交互式教學探析.中國校外教育，2013（1）：105

[2]楊善國.提高《幾何精度設計與檢測》課程教學實效之我見.中國科教創(chuàng)新導刊，2013（7）：108，110

[3]韓正銅，楊善國.機械精度設計與檢測（第2版）.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2013

[4]甘永立.幾何量公差與檢測（第9版）.上海：上?？茖W技術出版社，2011

作者簡介：

楊修德（1957-），男，山東魚臺人，中國礦業(yè)大學機電工程學院，高級工程師，本科，主要從事機械工程專業(yè)實驗教學工作。

楊善國（1970-），男，安徽安慶人，中國礦業(yè)大學機電工程學院，副教授，博士，主要從事機械設計及理論專業(yè)教學和科研工作。