《互換性與技術(shù)測(cè)量》精品課程創(chuàng)新建設(shè)與運(yùn)用

朱艷春 王伯平 張延軍 李萍 李直 田雅琴 宋冬芳 武妍

摘要：《互換性與技術(shù)測(cè)量》課程對(duì)工科機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)和質(zhì)量提升有其重要性和必要性。在高等教育質(zhì)量工程引領(lǐng)下，該精品課程持續(xù)進(jìn)行了創(chuàng)新建設(shè)與運(yùn)用，從立體化教材體系建設(shè)、課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐性教學(xué)改革、多媒體、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)改革和創(chuàng)新課程綜合案例教學(xué)環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行了探索與實(shí)踐，并取得了較為顯著的成效。

關(guān)鍵詞：互換性與技術(shù)測(cè)量;精品課程;教學(xué)質(zhì)量;持續(xù)創(chuàng)新;課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）41-0233-03

教育部2018年1月發(fā)布了《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》[1]，在全國(guó)全面推行高校教學(xué)質(zhì)量國(guó)標(biāo)，力促教學(xué)質(zhì)量進(jìn)一步躍升。《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》對(duì)全國(guó)教育改革提出了明確要求，力推教育事業(yè)更加注重發(fā)展質(zhì)量，改革創(chuàng)新。強(qiáng)國(guó)必先強(qiáng)教，強(qiáng)教必重質(zhì)量，重質(zhì)必賴改革[2]。因此，國(guó)家在高等學(xué)校實(shí)施了“質(zhì)量工程”。因此，我們近年來(lái)在《互換性與技術(shù)測(cè)量》課程創(chuàng)建省級(jí)精品課程及一系列教改實(shí)踐中進(jìn)行了持續(xù)創(chuàng)新和探索。

《互換性與技術(shù)測(cè)量》課程在高等工科院校中是一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。本課程亦稱為“公差與配合”，它是高等院校機(jī)械類、儀器儀表類和機(jī)電相結(jié)合專業(yè)類必修的主干技術(shù)基礎(chǔ)課程，是與機(jī)械工業(yè)發(fā)展緊密聯(lián)系的基礎(chǔ)學(xué)科。本課程主要講授機(jī)械設(shè)計(jì)中的互換性、公差與配合等機(jī)械精度設(shè)計(jì)方面的理論和有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，要求學(xué)生掌握本課程的基本概念和系統(tǒng)知識(shí)，具有正確選擇、計(jì)算公差的能力，合理設(shè)計(jì)機(jī)械精度，為學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)及課程設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。太原科技大學(xué)是以機(jī)械類專業(yè)為主的地方普通高校，以重型機(jī)械、工程機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械、軋鋼機(jī)械等專業(yè)為特色在國(guó)內(nèi)享有較高聲譽(yù)。學(xué)校針對(duì)機(jī)械類、近機(jī)械類和測(cè)試類等專業(yè)開設(shè)《互換性與技術(shù)測(cè)量》課程，每年有60多個(gè)教學(xué)班。在教學(xué)改革和“質(zhì)量工程”的推動(dòng)下，針對(duì)《互換性與技術(shù)測(cè)量》課程存在的學(xué)時(shí)少、課程內(nèi)容多，課程中涉及的新技術(shù)、新國(guó)標(biāo)不斷增加，教學(xué)矛盾突出等許多迫切需要解決的問題，我們積極開展了一系列教學(xué)研究和教改創(chuàng)新工作，使本課程建設(shè)成為省級(jí)精品課程，主編的課程教材創(chuàng)建為國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材、“十三五”國(guó)家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃教材，并在全國(guó)200多所高校推廣使用，教學(xué)研究獲省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)，教改工作取得了較為顯著的成效。

一、課程立體化教材體系的建設(shè)

在建設(shè)互換性與技術(shù)測(cè)量精品課程的目標(biāo)下，首先開展本課程優(yōu)質(zhì)教材的建設(shè)。在教材研究?jī)?nèi)容上，注重以下幾點(diǎn)：

1.在分析研究國(guó)內(nèi)外同類教材優(yōu)缺點(diǎn)和當(dāng)前本學(xué)科科學(xué)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)水平發(fā)展現(xiàn)狀及水平的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前學(xué)生學(xué)習(xí)該學(xué)科知識(shí)的實(shí)際需要，對(duì)編著教材的內(nèi)容進(jìn)行精選精練，使教材既加強(qiáng)基礎(chǔ)，突出應(yīng)用，內(nèi)容新穎齊全，資料豐富，又使闡述簡(jiǎn)明扼要，結(jié)構(gòu)層次分明，使教師和學(xué)生易教易學(xué)。

2.研究教材的多種形式。除編著教材外，還編著、設(shè)計(jì)開發(fā)多媒體CAI軟件，在課件中制作成形式多樣的各種文件形式，演示教材基本知識(shí)、章節(jié)重點(diǎn)及難點(diǎn)。

3.采用全新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，力求反映國(guó)內(nèi)外最新成果。教材全部使用各類國(guó)標(biāo)中的最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容代替舊國(guó)標(biāo)內(nèi)容，使學(xué)生更好地掌握公差與配合理論的新進(jìn)展。

4.建立教材具有“教、學(xué)、練”一條龍系列體系。立體化教材中編著有課程學(xué)習(xí)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、習(xí)題庫(kù)、習(xí)題詳細(xì)解答等多種教學(xué)資料，更方便了學(xué)生學(xué)習(xí)，使“教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、練習(xí)、提高”一條龍的系列體系更加完善，使教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)更加方便、有效。

課程立體化教材編著后，全部由機(jī)械工業(yè)出版社出版，在教學(xué)中取得了很好的效果。立體化教材的特色及創(chuàng)新之處包括：（1）加強(qiáng)基礎(chǔ)，突出實(shí)踐應(yīng)用，結(jié)構(gòu)層次分明;（2）適用面廣，既適用于機(jī)械類各專業(yè)，也適用于精密儀器類各專業(yè)，既可用于重型機(jī)械設(shè)備的大尺寸，又可用于精密儀器的小尺寸;（3）采用全新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);（4）教材具有“教、學(xué)、練”一條龍系列體系，從教材多媒體課件、課程學(xué)習(xí)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書到習(xí)題冊(cè)、電子題庫(kù)、習(xí)題詳細(xì)解答、課程綜合案例教學(xué)電子軟件等多種形式的教學(xué)資料，使課程教材系列體系更加完善，極大方便了教師教學(xué)，促進(jìn)了《互換性與技術(shù)測(cè)量》課程教學(xué)質(zhì)量的提高。

以太原科技大學(xué)為第一作者單位編著的《互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》立體化系列教材，經(jīng)機(jī)械工業(yè)出版社統(tǒng)計(jì)，本教材已經(jīng)連續(xù)印刷四十多次，其中第一版連續(xù)印刷十二次，第二版連續(xù)印刷十五次，第三版連續(xù)印刷十一次，第四版截至目前已連續(xù)印刷八次，被全國(guó)200多所高校廣泛使用，取得了較好的社會(huì)效益。同時(shí)，該教材被教育部評(píng)審為“高等教育國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材”，被國(guó)家新聞出版局評(píng)審為“十三五國(guó)家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃教材”。

二、課程實(shí)踐性教學(xué)改革的探索

對(duì)于傳統(tǒng)的工科課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師只看重學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解掌握和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確與否，注重知識(shí)的積累，但忽視了培養(yǎng)學(xué)生的開拓創(chuàng)新意識(shí)和分析解決問題的能力[3]。而新世紀(jì)的高等工科人才不但要有扎實(shí)的理論知識(shí)、豐富的抽象思維和邏輯推理能力，而且要具備優(yōu)良的分析判斷、解決問題的能力[4]。工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的方向就是要適應(yīng)時(shí)代發(fā)展，創(chuàng)建一種全新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中以學(xué)生為主體、以提高學(xué)生的素質(zhì)和實(shí)踐動(dòng)手能力為目標(biāo)、以緊密結(jié)合工業(yè)實(shí)踐和企業(yè)實(shí)際產(chǎn)品為載體、以設(shè)計(jì)性及創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)為動(dòng)力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和思維活力，提高大學(xué)生的教育素質(zhì)。

多年教學(xué)實(shí)踐表明，傳統(tǒng)的《互換性與技術(shù)測(cè)量》實(shí)驗(yàn)課程存在的主要問題有：（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和工業(yè)實(shí)踐及企業(yè)實(shí)際產(chǎn)品聯(lián)系較少，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容空泛、多年一貫制，不能激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的熱情;（2）驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)多，綜合性的實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)少，創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)缺乏。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中沒有注重把所學(xué)的尺寸公差、形狀和位置公差、表面粗糙度等機(jī)械零件精度優(yōu)化設(shè)計(jì)的知識(shí)加以運(yùn)用，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的目的不能得到有效的訓(xùn)練，使學(xué)生機(jī)械精度設(shè)計(jì)實(shí)踐能力的提高受到一定的限制;（3）本課程實(shí)驗(yàn)涉及的內(nèi)容多、項(xiàng)目多、儀器多。如在形狀和位置誤差的測(cè)量中，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定就有5種檢測(cè)原則，107種檢測(cè)方案。此外，還有長(zhǎng)度測(cè)量、錐度測(cè)量、表面粗糙度測(cè)量、螺紋測(cè)量、齒輪測(cè)量、鍵及花鍵的測(cè)量等，學(xué)生面對(duì)許多從未接觸過(guò)的儀器往往無(wú)從下手，感覺困難較大。針對(duì)這些實(shí)踐性教學(xué)中存在的問題，對(duì)課程實(shí)踐性教學(xué)改革進(jìn)行了積極的探索，具體如下：

在課程的有效學(xué)時(shí)內(nèi)，調(diào)整實(shí)踐性教學(xué)內(nèi)容，增加生產(chǎn)實(shí)踐中的公差與配合設(shè)計(jì)實(shí)踐訓(xùn)練。在課程實(shí)驗(yàn)中將學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的產(chǎn)品零件與企業(yè)實(shí)際產(chǎn)品緊密結(jié)合，如結(jié)合華冶設(shè)備公司生產(chǎn)的螺旋焊管設(shè)備的傳動(dòng)軸和齒輪、華天機(jī)械制造公司生產(chǎn)的電子衡設(shè)備的軸和襯套零件等，讓學(xué)生對(duì)企業(yè)實(shí)際產(chǎn)品零件進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)行公差與配合的設(shè)計(jì)，開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

設(shè)立選作的機(jī)械精度優(yōu)化設(shè)計(jì)科研實(shí)踐課題，讓學(xué)生自由組合、自愿參加。參加科研實(shí)踐課題的學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，針對(duì)課題中的產(chǎn)品零件完成以下幾個(gè)方面的工作：分析研究產(chǎn)品零件的工作狀況及對(duì)應(yīng)的各種精度要求;進(jìn)行尺寸公差設(shè)計(jì);開展形狀和位置公差設(shè)計(jì);完成表面粗糙度設(shè)計(jì);實(shí)施齒輪精度、螺紋精度、軸承配合精度、鍵配合精度等設(shè)計(jì);綜合分析總結(jié)本課題的精度設(shè)計(jì)工作。對(duì)參加和完成課題的學(xué)生在成績(jī)?cè)u(píng)定中按規(guī)定給予一定的加分，鼓勵(lì)學(xué)生參加科研，提高創(chuàng)新能力。

調(diào)整課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目和內(nèi)容，增加設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)驗(yàn)，適當(dāng)減少驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，把單純性實(shí)驗(yàn)改為綜合性實(shí)驗(yàn)。

分析、研究、編制和完善相應(yīng)的實(shí)踐性教學(xué)資料和課程實(shí)驗(yàn)規(guī)章制度。在進(jìn)行上述實(shí)踐性教學(xué)改革的同時(shí)，還編著了新的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，修訂和完善了課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)管理辦法、實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核辦法、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等實(shí)踐性教學(xué)的有關(guān)資料和文件，使本課程的實(shí)踐性教學(xué)改革能夠科學(xué)、規(guī)范、有序地推進(jìn)，不斷提高實(shí)踐性教學(xué)的質(zhì)量。

三、課程多媒體、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)改革

對(duì)《互換性與技術(shù)測(cè)量》課程在教學(xué)方法和手段上進(jìn)行了教學(xué)改革，應(yīng)用多媒體和網(wǎng)絡(luò)化先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)。在課堂教學(xué)使用的課件中，將教材中的基本教學(xué)知識(shí)通過(guò)梳理、分析、精簡(jiǎn)、充實(shí)，把教學(xué)內(nèi)容制成圖形、動(dòng)畫、表格、文字、聲音等形式多樣的各種文件，這些文件在教學(xué)中交相映襯、互相補(bǔ)充，用于講解、演示教學(xué)基本知識(shí)，獲得了很好的效果。特別是對(duì)每一章節(jié)中的重點(diǎn)，都要進(jìn)行突出演示和講解，并適時(shí)配以實(shí)例，獲得了舉一反三、事半功倍的效果。如在形位公差這一章節(jié)，多媒體課件展示出控制形位誤差的各種公差帶形狀，使課堂教學(xué)內(nèi)容形象化、簡(jiǎn)易化，更便于學(xué)生理解和接受。對(duì)一些學(xué)生們不易用傳統(tǒng)教學(xué)法理解的內(nèi)容，我們用動(dòng)畫制作軟件，設(shè)計(jì)制作了形象逼真而且可以控制的動(dòng)畫配合演示。如在講述公差原則這一節(jié)時(shí)，學(xué)生們對(duì)尺寸公差與形位公差之間的補(bǔ)償機(jī)理和關(guān)系往往搞不清楚，理解不透，這也是教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)和重點(diǎn)。針對(duì)這個(gè)問題，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了一對(duì)孔和軸在多種誤差情況下的漸進(jìn)式裝配配合動(dòng)畫演示，在多媒體演示中，教師能方便地控制配合件的前進(jìn)、后退、旋轉(zhuǎn)、誤差變化、動(dòng)、停等操作，配合關(guān)系形象逼真、色彩鮮亮，重點(diǎn)難點(diǎn)的概念問題在演示過(guò)程中清晰可見、一目了然，非常便于學(xué)生理解掌握。同時(shí)，本課程還使用現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)。將教學(xué)大綱、授課教案、習(xí)題、課程課件、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、參考書目等教學(xué)資料發(fā)布在校園網(wǎng)上，創(chuàng)建課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，方便學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)。學(xué)生在網(wǎng)上和教師互動(dòng)，增加了師生交流[5]。學(xué)生網(wǎng)上提出問題，教師網(wǎng)上解答和答疑;學(xué)生網(wǎng)上做練習(xí)習(xí)題，教師網(wǎng)上批閱。形成了立體化的課程教學(xué)體系，顯著提高了教學(xué)效果。

四、創(chuàng)新增加課程綜合案例教學(xué)環(huán)節(jié)

《互換性與技術(shù)測(cè)量》課程最重要的目標(biāo)之一是培養(yǎng)學(xué)生合理設(shè)計(jì)機(jī)械精度的能力。機(jī)械精度設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，既能保證機(jī)械準(zhǔn)確、可靠、持久地完成功能任務(wù)及規(guī)定的動(dòng)作，又要使機(jī)械制造成本低廉，這是因?yàn)闄C(jī)器的精度直接影響機(jī)器的工作性能、振動(dòng)、噪聲、壽命、制造加工的難易和成本等。同時(shí)，機(jī)械精度設(shè)計(jì)也是學(xué)生在學(xué)完本課程后應(yīng)達(dá)到的基本要求，使學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)機(jī)器和零件的功能要求，設(shè)計(jì)合適的公差與配合等各項(xiàng)精度指標(biāo)。這些精度指標(biāo)包括設(shè)計(jì)確定機(jī)器零、部件的尺寸公差與極限偏差、幾何公差、表面粗糙度、與滾動(dòng)軸承配合的公差與極限偏差、鍵聯(lián)結(jié)的公差與極限偏差、螺紋配合的公差與極限偏差、齒輪的精度等級(jí)及各項(xiàng)公差與極限偏差等，以保證機(jī)器能正確地進(jìn)行裝配和使用、滿足工作精確度并使制造成本更合理。

針對(duì)課程目標(biāo)，我們?cè)凇痘Q性與技術(shù)測(cè)量》課程有效學(xué)時(shí)內(nèi)，創(chuàng)新性地增加了綜合案例教學(xué)內(nèi)容，緊密聯(lián)系工業(yè)實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐中的公差配合設(shè)計(jì)講授和實(shí)踐體驗(yàn)。綜合案例選擇與普通機(jī)械產(chǎn)品機(jī)械精度設(shè)計(jì)中具有廣泛共性的齒輪減速器進(jìn)行三維動(dòng)畫機(jī)械精度設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)，三維動(dòng)畫綜合案例以實(shí)際工業(yè)產(chǎn)品中某種一級(jí)圓柱齒輪減速器為例，主要分為三個(gè)部分：減速器主要零件三維動(dòng)畫演示、減速器主要相關(guān)零件配合及精度設(shè)計(jì)演示和圓柱齒輪減速器總裝配三維動(dòng)畫演示。

綜合案例第一部分減速器主要零件共選擇、制作了多個(gè)零件，主要包括箱座、箱蓋、軸、齒輪軸、大齒輪、軸承、軸承端蓋、鍵、調(diào)整墊片、銷等。這些零件在下一步的相關(guān)零件配合及精度設(shè)計(jì)演示中起主要作用。綜合案例第二部分是減速器主要相關(guān)零件配合及精度設(shè)計(jì)演示，共選擇、設(shè)計(jì)制作了多種組合，每一種組合中有不同的若干零件相互裝配配合，并且可以顯示該組合配合表面所應(yīng)合理設(shè)計(jì)的各種機(jī)械精度值（尺寸公差、幾何公差、表面粗糙度等）。

使用我們自主研發(fā)設(shè)計(jì)的《互換性與技術(shù)測(cè)量》三維動(dòng)畫綜合案例軟件教學(xué)時(shí)，打開該軟件進(jìn)入頁(yè)面，根據(jù)教學(xué)需要可以選擇減速器主要零件、減速器主要相關(guān)零件配合及精度設(shè)計(jì)、減速器總裝配三個(gè)部分的選項(xiàng)。創(chuàng)新地將課程綜合案例教學(xué)環(huán)節(jié)融入課程教學(xué)中，對(duì)機(jī)械中的各種機(jī)械精度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，運(yùn)用先進(jìn)、生動(dòng)、直觀的三維立體動(dòng)畫演示其零部件的配合情況和精度選擇，有效地解決了理論教學(xué)中學(xué)生不易理解掌握的難點(diǎn)重點(diǎn)，提高了課程教學(xué)質(zhì)量，取得了良好的教學(xué)效果。同時(shí)，這種綜合案例教學(xué)軟件的開發(fā)進(jìn)一步完善了課程教材體系。

五、建設(shè)精品課程的成效

在高等教育“質(zhì)量工程”的推動(dòng)下，經(jīng)過(guò)數(shù)年的探索和實(shí)踐，《互換性與技術(shù)測(cè)量》課程的教學(xué)工作取得了較為顯著的成效。太原科技大學(xué)為第一作者單位編著的本課程教材《互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)》被教育部評(píng)審為“普通高等教育國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材”，被國(guó)家新聞出版局評(píng)審為“十三五國(guó)家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃教材”，并在全國(guó)200多所高等學(xué)校廣泛應(yīng)用，各校普遍給予好評(píng)，教學(xué)效果良好，取得了很好的社會(huì)效益;本課程建設(shè)成為省級(jí)精品課程，在本學(xué)科教學(xué)中具有示范作用;本課程建設(shè)中完成多項(xiàng)省、校級(jí)教學(xué)改革成果并榮獲山西省教學(xué)成果一等獎(jiǎng);本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)中涌現(xiàn)出省級(jí)教學(xué)名師。在建設(shè)精品課程的實(shí)踐和探索中，我們深刻地體會(huì)到，在教學(xué)中只有堅(jiān)持教學(xué)改革、堅(jiān)持創(chuàng)新、堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際、堅(jiān)持不斷的探索與實(shí)踐，才能在高等教育中錘煉出好的精品課程，使教學(xué)質(zhì)量不斷提高，使學(xué)生受益，獲得顯著的教學(xué)效果。本課程的教學(xué)質(zhì)量仍然有提升的空間，課程建設(shè)和創(chuàng)新還將持續(xù)進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

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