應用型高校“機械精度設計與檢測”課程再認識與教學改革

徐旭松

摘 要：針對“機械精度設計與檢測”課程理論教學效果差、工程訓練和實踐教學內容不突出、學生學習積極性不高、教學上缺乏與工程實際銜接等問題，對課程進行深入分析和再認識。重新編排了教學內容、更新教學方法和手段，將項目式教學法、案例教學法和啟發教學法引入課堂，并結合大作業、綜合實驗實訓及故事案例等教學內容和手段，強化課程教學中的工程實例和動手實驗能力訓練，從而提高了學生學習主動性和教學效果。課程教學改革充分考慮了應用型本科人才培養特點，以“學以致用”為準則，可有效提高學生綜合運用所學知識的能力、增強工程實踐與創新能力。

關鍵詞：機械精度設計與檢測；教學改革；工程實踐；應用型高校

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

“機械精度設計與檢測”課程是機械類專業學生必修的一門重要專業基礎課，在機械工程學科知識結構中占有重要的地位。本課程的知識內容貫穿于機械產品的設計、生產、使用、維修整個生命周期，是學生學習后繼專業課程的基礎，是聯系設計類課程和工藝類課程的紐帶，更是學生畢業后從事專業技術工作的基礎。培養高層次應用型、創新型人才是目前我校人才培養的主要模式，圍繞這一目標，有必要對 “機械精度設計與檢測”課程進行再認識和教學改革，貫徹新的教育理念，加強學生的工程實踐能力和創新能力的培養，重新組織、編排教學內容和教學環節，更新教學手段，以提高學生對本門課程知識的綜合運用能力、實踐動手能力以及學習熱情和興趣。

1 “機械精度設計與檢測”課程再認識

從教材名稱認識本門課程：據筆者在圖書館和互聯網上調查，目前在全國范圍內正式出版的《機械精度設計與檢測》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《互換性與技術測量》，現在又有《機械精度設計與檢測》《互換性與測量技術基礎》《幾何量公差與檢測》《產品幾何技術規范與認證》等名稱。[1]顯然，國內對課程名稱沒有進行標準化，因此，教材起名也是多種多樣，在教學過程中應向學生交待清楚。

從教學內容上認識本課程：教學內容主要分為互換性與標準化、測量技術基礎、尺寸精度設計、幾何精度差設計、表面粗糙度輪廓設計、典型零部件精度設計等幾個部分。[2]其中，絕大部分內容摘自產品幾何技術規范與認證（GPS）國家標準。表1給出了教學內容與國標對照。

從教學和學習特點認識本門課程：本門課程作為機械類專業主干課程，一般安排在“機械制圖”課程之后、“機械設計”課程之前（或與它同一學期）學習，主要特點是基本概念、術語定義、符號公式和規定規范多，既需要講授互換性、標準化、公差、檢測計量等基本概念，又需要講授機械精度設計方法和誤差評定方法。同時，又要求公差設計與檢測符合國標規定，因而原則性很強；而實際運用時，設計人員的靈活性又很大，經驗因素起著重要作用。[3-4]課程內容與相關前期課程和后續課程都有較大的聯系，與生產實際的聯系也非常緊密。

從學以致用的角度認識本門課程：幾乎所有的機械制造行業（包括汽車、通用機械、機器人、醫療設備和模具等）有關公差（精度）設計的標準及質檢都是設計部門、采購部門和質量部門最為關注的問題。精度設計不恰當，或沒有適當的國標/企業標準予以規范化處理，輕則導致部分產品的廢品率上升，重則可能導致產品質量的下降、甚至整套設備、成批產品的報廢。在歐美國家，本門課程對應的概念是：“產品幾何技術規范與認證”、“GD&T”、“尺寸工程”等，相關內容和標準一直以來都極受重視，正確理解和掌握本門課程內容，并運用相應標準設計機械產品及檢具，可顯著提升產品的合格率、極大地降低企業制造成本。

2 目前本課程教學狀況和存在問題

目前，我校機械工程專業 “機械精度設計與檢測”課程學時為40學時，其中理論教學32學時，實驗8學時，各部分教學內容和學時安排見表2。

通過近幾年的教學實踐和總結，比照工程教育認證要求，發現存在一些問題。

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

（2）本課程教學目的是學習和熟悉國家標準，并在將來工作中貫徹執行。教學中，一方面應該讓學生“熟悉和理解國家標準”，另一方面應該教會他們“知道該如何去貫徹執行”，如何用到將來的工作中去。但從學生后續課程學習和工作后反饋情況看，普遍存在：不會參照設計手冊標注公差技術要求、不能準確理解公差的含義、大多數學生工作后需重新學習尺寸與公差知識、不能將所學知識運用于工程實際。

（3）本課程實驗設置孔/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節。由于學生課前沒有預習習慣，而實驗學時有限，學生對實驗器材的結構原理、操作方法、數據處理等都不夠熟悉，實驗內容“走馬觀花”，看實驗老師演示完后，學生對實驗儀器、操作方法、理論與實驗的聯系糊里糊涂。而作為應用型高校，學生實踐動手能力是重點培養的內容之一，但教師習慣于把實驗教學放在理論教學的從屬地位。另一方面，本課程實驗大多屬于驗證性實驗，學生處于被動地位，學生的參與的主動性不高。

（4）實驗設備老舊落后，很難適應現代化教學要求，更無法滿足實際的工程應用。單個實驗項目所涉及的知識點比較單一，實驗內容只限于幾個相對孤立的知識點，缺乏綜合性的實訓環節，限制了學生動手實踐和獨立思考能力的培養。

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

（6）課程考核方式有待改進，考試內容多偏重理論知識，缺少工程應用知識考核。總成績分數占比為：平時10%、期末考試70%、實驗20%，學生為了考核通過，通常是死記硬背，忽略了對知識的應用，不利于應用型本科人才的培養。

從以上幾點看，課程在教學內容、教學手段和方法、實驗設備等方面有必要進行改革和提升，以適應工程教育認證和人才培養的要求。尤其是要加強與工程實際銜接，加強實驗動手能力。

3 課程教學改革實踐

從教學大綱、教材、教學內容、教學手段和課程考核等多方面入手，經過課程組多次研討協商，探索出了一套適合我校學生和課程特點的教學模式。

（1）精心選擇教材：經課程組討論研究，選擇哈工大劉品教授主編的《機械精度設計與檢測》第九版，該書為經典暢銷教材，品質高、特色鮮明，編寫體系有創造性，內容與最新國家標準一致，教材后半部分有詳細的典型零部件的精度設計實例和分析，并配有與教材配套的課件。

（2）教學內容以培養工程應用型人才為導向，提高學生對知識的實際運用能力：充分考慮學生的實際情況和工作需求對教學內容進行精選，將教學內容劃分為3個模塊：模塊1：精度設計基礎理論，包括互換性與標準化、測量及數據處理基本知識、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：典型零部件精度設計與檢測，包括齒輪、螺紋等零件的精度設計案例和檢測。模塊3：實驗與綜合實訓，該環節除了開設的實驗項目外，要求學生綜合運用所學制圖、公差與測量的知識對給定箱體、連桿等進行測量、測繪、繪制零件圖，并進行精度設計、尺寸與公差標注。在學時分配上，模塊1：26學時，模塊2：6學時，模塊3：8 學時。

（3）實物零件進課堂，購置一些零件模型（木質、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行舉例分析，理論聯系實際，從而提高學生學習興趣和學生對知識的理解程度。

（4）調動學生的學習積極性，發揮其主體作用：針對不同的教學模塊采取不同教學方法，包括啟發式教學，項目式驅動式教學，在課堂上積極提問討論，課后預留問題。例如，講授極限與配合公差的選用，幾何公差項目選取等內容采取項目式、分組討論。將學生進行分組，每個小組分配1模型，要求學生先畫出零件的結構、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要求，并進行對比討論析，最后教師進行點評分析。

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

（6）加強實驗教學：為培養學生的精度意識、操作儀器設備的動手能力和獨立檢測/判斷能力，建立現代機械質量觀和創新意識，已申請對公差與檢測實驗室進行升級，購置多臺套設備和關節臂坐標測量儀。重新安排實驗項目和設計新的綜合性測量項目（見表3，陰影為擬新增實驗）。在實驗教學中引入和傳播現代檢測和計量的知識，使學生了解坐標測量的設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，既引起了學生興趣，又起到很好教學效果。講課案例：“上世紀60年代的有這么一個關于機械制造業故事：說的是我國開始制造機械手表時，“上海牌”手表剛剛進入了市場。因為這在當時算是高檔奢侈消費品，市場供不應求，不但要憑票，還要用工業卷才能買到，自然不愁銷。當時組裝出來的手表每日走時誤差達一分鐘左右，技術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。據說當時的手表王國瑞士的一個考察團到手表廠參觀時，一名技術人員挑選了一些關鍵零件，組裝了一塊手表，經過測試，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計公差來保證的，動配合應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的尺寸的前后一段作為變化范圍，即公差。所以在機械設計和機械加工、裝配時，要對公差有一個清醒的認識。”這段故事起到多方面的教學效果，一是讓學生了解機械設計與制造需要考慮顧客、市場銷售；二是讓學生理解公差在機械設計與制造中的重要性；三是讓學生明白公差與產品制造、精度、質量、成本緊密關聯；四是讓學生知道產品精度、質量不僅僅是制造出來的，也是設計和裝配出來的。

（8）合理評價學生學習成績和學習效果，調整教學進程中各階段考核占比：理論考核（期末考試）60%、實驗/實訓20%、大作業10%、平時考勤作業占10%。考核內容由主講教師嚴格把關，對考核中發現的問題在后期的教學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。

“機械精度設計與檢測”課程對學生專業知識、綜合素質和能力培養具有關鍵性作用。我校機械、機電、汽車和模具等專業人才培養方案中均要求學生具備必要的檢測、測量、質量等方面的專業知識和技能。本課程的教學改革以應用型本科人才培養為目標，以提高學生的學習主動性和綜合運用知識的能力、培養工程實踐與創新能力為目標，將項目式教學法、案例教學法和啟發教學法引入教學中，并結合大作業、綜合實驗實訓及故事案例等，強化課程教學與工程實際的銜接，拉近學生與工程實際的距離，從而激發學生興趣和主動性。

提高教學質量是課程改革永恒的主題，培養高素質、對社會有用的人才是教師的責任。在今后的教學實踐中將繼續不斷鉆研教學方法，改進教學手段，豐富教學實驗內容和內涵，向學生傳授更好的專業知識，講授更多工程案例，從而使學生學以致用、終身受益。

參考文獻：

[1] 劉品，張也晗.機械精度設計與檢測基礎[M].哈爾濱工業大學出版社，2016.

[2] 郇艷，李燕，林國英.互換性原理與測量教學改革探討[J].中國校外教育旬刊， 2015（33）：1-7.

[3] 劉桂珍，殷寶麟.互換性與測量技術基礎課程教學改革與實線[J].黑龍江高教研究，2010（8）：167-169.

[4] 胡良斌，李必文，譚臻，等.以培養工程能力為目標的機械精度設計與檢測教學改革研究與實踐[J].高校實驗室工作研究，2015（3）：20-21.

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

責任編輯 蔣云柯