問題驅動教學模式在機械制造工藝學中的應用

段現銀 蔣國璋 夏緒輝 周敏 周艷 王蕾

【摘要】機械制造工藝學是具有較強工程性和實踐性的機械類專業核心課程，本文針對該課程教學面臨的問題，研究了問題驅動教學模式的教學改革應用。實踐發現，采用問題驅動式教學模式能夠有效地提高學生的學習興趣、課程參與度和學習效果，而且對學生自主學習能力以及實際問題的探究能力有較好鍛煉。

【關鍵詞】問題驅動 教學改革 教學模式

【基金項目】湖北省高等學校省級教學研究項目“基于制造業信息化特色的工業工程專業研究生培養模式研究”，（項目編號：2014237）；2017武漢科技大學教學研究項目：面向綜合能力提升的服務型工程訓練體系改革與實踐（項目編號：2017X062）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）04-0209-02

一、問題驅動式教學模式的構建

（一）課程內容的提出與導入

學生在生活中熟知或在現實生活中了解較多的實際話題能夠更好更迅速地建構知識的意義，生發于親身體驗的思考能夠比灌輸的經驗講授能夠更到位地觸碰學生的興趣點。問題驅動式教學模式在課程內容的提出階段就強調營造現實情境吸引學生的學習熱情。學生感興趣的背景話題可以通過多種媒介提出，諸如視頻片段、虛擬模型和現場照片等，亦可由教師描述。目的都是引導學生思考話題對應在實際工程中的背景。這一過程需要教師的循循善誘，啟發學生逐步地發現與課程內容相關的問題上。由問題驅動工程背景能夠在課程開始就設法抓住學生的興趣點，以及訓練學生在現實生活中發現工程問題的能力。

（二）理論建模與分析

由發現問題自然過渡到解決問題，問題驅動式教學模式注重由學生運用力學、物理和數學等背景知識自主地分析工程問題，建立對應的理論模型，抽象出工程背景對應的相關理論。這一階段既需要教師為學生提供準確適當的基礎資料，也需要教師在過程中積極引導與師生互動。基礎資料要與課程內容密切相關，具有較好的指導性，可由教師提前梳理和準備，或由教師引導學生自主搜索與整理。師生互動過程要引導學生將問題逐層分解到足夠解決的程度，為學生的思考過程提供支撐和自信。在這一過程的優化設計不僅可以很好地促進和提高學生綜合運用學科理論知識與技術方法對工程問題進行系統表達、模型建立和分析求解等方面的能力。

（三）專業知識的歸納與總結

在應用一般理論到解決特殊問題之后，進一步引導學生從特殊問題中歸納總結出具有普遍性意義的專業知識。在問題驅動教學模式中，教師引導學生對理論模型與分析結果等進行整理及歸納，總結得出工程背景所蘊含的具有指導意義的專業知識，該過程有助于學生深刻領會專業知識點的內涵與意義。

（四）實際問題的探究與解決

分析現實問題，學習理論知識是一個從實際到理論的過程，是學生學習與認知的第一次跨越。而應用理論知識探究與解決新的實際問題是一個從理論回到實際的過程，是學生學習與認知的又一次跨越。作為第一次跨越的補充和發展，第二次跨越還是教學意義所在。問題驅動教學模式引導學生將所學的理論知識拓展或遷移運用到新對象的該類問題中，學生通過自主探索，綜合運用學科理論知識與技術方法，鍛煉自身探究解決工程中的實際問題以及進行科學研究的能力。

二、問題驅動教學在機械制造工藝學中的應用

（一）課程導入部分

簡要回顧上節課所學知識，即工件在機床夾具中的定位中的相關知識，并通過設問“如何衡量定位精度？”引出本節課的話題，讓學生知道章節內容之間的聯系，為引起學生對本節定位誤差的學習興趣做鋪墊。接此話題，選擇汽車發動機中的活塞零件作為舉例引入課程內容，通過動畫形式展出汽車發動機的工作過程，并以“發動機是汽車的心臟”、“活塞是發動機的中樞”的形象比喻，提升課程內容對學生的吸引力。從汽車性能要求到發動機性能要求日益提高，再到活塞高速高壓高溫的惡劣工作環境，接著到作為支承部分的活塞銷孔負荷顯著增加，逐步引出核心零件中的關鍵工序。然后提問“如何保證活塞銷孔的加工精度？”激發學生的好奇心。讓學生思考列舉活塞加工中的各種誤差源，順勢引入“定位誤差”，并通過分析讓學生體會到“定位誤差分析與計算”對于零件加工誤差控制的重要性。

（二）理論分析部分

通過讓學生思考如何理解和定義定位誤差進入課程的理論分析部分，從引起的過程和數值的大小兩方面逐步引導學生的回答，直到學生理解引起的過程是工件定位過程中的不準確，數值的大小是工序基準沿工序尺寸的最大偏離量。接下來自然地引出問題“工序基準偏離理想位置包括哪些原因？”也就是產生定位誤差的因素包括哪些。對此，結合一個簡單的實際生產案例，比如在一批盤形零件上銑削鍵槽，讓學生結合這個案例進行分析。該實例的定位元件與定位方法較為簡單，其定位基準分析和工序尺寸的工序基準分析都比較容易，方便學生通過實例判斷出定位產生定位誤差包括兩項基準不重合和定位基準位移兩種因素。這個過程需要強調“工序基準”、“定位基準”兩個概念，通過學生的思考與聯系達到熟練掌握這兩類基準之間的區別，并能夠準確地分析和確定出工序基準和定位基準。

然后逐步引導學生分析兩種因素單獨引起的定位誤差。讓學生通過思考理解清楚第一種是通過定位方式判斷定位基準→通過工序尺寸的定義判斷工序基準→確定兩基準間尺寸公差。第二種是要通過提問影響定位基準位移的子因素，讓學生思考回答出定位元件公差、定位基面公差、定位副的配合間隙這三項子因素；接著綜合這三項子因素，引出同時考慮這三項制造誤差時的定位副制造誤差；最后，由學生分析工件的受力和運動，提問“什么情況下會出現移動量最大？”，并自然地得出定位基準的最大移動量，即計算出由定位基準位移產生的定位誤差。在進行因素分析以后，再提問這兩類因素并存時定位誤差的如何計算。引導學生思考定位誤差的合成計算方法，在此過程要分三種不同情況詳細分析了應用合成法計算定位誤差中正負號的判定方法。