面向車輛工程專業核心課程內容的教學設計

盛精 張炳榮 易了 陳鼎

摘 ?要：為提高核心課程的教學質量，對其教學內容開展教學設計是非常必要的。以客車制造工藝學課程中“定位誤差分析與計算”一節為例，從課程的教學目標出發，闡明該教學內容的教學任務;針對教學內容特點，指出采用的教學手段與教學方法，強調情感目標融入教學的方法;根據具體的教學內容，制定課前、課中和課后教學內容的組織過程。通過實施上述的教學計劃，取得顯著的教學效果，表明該教學設計的可行性與有效性。

關鍵詞：核心課程;客車制造工藝學;定位誤差分析與計算;教學目標;教學設計

中圖分類號：G642 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2022）15-0131-05

Abstract： In order to improve the teaching quality of core courses， it is necessary to develop teaching design for its teaching content. Taking the section of "analysis and calculation of positioning error" in the course of Bus Manufacturing Technology as an example. Starting from the teaching objectives of the course， the teaching tasks of the teaching content were clarified in this paper. According to the characteristics of teaching content， the teaching means and teaching methods used were pointed out， and the method of integrating emotional goals into teaching was emphasized. Based on the specific teaching content， the organization process of teaching content before， during and after class was formulated. Through the implementation of the above teaching plan， remarkable teaching results have been achieved， which shows the feasibility and effectiveness of the instructional design.

Keywords： core courses; Bus Manufacturing Technology; positioning error analysis and calculation; teaching objectives; instructional design

隨著人們對汽車品質追求的不斷提升，汽車產品的精密/超精密制造技術得到迅速發展，高性能的工藝裝備則首當其沖。眾所周知，夾具廣泛地應用于機械加工領域，作為工藝裝備之一的夾具引起的誤差是產品制造誤差的主要來源[1]。夾具定位誤差是夾具誤差的重要組成部分，而定位誤差值直接影響工件的尺寸、形狀和位置精度。因此，合理設計夾具精度，對于提高企業制造水平與市場競爭能力具有重要意義[2-3]。

高等院校肩負著培養未來企業工程技術人員的重任。在講授汽車產品制造技術的過程中，車輛工程專業的夾具設計知識在廈門理工學院是由客車制造工藝學核心課程完成教學的，而定位誤差代分析與計算是該課程的一項重點、難點內容。然而，在定位誤差分析與計算一節的教學過程中存在的主要問題有：教材中視圖偏少，文字說明過于簡潔;學生缺乏工程知識，學習主動性差;教師講解過程呆板，采用的案例不足等。這些問題造成該知識點的教學效果與目標有偏差。

在定位誤差分析與計算的教學研究方面，劉堅等[4]在闡明工件用圓孔定位的定位誤差常規計算表達的基礎上，提出了其修正方法;宋新華等[5]對比了幾種關于定位誤差的定義，強調了工序基準、定位基準和對刀基準（后稱三個基準）對計算誤差的重要性;樊琳[6]研究了工件、定位元件與三個基準對基準不重合誤差和基準位移誤差之間的關聯;李水良等[7]對比了幾種定位誤差的定義，認為理解概念是正確計算定位誤差的前提。不難看出，這些研究是對教材知識點的挖掘與拓展，確切地說是對教材內容的補充，對學生深入理解該教學內容的確有一定的輔助作用。但是，前面提及的教學問題并沒有得到較好的解決。從相關文獻可知，教學設計對于各課程內容的教學具有很大的提升作用[8-9]。為此，本研究擬從定位誤差分析與計算教學內容著手，注重教學圖例、課程思政、案例教學等，探索該內容的教學，以期為該教學內容提供一種解決方案。

一、教學任務

（一）教學內容

選取客車制造工藝學的教學內容為“定位誤差分析與計算”，隸屬“工件的裝夾和機床夾具”章的一節[10]。

（二）教學目標

客車制造工藝學的課程目標與畢業要求指標點之間的對應關系見表1。從表1出發，針對定位誤差分析與計算內容的教學，分析對應的課程目標1、課程目標2、課程目標3和課程目標4的教學目標：（1）能準確找出工序基準、定位基準（定位基面）;（2）會分析基準不重合誤差、基準位移誤差產生的原因;（3）可以正確計算工件基準不重合誤差與基準位移誤差，以及定位誤差。

（三）教學內容的重點、難點和疑點

重點：工序基準和定位基準判斷;造成基準不重合誤差、基準位移誤差產生的原因分析。

難點：基準不重合誤差、基準位移誤差與定位誤差的計算。

疑點：基準不重合誤差、基準位移誤差“+”或“-”合成定位誤差的問題。

（四）情感目標（課程思政）融入的策略

首先，通過展現工序基準和定位基準在夾具/工藝設計和汽車產品制造中的應用，體現專業倫理;對造成基準不重合誤差、基準位移誤差產生的原因分析過程，呈現出科學精神。其次，通過課堂問題思考、案例分析和課后作業，以及后續實踐課程開展的夾具設計、工藝設計，強化品德修養和人格養成。然后，通過基準不重合誤差、基準位移誤差，以及定位誤差的正確計算，再次顯現科學精神。最后，引出高精密制造、中國制造2025與本教學內容之間的關聯事例，進而凸顯家國情懷。

二、教學方法與教學手段

（一）教學方法

以講授法為主線，輔以討論法、邊講邊測、任務驅動、項目探究、及時糾錯多種教學方法。使豐富的教學資源與線下多種教學手段相融合，夯實教學重點，攻克教學難點，優化教學效果。結合教學目標和教學內容，課前學生自主學習，課中教師采用多種教學方法教學，課后鞏固知識。

（二）教學手段與教學環境

以中國大學MOOC作為課前預熱、課后拓展平臺，線下以智慧雨課堂作為課中教學平臺。課后輔導、答疑通過辦公室線下和騰訊QQ線上實現。提供課程資源：中國大學MOOC網絡資源——國家精品課機械制造工藝學、機械制造基礎和汽車制造工藝，以及團隊建設的我校網絡課程客車制造工藝、虛擬仿真實驗教學平臺。

除了科研成果，建成“福建省客車及特種車輛研發協同創新中心”、福建省客車先進設計制造重點實驗室，以及廈門市和校級重點實驗室12個，都可以讓科研反哺教學。此外，我院擁有“廈門理工學院-林德叉車（中國）有限公司”國家級工程實踐教育中心、“車輛工程”國家級實驗教學示范中心，以及省、校級實踐教學基地10個;學校和學院擁有與課程相關圖書和電子圖書3 600余冊。另外，學校、學院出臺了多個支持學習的政策。上述軟硬環境都為本教學內容的教學提供了良好的教學環境。

三、教學實施過程

（一）課前發布預習任務

學生利用教材、PPT、中國大學MOOC機械制造工藝學、機械制造基礎等學習資源進行課前預習。了解定位誤差的定義、組成以及基準不重合誤差和基準位移誤差的概念及其產生的原因，讓學生帶著問題進入課堂。

（二）課中師生內化知識

教學第一階段：回顧上次課知識并發現問題。教師提問工件為什么要定位？工件用什么實現定位？通過雨課堂工具，讓學生發彈幕回答上述問題，與學生互動。

教學第二階段：提出問題并導入教學內容。提出“批量加工工件時，工件在定位后，其工序尺寸會變動嗎？”導入本次課講授的內容。推出案例，分析工序尺寸變動的原因如圖1、圖2所示。在對影響因素進行分析、歸納后，引入基準不重合誤差、基準位移誤差和定位誤差概念。

教學第三階段： 分析和解決問題。以案例中的心軸定位內孔為例邊講邊練，分析該案例包含基準不重合誤差、基準位移誤差（難點問題），并討論如何正確計算該兩類誤差，如圖3所示。強調定位誤差與基準不重合誤差、基準位移誤差的正確表達如圖4所示。

前面案例誤差原因是獨立的，循序漸進地將復雜工程問題引入。討論外圓定位加工鍵槽，鍵槽底部位置尺寸（三種工序基準）的定位誤差。通過討論，在基準不重合誤差、基準位移誤差計算的難點問題解決后如圖5、圖6所示，定位誤差該如何計算？（提出又一難點問題）。

設置討論環節，學生先分析。教師在評判學生結論后，放棄教材上復雜的幾何推導計算式的方法，采用了圖示法如圖7、圖8所示，把復雜問題簡單化，攻克難點。引出疑點問題：兩類誤差是“+”還是“-”以合成定位誤差？指出工序基準如果在定位基面上時，兩類誤差有因素產生耦合效應。

教學第四階段：學生練習與演示。首先給出一個簡單的課堂練習，以平面作為定位元件時，定位誤差的分析與計算如圖9所示，然后，將工序基準變至大圓下母線，突出難點問題，對比兩者結果。設置討論環節：提出思考問題：V型塊定位方案中，兩類誤差是“+”還是“-”以合成定位誤差？夯實疑點問題的解決如圖10所示。

在課中，應用智慧雨課堂，邊講邊測（設置單選題、多選題），讓學生快速響應如何求解兩類誤差的問題。可迅速得到學生答案，發現問題，并及時糾錯。

教學第五階段：總結梳理。教師總結定位誤差分析與計算的重點、難點和疑點，給出小結。再推送定位誤差過大造成零件超差報廢的案例，闡明高精密制造與制造強國的關聯，融入科學精神、家國情懷。最后，提問“定位誤差采用什么措施控制？定位誤差是否有上限要求，若有，是多少？”引發學生好奇，為下次課教學內容提前預告。

（三）課后作業知識鞏固

布置課后教材練習作業和線上網絡資源提供的自測題，鞏固本次課所學知識。設置課后線下在辦公室和線上QQ的方式，全天候輔導學生學習和答疑。

四、教學設計實施后的效果

按教學設計開展課堂教學近四年，在關于定位誤差分析與計算的不論是作業正確率，還是考試得分率，每年都保持著較高的水準。表明學生對該知識點的掌握程度較好，達成課程的知識目標;基于問題、案例的教學方式提升了學生應用工程知識解決實際問題的能力，初步實現了能力目標;把課程思政元素融入課程教學中，對學生的科學精神和專業倫理、品德修養和人格養成、政治認同和家國情懷都有不同程度的提高，達到了本課程的情感目標，并且學生主動學習的積極性有明顯的增強。通過將本內容教學設計方法拓展至客車制造工藝學課程中其他重點和難點知識，該課程的考試成績穩中有升。

近幾年，在“挑戰杯”大學生課外科技學術作品競賽、大學生機械創新設計大賽、大學生工程訓練綜合能力競賽等國家級、省市級學科競賽，獲獎59項。在中國大學生方程式汽車大賽上，獲得全國總冠軍1次、亞軍1次，一等獎2次;在巴哈賽事中，獲全國總冠軍2次，一等獎1次。這些參賽作品的設計、制作都離不開定位誤差分析與計算以及該課程涉及的相關知識支持。

五、總結與展望

本研究以廈門理工學院車輛工程專業核心課程——客車制造工藝學中定位誤差分析與計算內容的教學為例，開展了教學設計探討，總結與展望如下：

1. 明確教學任務。依據課程的教學目標，分析具體教學內容中的知識點，分別規劃各課程教學目標對應的各項教學內容教學目標;指明教學重點、難點和疑點;并擬定在具體教學過程中教學內容的情感目標融入方法。

2. 設計教學手段與教學方法。充分利用已開發的線上線下教育教學資源，尤其重視科研資源的運用與拓展。注重因材施教，采用匹配的、多樣的教學方法。今后將構建以學生為中心，以成果為導向的教學評價體系，不斷優化教育教學資源配置。

3. 精心策劃教學過程。認真組織課前、課中和課后教師采用的教學方法、教學手段，同時安排學生要完成的任務，看重與學生的互動效應，及時掌握學生對知識點的學習情況，形成閉環教學環境。

4. 教學效果明顯。通過對該教學內容的教學設計并實施，發現學生對該內容的理解增強、解決復雜工程問題能力逐步提升。該方法推廣到客車制造工藝學其他教學內容上，發現該課程的教學效果顯著提升。另外，學生自主學習增加，并踴躍參加國家、省市各類比賽，取得了驕人的成績，教學目標、情感目標漸漸達成。

參考文獻：

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[3]秦國華，邱劍鵬，王華敏，等.基于最大公共子圖挖掘和裝夾性能分析的夾具耦合設計方法[J].機械工程學報，2019，55（17）：185-199.

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[10]王寶璽.汽車制造工藝學[M].北京：機械工業出版社，2007：35-43.