互換性與技術測量課程在新工科背景下教學改革與實踐

黃小娣 楊斌 馮丹艷

摘 ?要：文章從新工科建設背景下地方高校培養應用型人才支持地方經濟發展要求出發，針對民辦院校的特點，著重分析本課程對于機械設計專業的教學組織、實驗安排，考核評定等展開探討，加強和突出對學生學習過程的考核，培養學生自主學習中，獨立思考，在實操中綜合運用知識的工程素質。

關鍵詞：新工科;課程改革;混合教學;多元化評價體系

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）13-0105-04

Abstract： Based on the requirements of training applied talents to support the development of local economy in local universities in the context of new engineering construction， this paper focuses on the analysis of the teaching organization， experimental arrangement， assessment and evaluation of the Mechanical Design major according to the characteristics of private colleges and universities， strengthens and highlights the assessment of students learning process， and trains students to think independently during their autonomous learning， so as to possess the engineering quality of comprehensive application of knowledge in practical operation.

Keywords： new engineering; curriculum reform; mixed teaching; multiple evaluation system

引言

新工科是在國家戰略發展走向新需求、國際競爭走向新形勢、立德樹人走向新要求的基礎上提出的符合我國工科教育的改革方向，其主要內容是：以立德樹人為引領，以應對新形勢為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越的工程人才[1]。教育部在2017年2月提出的新工科建設的“復旦共識”中指出：地方高校要對區域經濟發展和產業轉型升級發揮支撐作用。所以，地方應用型本科高校——以廣東理工學院為例，辦學目的不是培養科研人才，而是培養具有一定專業基礎，實踐應用能力強、創新意識好、團隊協作能力強，能適應珠三角地區域經濟發展的應用型人才[2]。

一、課程地位

互換性與技術測量課程是機械工程一級學科各專業的一門主要技術基礎課，它將機械設計和制造工藝系列課程緊密地聯系起來，成為架設在技術基礎課、專業課和實踐教學課之間的橋梁。其主要研究對象是如何進行幾何參數的精度設計，即如何通過有關的國家標準，合理解決產品使用要求與制造工藝之間的矛盾，以及如何運用質量控制方法和測量技術手段，保證有關的國家標準的貫徹執行，以確保產品質量。精度設計是從事產品設計、制造、測量等工程技術人員所必須具備的能力。

本課程是從“精度”與“誤差”兩個方面去分析研究機械零件及機構的幾何參數的。設計任何一臺機器，除了進行機械的運動設計;還需進行機械的結構設計;機械精度設計。所謂運動設計或稱為系統設計，是機器的總體設計和部件設計，它滿足機器運動學方面的要求，如機構、機器的軌跡、速度或加速度等;而結構設計或稱為參數設計，是機械的零件設計，它滿足機器或部件中零件強度，剛度方面的要求，如構件的長度或截面積，零件的直徑和壽命等;還需進行機械精度設計主要是保證機器或部件工作時的精度方面的要求，使產品功能與經濟效益能產生好的綜合效應。

二、教學現狀與不足

（一）理論教學

《互換性與技術測量》課程教學內容包括互換性設計和技術測量兩方面的內容，廣東理工學院開設這門課程的主要專業是機械設計專業、車輛工程專業以及機械電子專業，其中機械設計專業為必修課，而機械電子專業以及車輛工程專業為選修課。改革之前，本課程開設在《機械制圖》課程之后，必修課的教學時數為40學時，包含32學時的理論教學和8學時的課程實驗，選修課則為32學時，其中24學時理論教學和8學時實驗。理論課主要是學習互換性設計方面的內容，包括尺寸公差的設計、形位公差的設計以及表面粗糙度的選用，由于課時的限制，以及缺少配套的教學設施，學生的理論學習則是“聽課、記筆記、做作業”的被動式學習，學生的學習主動性較差，與實際的設計接觸得極少，而典型零件的公差設計也沒能進入課堂教學，整個教學效果并不理想。

（二）課程實驗

改革前就我校情況而言，《互換性與技術測量》的課程實驗主要是基于已有的設備而開設的，實驗課時為8學時。目前開設的實驗有：三針法測外螺紋單一中徑誤差;齒輪公法線變動誤差;表面粗糙度的檢測;合像水平儀測車床導軌直線度誤差。實驗過程包括儀器的使用、數據的檢測、數據的處理以及合格性的判斷。就本課程而言，互換性設計以及技術測量兩部分的內容對于工科機械類學生而言是同樣重要的，8學時的技術測量涵蓋的內容少，比如對于很多典型零件比如滾動軸承、鍵和圓錐體的公差檢測無法開展，且基于已有設備而開設實驗缺乏科學性，比如對于最基本的尺寸誤差以及形位誤差的檢測并沒能進行實踐。

（三）考核形式

之前互換性與技術測量課程考試還延續著應試教育的特征，即平時成績占30%（包括平時的出勤情況、平時作業以及實驗成績），期末考試卷面成績占70%。考試的內容主要是理論課講授的部分，即尺寸公差、形位公差以及粗糙度幾個方面的內容。對于平時成績，學生只要缺課少，作業和實驗報告都交齊，基本上都能拿高分，但事實上學生抄作業的情況非常嚴重，實驗則是分組進行，同一個小組可用一樣的實驗報告，這些方面教師并不能了解各個學生實際的學習態度以及掌握情況。期末考試一般教師都會在考前劃分重點復習的內容，所以，學生基本上都能順利通過考試。這種考試形式是基于以教師為主的灌輸式教育，學生被動學習，跟現在提倡的高校教育應該嚴把質量關[3]是相違背的，不利于培養學習主動，思考獨立，具有很強的動手能力以及創新能力的學生，達不到地方高校工程質量的培養目標。

三、改革措施

（一）理論教學的改革

隨著現代教育技術的快速發展以及廣泛應用，大多數的高校都在研究一些新的教學方法來滿足學生的學習需求[4]。新工科建設的目標是形成以學生為中心的工程教育模式，改革教學方法和考核形式，推進信息技術和教學的深度融合[5]。廣東理工學院工業自動化系根據課程資源和教學要求，對資源進行整合以及對該課程的教學方法進行改革，建立了在線學習，課堂教學和案例導入三者結合的教學方式。這種靈活的教學形式拓寬了學生的學習環境，由單純的課內被動學習延展到課堂以外的自主學習。

1. 建立混合的教學模式

對于我校機械設計類學生而言，畢業生主要的就業方向是機械設計、機械加工以及零件的檢測。本課程與設計以及檢測息息相關，參考其它高校的課程實施，本課程開設的理論學時都在40學時以上[6]，面對課時量的不足，更具實踐意義光滑極限量規的設計以及典型零件的公差設計等教學任務完成起來極度困難。我校基于MOOC平臺建立了混合的教學模式。教師由一個課堂上的傳授者變成了新模式里面的引領者，學生也從以往的“要我學”變成“我要學”。通過課里課外的學習，教學進度和學習深度都有了明顯的提高。新的教學模式如圖1所示。

在混合教學模式中，教師可以通過平臺發布學習任務，在線答疑和分析學生的在線學習情況，而學生則可以通過班級的微信群了解本周的學習任務后，自主選擇完成觀看視頻和提交作業的時間和地點，還可以在線討論。通過課前的學習和討論，學生帶著疑問到課堂，而教師則可以通過平臺反饋的學習情況分析，更加了解課堂教學的重點和難點，從而讓課堂變得簡單且高效，從而實現用更少的課時量進行更多更廣的內容學習。

2. 以案例驅動教學

通過MOOC平臺，基礎的知識點學生通過教學視頻基本能掌握，比如說在尺寸精度設計這塊內容中，對于配合種類的判斷這個知識點，17級課前提交上來的學生作業中，只有8個學生（總人數245人）做錯，不到總數的10%，對于間隙或過盈量的計算則有56個學生做錯，而對于配合設計這個知識點，做對的只有不到30人，做錯的超過80%。從這些數據可以看出，學生對基礎知識的掌握完全可以通過預習達到，而對于知識的應用，很少同學能一步到位。典型的教學案例，比如對于鉆模的互換性設計如圖2。（1）固定鉆套外圓與鉆模本體孔為過盈配合，配合為H7/r6;（2）固定套內孔與鉆頭為間隙配合，固定鉆套內孔的名義尺寸為鉆頭直徑尺寸的最大值，偏差為F8;（3）固定襯套外圓與鉆模本體為過盈配合，配合為H7/r6;（4）固定襯套與快換鉆套外圓為間隙配合，配合為H7/g6。

通過以上案例的分析，一方面可以結合工程實際重點講述配合的選擇方法，另一方面可以選其中一兩個典型的配合進行間隙或過盈量的計算，這樣就能更有針對性地進行教學。其次，目前我校對本課程的必修教學人數維持在300人左右，每個班大約50人，可以對各班人數進行分組，在每個理論教學內容之后（比如尺寸公差設計），基礎作業在平臺上提交，課后作業則以分組的形式完成一個與之相關的實際設計題目，增強設計理論的理解與應用，以便更貼近我們的人才培養目標。

3. 更多地與其他科目聯系

《互換性與技術測量》是機械設計專業的基礎課，它的課程任務是完成精度設計，開設于《機械設計基礎》課程之前，我校的機械設計專業的學生在《機械設計基礎》課程學完之后會進行為期三周的課程設計，設計的內容包括減速器機構的選用，電機的選用以及零件的尺寸設計，在設計的過程中學生只按該課程的設計任務來進行，大部分學生未能進行精度設計。因為，基于培養學生綜合知識運用能力的培養目標，應該把機械設計的課程設計進行得更為綜合，培養學生設計出一款機構合理，性能穩定，可互換的現實中的產品。

（二）課程實驗的改革

1. 實驗項目適當增加

技術測量是本課程的另一個教學目的，機械加工廠里面零件的檢測所用到的就是技術測量相關的知識點，要求檢測人員非常清晰地知道被測要素、基準要素是什么，儀器如何選用，參數如何設置，數據如何處理，這都要求有很高的專業技術。對于常用的尺寸誤差以及形位誤差的檢測，對于應用型本科的畢業生必須要掌握，因此，在原有的四個實驗的基礎上適當增加尺寸誤差檢測項目、形位誤差檢測項目，如果能增加一兩個典型零件的公差項目檢測則教學效果會更理想。

2. 實驗組織以及配套的改革

目前我校的實驗組織的形式是分組，一組一套量具一個被測零件，而這些零件并無配套的零件圖，這就導致出現兩個問題，其一是同組的學生中往往會有的學生并不動手，實驗報告抄襲，其二是由于沒有零件圖，所以被測量的零件的技術要求無從得知，所以進行數據處理之后，并不能進行合格性的判斷。基于以上問題以及我校的實際情況，由于每一屆都會進行機械設計的課程設計以及金工實訓，因此，可以要求學生在金工實訓的時候按機械設計課程設計出來的零件加工，零件圖紙打印出來，加工完成之后保存零件以及配套的圖紙，以便本課程進行技術測量的時候檢測，這就大大增加了各課程實施之間的聯系，同時足夠的零件可以讓同組的同學共用一套量具而分別測量不同的零件，杜絕抄襲的惡行。橫向的學習也能提高學生的綜合運用知識的能力。

（三）建立多元化成績評價體系

多元化的成績評價體系是基于本課程的混合教學模式建立起來的。新的教學模式下的理論教學分成了線上學習、面對面的課堂教學以及分組完成的實際項目，為了保障課堂教學和課程實驗的改革貫徹落實，降低期末理論考試的成績占比，提高過程性考核占比，突出學生的實際操作能力、知識運用能力的考核，要對學生進行多元化的基于大數據技術分析的，以便對學生成績做出更客觀的判斷[7]。新的成績評定方式如圖3。

在多元化評價體系中在線學習包括課程視頻學習，作業提交，章節考試以及在線互動等情況;課堂案例學習包括平時課堂表現、考勤、分組作業以及期末考試;課程實驗則包括實驗過程的操作以及實驗報告的填寫。在新的評價體系中，由傳統的期末考試占比70%到現在的30%，這就等于改變了以往考前臨時抱佛腳就能順利過關的現象。學生的線上學習占比的加入，為課堂教學加入了一股新的力量。以廣東理工學院工業自動化系互換性與技術測量課程為例，利用網絡平臺多元化成績評價體系應用于17級機械設計1、機設2、機設3、機設4、機電班五個教學班共245人的成績評價中。表1為17機設1班部分學生的線上成績評價情況。

從表中可以看出大部分學生都能課前完成教師指定的觀看課程視頻的任務，作業的提交和章節的測試也基本合格，這就為課堂的案例教學實施打下了基礎。同時，學生對自己成績起到了主導作用，學習的主動性明顯提高。由此可見，對學生成績進行量化作為期末總評的考核的評價指標是科學的。

四、結束語

本文從新工科建設背景下地方高校培養應用型本科人才支持地方經濟發展要求出發，分析我校對于本課程現有教學模式的不足，從理論教學組織，課程實驗開展以及考核評定方式幾個方面改革課程。從以前的教師灌輸到現在的學習之中運用，運用之中學習互相促進，把主動性還給學生，致力于培養理論知識過硬，實際操作和知識綜合運用強的高工程素質人才。

參考文獻：

[1]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（6）：1-6.

[2]孔俊超，王玉勤，董慧芳.“地方性應用型”本科的“機械原理”課程改革探索[J].科教文匯，2019，2：77-79.

[3]劉明月.深化高校教學改革提高教學質量[J].現代企業，2019（07）：128-129.

[4]周開發，曾玉珍.新工科的核心能力與教學模式探索[J].重慶高教研究，2017（3）：22-35.

[5]顧佩華.新工科與新范式：概念、框架和實施路徑[J].高等工程教育研究，2017（6）：1-13.

[6]侯赤，趙美英，惠嘉，等.面向新工科的飛行器結構設計課程群建設探索[J].西北工業大學學報（社會科學版），2017，37（04）：86-90+109.

[7]李月峰.“移動互聯網+”時代混合式教學模式探討與實踐[J].中國教育信息化，2018（12）：50-52.