提升機械精度設計關鍵技能的實踐教學模式改革

李麗慧+李必文+胡良斌+周炬

【摘 要】針對機械設計制造及其自動化專業實踐教學，提出提升本專業學生機械精度設計關鍵技能的實踐教學改革辦法。以南華大學船山學院機械精度CAD與誤差檢測綜合實驗課程為例，闡述教學內容整合、教學進度編排、教學方法探索、教學效果評價等方法措施。這些舉措在2014-2015學年得以實施，實踐教學效果得到了明顯提升，受到學生的歡迎。

【關鍵詞】機械精度；誤差檢測；實踐教學

【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

現代機械工程綜合性、多樣性、跨學科交融的特點，倒逼我國機械工程高等教育必須深入研究學科交叉、課程設置及其內涵、面向工業界等方面的課題并付諸實踐，以適應機械工程科技發展的需要。按照“進一步強化實踐、突出應用、注重創新創業”的原則，南華大學船山學院機電與信息工程系2015年新版機械設計制造及其自動化專業人才培養方案專門設置了“獨立實驗課程”和“就業導向課程”兩個模塊，其中“獨立實驗課程”包括了《物理實驗》、《機械精度CAD與誤差檢測綜合實驗》、《特種加工與3D打印綜合實驗》三門課程，這是在人才培養過程中注重綜合性、實踐性和創新性統一的具體體現。

我校船山學院機械專業的人才培養，重點在于功能設計、結構設計、強度與剛度設計、精度設計、工藝設計、先進制造技術等方面的專業知識、基礎業務、基本技能和創新素質的培養，《互換性與技術測量》正是基于培養學生幾何量精度設計工程能力和檢測操作基本技能而開設的專業基礎課程。多年以來，這門課程的課內實驗一直設置為6大項目共計8個學時。2015年新版培養方案將《機械精度CAD與誤差檢測綜合實驗》納入“獨立實驗課程”模塊，實驗課時由原來的8個學時加強至16個學時。從本質上來講，《機械精度CAD與誤差檢測綜合實驗》就是在“獨立實驗課程”環節增加并整合精度設計和檢測的關鍵技能，學、練、用并行合一，啟發和調動學生的學習積極性和主動性，以很好地實現學術愿望和就業訴求。從更高層次來講，就是以“獨立實驗課程”環節為平臺，通過“理論+技術實踐+多種專業知識的交叉應用”，力求將學生培養成技術集成的創新人才。

但是，即使“獨立實驗課程”學時加強至16個學時，教學內容與學時時限的矛盾、學生學術愿望與學習精力的矛盾依然十分突出。在實踐教學過程中，實驗教學大綱的編寫、教學內容的整合、教學進度的編排、教學過程的監控、教學效果的評價等均成為亟待研究解決的問題。

1 相關研究綜述

《互換性與技術測量》課程的特點是抽象概念多、術語定義多、敘述性內容多、需要記憶的內容多、部分內容晦澀難懂，而許多高校使用的理論和實驗教材存在對學科性教育和職業性教育的內容糅合不夠充分、未以適當篇幅反映交叉學科和跨學科研究的發展動向、未以現代化內容拉近讀者與現代計量技術發展的距離等缺陷，這是因為課程的理論體系和內部邏輯不足以設計出適合當代科技進步、經濟與社會發展的教學內容。隨著我國幾何量公差標準已與國際標準接軌、貫標工作在實際開展并有效推進、測量技術及裝備在不斷發展與進步，我國機械工程高等教育工作者已經認識到任何課程都無法取代《互換性與技術測量》課程，特別是實驗課程在教學計劃中的特殊作用。又鑒于在工業國家，本課程的實踐教學環節具有相當的地位和成功的經驗，但由于地區經濟差異和國情不同，其教學資源內容、教學資源和教學模式等不適合我國對本科生的培養目標。因此，相關人士在本課程的實踐教學環節上作了一些改革、探索和實踐，如將一些驗證型實驗整合優化為三性實驗、因地制宜地設置實驗項目、用現場教學替代部分實驗教學項目，等等。

但是，在以下方面做得還很不到位：（1）囿于學時時限，教研教改的成功經驗、實際工程項目實例、科研成果等未能有效地向實驗教學資源轉化。（2）實驗教學內容與解決工程實際問題的社會需求之間未建立明確的聯系，“以問題為中心”的實踐性課程普遍欠缺，即使有開展也未達到普惠的目的。（3）針對復雜機電工程精度設計問題，培養學生選擇、使用與開發CAD/CAE等現代工程工具、信息技術工具和技術資源對其進行過程模擬仿真與結果預測的工作嚴重滯后。目前，徘徊觀望，以期借鑒成功的經驗和資源的居多。針對這些問題，我們經過長期的探索和實踐，總結以下改革措施。

2 實踐教學改革舉措

本文作者及其教學團隊以《機械精度CAD與誤差檢測綜合實驗》為載體，以南華大學船山學院機械制造及其自動化專業學生為授課對象，以促進學生綜合素質的培養為課程教學計劃的基本原理，對所制訂和施行的該課程實驗教學大綱不斷完善。通過在本“獨立實驗課程”中整合、增加機械精度設計關鍵技能的內容與活動，通過“學、練、用并行合一”，啟發和調動學生的學習積極性和主動性；通過“理論+技術實踐+多種專業知識的交叉應用”，將學生培養成技術集成的創新人才。具體舉措如下：

2.1 教學內容與教學進度改革

1）打造了一支穩定的獨立實驗課程教學團隊，通過有效組織與合理分工，高質量地完成了實驗教學大綱的編寫，不斷優化改進《機械精度CAD與誤差檢測綜合實驗》的教學內容、教學方法和教學評價系統。

2）對教學內容進行了合理整合、對教學進度進行了合理編排，將教學內容拓展為三個體系，以解決教學內容與學時時限之間的矛盾，使學生了解掌握典型三性實驗項目、經典工程應用項目案例、代表性科研項目案例，能使學生具備自學和舉一反三的能力。

3）以我院已有的《機械精度設計與檢測課程虛實協同實驗及工程能力拓展系統》為實例，不斷吸納、培養部分學有專長的學生參與擴展、完善該系統，使得學生知其然并知其所以然。

4）將職業性教育的內容貫穿課程教學過程的始終，拉近學生與機械精度設計工程實際、工作情境、現代測量技術及裝發展的距離。

5）課堂教學引入并行設計理論和方法，以增強學生在精度設計和檢測方面的自學、觀察、實驗操作能力，進一步增強生產組織和管理能力。

6）2014年我校實現“三學期制”改革，設定夏季短學期，將夏季學期設定為集中實踐教學階段。采用相對獨立且集中的實踐教學環節，將有助于學生在實踐環節中的全身心投入，從而取得較好的實踐教學效果。

2.2 教學方式改革

采用“以問題為中心”的教學方式，調動學生的學習積極性，解決學生學術愿望與學習精力之間的矛盾。促進課前自主學習、課中數據處理、課后知識綜合運用等教學活動的開展，并對學生逐漸向專業發展、不因循守舊、增強創新思維能力有所裨益。

以問題為中心的教學模式，能夠實現四個教學目標：①減少由中途輟學、延長學習年限、課程安排不當所造成的教育資源浪費；②增強學生的自信心、靈活性和創造性，改善學生的交流技能和共事能力；③訓練學生在同時考慮社會、經濟、政治和技術因素下，全面解決復雜問題；④培訓教師，使其不僅能講課，還會提出問題和解決問題。

2.3 教學效果評價方式改革

對學習的過程進行評價，對學生課前自主學習、課中數據處理、課后知識綜合運用拓展等環節的學習效果以客觀、恰當的方式進行評價。

根據課程各環節支撐的畢業要求，采用系統工程分析方法，通過座談、問卷及走訪，建立評價目標樹，確定評價目標的內容，運用強制判定法（FD法）設置加權系數，從而構建課程支撐的畢業要求多因素分析與評定模型。在教學實踐過程中通過數學處理對學習效果進行過程性量化評價。肯定成績，找出問題，促使學生對學習的過程進行積極地反思和總結；發現苗子加以重點培養。

對課程可以支撐的畢業要求進行評估——組織校內專家、企業專家、本專業畢業生，根據課程性質、擬定的教學大綱，對照工程教育專業認證的畢業要求達成度評價機制，對《機械精度CAD與誤差檢測綜合實驗》課程可以支撐的畢業要求進行評估，具體設計為：①誤差數據處理能力，誤差來源分析能力；②實驗結果表達能力，精度設計優劣性評價能力；③使用現代工具能力，舉一反三能力；④綜合實驗設計能力，仿真能力。并根據評估結果對課程目標、教學內容進行針對性的調整和改進。對學生普遍關心的涉及《MATLAB語言與應用》、《大學計算機》、《CAD/CAM》、《數值分析》、《機械優化設計》等課程的相關內容，做出精心合理的教學編排。

3 總結與展望

自從2014年以來，南華大學實行“三學期制”改革。夏季小學期的出現為《機械精度CAD與誤差檢測綜合實驗》的統籌規劃和整合提供了非常有利的條件。它使得此課程的實踐教學能在相對較短的夏季學期集中進行。在我院現有的辦學條件下，通過“理論+技術實踐+多種專業知識的交叉應用”、“學、練、用并行合一”， 拉近學生與機械精度設計工程實際、工作情境、現代測量技術及裝發展的距離，使課程理論學習有落實的時間、空間和手段，充分利用學制時限激發學生興趣、增強學生成就感、縮短學生工作適應期、知識結構和動手能力與時俱進、具備創新創業綜合素質的目的。此次課程改革探索基本取得了成功，受到學生的歡迎。

【參考文獻】

[1]王伯平，孫大剛，武美先.建設“互換性與技術測量”精品課程的實踐與探索[J].高教論壇，2011（02）.

[2]毛璽，徐巧玉，蔡海潮.改革互換性與技術測量實驗教學培養學生實踐能力[J].中國現代教育裝備，2012（05）.

[3]溫建明，馬繼杰，蔣永華.機械精度設計課程教學改革探討[J].科技創新導報，2013（24）.

[4]李偉榮.項目教學法在機械精度設計教學中的應用[J].價值工程，2014（12）.

[5]周知進，胡忠舉.關于提高機械類專業學生實踐能力的研究與實踐[J].湘潭師范學院學報（自然科學版），2007（03）.

[6]吳作倫，喻彩麗.從培養應用型人才出發搞好機械精度設計與測量課程的教學改革[J].科技傳播，2010（07）.

[責任編輯：王偉平]