基于學研教協同的機械精度設計與檢測課程教學改革探索

胡良斌　李必文　唐永輝　李麗慧

南華大學機械工程學院　湖南衡陽　421001

基于學研教協同的機械精度設計與檢測課程教學改革探索

胡良斌李必文唐永輝李麗慧

南華大學機械工程學院湖南衡陽421001

以機械精度設計與檢測課程為研究對象，整合突出課程時效性、前沿性、實用性的教學內容。通過工程項目和科研項目教學化，為推進問題導向式、案例探究式等研究性教學提供教學資源。優化多媒體教學、學習系統軟件等教學資源，推進教學性研究。通過“虛—實”協同教學強化教學效果，實現理論教育與實踐教育的協同，學科性教育與職業性教育的協同，最終實現“學習—研究—教學”協同，提高學生綜合工程實踐能力，培養滿足裝備制造業的應用型技術人才。

學研教協同；虛實協同；機械精度設計與檢測

學研教協同理念是一種新型的現代高等教育教學理念，所謂學研教是指高校學生的“學習”，教師的“教學”與“科研”緊密結合，協調統一，相互促進［1，2］。學研教協同強調高等教育中教與學的互動以及高等學校中教學與科研統一，其中教與學的互動以教師和學生都參與科學研究為聯結紐帶。基于學研教協同的課堂教學是以學生為主體，教學為主導，科研為載體，基于教學、科研、學習互動協調的教學組織方式的創新活動，其目的是達到學生綜合素質的提高和創新型人才的培養。本團隊探索了學研教協同教學方式在機械精度設計與檢測課程中應用實踐，并開發了本課程虛實協同實驗及工程能力拓展系統，為學生提升關鍵技能，奠定創新素質打下了良好的基礎。

1　學研教協同教學方式在機械精度設計與檢測課程教學中的應用

為了適應工程能力的培養需要，筆者基于在機械精度設計與檢測教材及實踐教學內容做的工作基礎上，研究了學研教協同教學方式在機械精度設計與檢測中的應用，并著重對本課程的教學內容、教學方式、教學手段等方面進行了研究與探討。本課程學研教協同教學結構如圖1所示。

圖1　機械精度設計與檢測“學研教協同”教學結構圖

1.1優化的教學內容是學研教協同教學方式應用的基礎

將學科性教育與職業性教育的教學內容進行整合，注重理論結合實際，注重知識的時效性，將新知識、新技術內容貫穿教學中，拉近學生與學科發展前沿、實際工程應用的距離。

1.2研究性教學是實現學研教協同的有效教學方式

研究性教學改變傳統的以教師為中心，“滿堂灌”的教學方式，在教學形式上追求多樣化，讓學生從不斷變化的課堂教學形式中獲得知識，在課程案例教學和討論教學過程中教與學的互動機制，調動學生學習積極性、主動性。設計創造性教學方法，促進教學與科研協同的課堂教學組織形式的多元化。采用以下幾種研究性教學方式。

（1）開展問題導向式：引導學生關注課程知識點的問題，鼓勵自主查找資料互助解答，利用網絡教學平臺，解答和拓展學生所提的問題，鞏固課程的專業知識，提升學生分析解決問題的能力。

（2）推進案例討論與探究式：根據國內外理論研究動態和社會關注焦點的變遷，更新內容，選擇最適合案例，以課堂討論進行，發揮學生的主觀能動性，培養學生將理論和實踐問題相結合的分析能力［3-5］。

（3）加強課題小組合作式：根據科研項目的內容劃分為不同的小組，以課題組的形式進行合作式學習。激發學生的創新動力和創新激情，提高團隊合作意識。

1.3教師教學研究能力的提高是實現學研教協同的保障

教學性研究是強調對教學過程的思考與領悟，實踐與探索。為了提高課程教學質量，必須針對教學對象的特點及科學技術的新形勢加強教學內容，教學方法及教學手段進行研究，即教學性研究。

（1）探索網絡教學。利用現代化信息化手段，借助網絡教學平臺，構建網絡教學資源，完善教輔材料，開展案例教學，使網絡資源的深層次利用成為教學的有機組成。

（2）完善多媒體教學。根據技術發展和理論研究的最新進展以及教材教輔資料的修訂情況不斷完善更新多媒體教學資源，體現多媒體教學優越性。

（3）開發學習系統軟件。將大量的科研成果、工程成果和企業常用的檢測儀器原理圖制作成動畫、圖片和生產視頻等形式“搬”入學習系統軟件中，再配以三維仿真圖形進行講解，讓學生自感深入現場之中，加深對實踐環節的了解。

利用多媒體教學資源和學習系統軟件，使較為枯燥的理論講授轉變為形式多樣的課堂講解，從課堂講解到課后練習，再到實驗教學，實現課堂與現場的交叉式多元化教學目的。

1.4“虛—實”協同教學是發揮學研教協同教學方式優勢的根本

虛實協同教學方法是在既定的課程體系下，教師先以相對較少的課時講授課程的基本理論；再以工程問題、工程案例和工程項目（是為“實”）組織案例分析，利用工程軟件，進行模擬的訓練（是為“虛”），對學生進行全方位培養，達到充分利用學制時限、激發學生興趣、縮短學生工作適應期的目的。通過以下方式進行虛實協同教學。

（1）通過合理縮減課程基本理論的講授時間，有效執行科研成果進教材、進講稿、進實驗項目、進畢業設計/論文、進科技興趣小組的“五進”制度，使得工程案例運用于教學活動中。

（2）利用AutoCAD，MATLAB，SolidWorks，TableCurve 2D等工程軟件，進行技術數據及專業標準查詢、設計計算、圖形繪制、工藝模擬的訓練，從產品創意、設計校核、零部件生產裝配等各個環節對學生進行全方位培養，縮短學生工作適應期的目的。

（3）通過指導學生參加工程訓練綜合能力競賽和機械創新大賽作品的設計制作，使學生真正理解精度設計的重要性。

2　學研教協同教學方式載體的開發—虛實協同實驗及工程能力拓展系統

本團隊將近年來相關領域的科研成果、工程成果與課程教學有機結合，運用MATLAB軟件，開發了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（如圖2所示）。本系統是基于工程計算能力強的MATLAB軟件，融合機械精度設計與檢測、機械優化設計、數值分析等課程知識開發的。本系統包括形位精度檢測仿真系統、基礎性實驗數據處理系統和精度設計創新性實驗系統三大部分，共15個案例，覆蓋教學全過程。并具有知識覆蓋面廣，綜合性強、運行簡便等特點。

圖2　本課程虛實協同實驗及工程能力拓展系統

2.1課前自主學習—形位精度檢測仿真系統

針對本課程涉及的測量儀器較多，對于學生來說，由于感性認識較少，普遍覺得課程內容及實驗操作難以理解等問題，開發了形位精度檢測仿真系統。本系統包括垂直度測量仿真案例、平行度測量仿真案例等5個形位精度檢測仿真案例。讓學生在課前就能提前對教學中的內容進行自主學習，提高課程教學的效果。

圖3　形位精度檢測仿真系統之垂直度測量仿真

2.2課中數據處理—基礎性實驗數據處理系統

針對本課程實驗數據處理繁雜，又是低水平的重復工作，開發了包括用杠桿齒輪比較儀測量軸徑、合象水平儀測量直線度等5個基礎性實驗數據處理系統。利用開發的軟件把實驗測量的數據處理實例融入實踐教學中，以形象生動的動畫、圖形分析等形式加深學生對本課程實驗數據的理解。

2.3課后知識綜合運用拓展—精度設計創新性實驗系統

針對本課程教學中要么缺少案例資源，要么基于工程項目的案例存在科學性及工程性痕跡太重，學生理解有難度等問題，以工程項目教學化為目標，以工程應用項目和科研項目為基礎，開發了適應課程教學需要的精度設計創新性實驗系統。本系統是針對企業技術需求，開展了有關高精度的齒輪精度設計研究，并將部分研究成果提取、教學資源化，開發了基于新國標圓柱齒輪精度設計CAD系統、倒錐齒量球法檢測虛擬仿真系統等5個基于企業工程的機械精度設計系統，納入實踐學習系統中，讓實踐教學案例能更好地針對企業工程實際。并設計適應教學要求的可交互界面。

圖4　基礎性實驗數據處理系統之合象水平儀測量直線度

3　結束語

對學研教協同教學方式在機械精度設計與檢測課程中的應用進行了探索和實踐，突出主體性、探究性、創造性的教學理念，強調知識的生成性、教學過程的開放性。將工程項目和科研項目教學化，豐富教學資源，強化教學內容的工程性與實用性；通過工程問題、工程案例和工程項目和利用工程軟件，進行模擬的訓練和設計仿真，探索“虛—實”協同教學在機械精度設計與檢測教學中的應用，拉近學生與工程實際、工作情境及現代科技發展的距離，激發學生興趣，提升學生創新設計能力和工程實踐能力的培養。

［1］ 汪芳.學研教協同教學組織方式創新研究：以產業經濟學為例［J］.現代商貿工業，2013（9 ）：132-133.

［2］ 毛璽，徐巧玉.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（5）：68-69.

［3］ 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（2）：54-55，103.

［4］ 宋玲，亢銀霞.互換性與測量技術基礎課程教學改革與實踐［J］.科教導刊，2013（8）：208-209.

［5］ 陳福松.案例教學與創新型人才培養［J］.揚州大學學報：高教研究版，2009，13（5）：81-83.

Exploration on the Teaching Reform of the Design and Test of Mechanical Precision based on Learning - Research - Teaching Cooperative

Hu Liangbin， Li Biwen， Tang Yonghui， Li Lihui
School of Mechanical Engineering，University of South China，Hengyang， Hunan， 421001， China

In the design and test of mechanical precision course as the research object，the integration of timeliness， advanced and practical teaching content， through the project and research projects teaching， to provide teaching resources for research teaching for example problem oriented， case inquiry and so on， promote the teaching research by optimization of teaching resources， for example multimedia teaching， learning system software and so on， through collaborative teaching by virtual-reality， strengthening the teaching effect， implementation of cooperative education theory and practice of education，implementation of cooperative education and occupation education discipline. Finally， the realization of collaborative learning - research - teaching， improve students' comprehensive ability of engineering practice and application， applied technical talents to meet the equipment manufacturing industry.

learning - research - teaching collaborative； collaborative teaching by "virtual-reality"； design and test of mechanical precision

2016-02-28

胡良斌，碩士，講師，教學科研辦公室副主任。通訊作者：李必文，博士，教授，副院長。

南華大學高等教育研究與改革重點項目（編號：2015XJG-ZD01）；南華大學網絡教育資源建設重點項目（南華教〔2015〕2號）。