“機械精度設計基礎”課程建設改革與探索

曲東越，劉 崇，展勇

（哈爾濱工程大學 機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150001）

“機械精度設計基礎”是我國各大高等院校工科機械類、儀器儀表類和近機類專業的重要專業基礎必修課之一，是聯系機械設計類課程與機械制造工藝類課程的紐帶。機械精度設計是機械產品設計中不可缺少的重要部分，與生產實際緊密相連，熟練掌握機械精度設計的理論與方法，是學生成為機械行業專門技術人才的基本前提。盡管各高校在“機械精度設計基礎”的教學內容、教學模式及考核方式等方面開展了改革和實踐，但是對課程的認識和教學研究尚未達成廣泛的共識，還存在許多問題有待進一步研究與探討。本文分析總結了現階段教學中存在的問題，以哈爾濱工程大學機電工程學院的專業核心課“機械精度設計基礎”為例，在課程定位、教材建設、教學模式和內容、思想政治融入和課程考核等方面進行了改革和實踐，旨在提高教學效率和質量，提高學生創新能力和解決實際工程問題的能力。

一、現階段“機械精度設計基礎”課程教學中存在的問題

（一）以學生為中心，基于工程實踐項目課程建設亟待加強

傳統的“機械精度設計基礎”授課以教師為中心，重在知識的傳授，內容比較抽象、乏味，學生一般對目前的授課方式接受度不高。同時，“機械精度設計基礎”又是一門具有很強實踐性的課程，與生產實踐密切相連。傳統教學方法依教材章節講授，理論和實踐聯系不夠緊密，重理論輕實踐、缺乏綜合性、實用性，難以調動學生學習的興趣，不能靈活運用所學知識解決工程實際問題。由于培養模式的不完善，學生容易出現以下問題：（1）不能充分認識到精度設計在機械產品設計中的重要性。重方案、結構設計，輕視、忽略精度設計。（2）機械精度設計能力不足。不能合理確定精度設計項目與參數，靈活運用所學專業知識開展機械產品精度設計。（3）不能正確運用相關的精度設計標準與規范。設計工作中不能合理、靈活運用相關標準解決工程實際問題。

（二）課程對工程教育專業認證標準中的畢業要求支持不足

工程教育認證的核心理念是以學生為中心，課程設置、教學目標、教學方式、質量評價等活動都必須圍繞學生工程能力的培養來進行，使學生在畢業及畢業后具有適應社會、就業競爭、深入發展、終身學習的能力。“機械精度設計基礎”是大類培養的核心專業平臺課，課程需支持若干個畢業要求，但當前“機械精度設計基礎”課程無論是課程模式還是教學內容都未能很好地支撐工程教育專業認證標準中的畢業要求。

（三）課程、教材未能及時融入科技發展的最新成果

教材作為高校開展教學的基本工具，既是知識傳授的重要載體，也是引導教學方向、保障教學質量的關鍵因素之一，在教學發展中發揮著不可替代的作用。當前“機械精度設計基礎”大部分教材的內容既沒有根據學生需求與科技發展來充分設計新的教學案例，也沒有體現標準與規范的快速更新，存在大量的同質化現象。隨著時代的發展，暴露出以下幾點問題：（1）經典教材的內容注重理論，無法滿足具有較強實踐動手能力和創新能力的應用型人才培養要求。（2）技術發展使得標準、規范快速更新，原有教材缺少對前沿科技的講解，未能及時融入相關領域的最新發展成果。（3）由于科技快速發展，盡管很多理論沒有過時，但是教學案例等都已不適應時代發展的要求。

（四）授課內容重理論、輕實踐

當前教學模式以課堂教學為主，理論教學內容比重相對較大，精度設計與技術測量的實踐環節相對較少，應根據課程重點、難點，精選、提煉教學內容，在有限的學時內實現以提高實際應用能力為主的教學目標。

（五）課程教學融入思想政治教育亟須加強

課程思政是新時代教育的使命和根本任務。在傳統“機械精度設計基礎”教學中，專注專業知識與理論的講解，沒有深入挖掘背后所蘊含的豐富思政元素，忽略了對學生綜合能力和價值觀進行全面培養和正確引領。在考核中注重專業知識，未體現思想政治教育部分，不能充分評價思想政治素質培養的效果。

二、“機械精度設計基礎”課程建設

針對當前課程教學中存在的問題，秉持以學生為中心、以實際工程問題為導向、緊貼工程教育專業認證標準，哈爾濱工程大學對“機械精度設計基礎”課程進行了探索和改革。

（一）課程定位與目標

通過“機械精度設計基礎”課程的學習，學生應掌握機械精度設計的基礎知識和技能，合理地確定各種零件的精度，能夠分析和解決工程實際問題，具備應用技術標準和技術資料對機械產品進行精度設計和檢測的能力，為日后從事機械設計及制造工作奠定良好的基礎。突出培育求真務實、實踐創新、精益求精的價值觀，“機械精度設計基礎”課程目標為以下幾點。

1.通過講述互換性、標準化的概念，以及機械零部件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度的基本原理和設計方法，使學生了解典型零件極限與配合的組成和應用，合理地確定各種零件的精度，獲得機械精度設計方面的基本知識，辨別機電產品設計、生產中出現的技術、工藝、質量等問題。

2.通過實驗課程，熟悉幾何量測量的基礎知識、測量方法和常用計量器具的使用方法，掌握典型零件精度測量方法。能夠正確分析、處理并解釋實驗數據，能夠分析實驗結果以獲得合理有效的結論。

3.通過本課程的學習，能夠恰當選用或開發滿足特定需求的工程工具和儀器設備進行測量、測試與分析。

（二）課程與工程教育專業認證標準中畢業要求的支撐關系

根據工程教育專業認證標準中對畢業生的畢業要求，培養學生自學能力、提出問題和解決問題的能力，結合本專業多年來人才培養的實踐，該課程支撐畢業要求有3個指標點。畢業要求指標點1-2：能夠運用相關的工程基礎知識和專業知識辨別機電產品設計、生產中出現的技術、工藝、質量等問題；畢業要求指標點4-3：能夠選用或搭建實驗裝置安全開展實驗并正確采集數據；畢業要求指標點4-4：能夠分析實驗結果以獲得合理有效的結論。

（三）教材建設

2019年，新的國家標準《產品幾何技術規范（GPS）——基礎概念、原則和規則》全面替代原有的技術標準。新教材《基于新一代產品幾何技術規范（GPS）的精度設計》全面引入新一代國家標準和規范，緊扣教學大綱及人才培養計劃，教材內容滿足學生的認知需求。新編教材內容主要包括產品幾何技術規范（GPS）與標準簡介；產品幾何、尺寸精度設計規范；產品表面結構設計規范；基于計量學的產品測量技術；典型機械產品的精度設計等內容。每部分內容都以工程實例作為引子，提高學生的學習興趣，輔助學生理解抽象的理論知識。在主要章節中都綜合使用工程案例教授本章的知識點，使學生能夠學會運用理論知識解決工程實際問題。

新教材內容具有以下特點：（1）該書以精度設計與檢測為主線貫穿各章節，注重知識的科學性和系統性，強調傳授知識和設計能力培養的緊密結合。（2）根據我國國家標準實時性強的特點，該書全部采用最新國家標準。（3）在內容安排上，該書包含了傳統教材的基本教學內容，但各章內容相對獨立，適用面廣，既可用于多學時教學，也可用于少學時教學，便于根據各專業不同的教學要求進行選用。（4）該書為突出重點、理順難點，每章節末設置了思考題，使學生能夠更好地鞏固和理解所學內容。

（四）授課模式與內容建設

傳統的“機械精度設計基礎”教學方法是教師講授為主，學生往往被動接收，教師與學生之間缺少交流和互動。這種教學方法既不符合當前以學生為中心、以成果為導向、持續改進的工程教育專業認證理念，也滿足不了在機械工程及相關領域從事機電產品設計制造、科技開發、應用研究、運行管理等方面工作的復合型高級工程技術人才的專業培養目標。

“機械精度設計基礎”教學模式以學生為中心，學生處于主導地位，以實際工程問題為牽引，學生在解決問題過程中主動學習，發揮學生的主體地位，由傳統的跟著教師學轉變為自主學習，提高學生的求知欲和學習興趣。采用提出問題—分析問題—解決問題的教學模式，精心設計教學實例和問題，引導學生討論交流，利用相關理論、標準和規范合理靈活解決工程實際問題，改變“教師講，學生聽”的被動局面，使學生成為教學活動的主導者，從而提高教學效率和質量，提高學生創新能力和解決工程實際問題的能力。

“機械精度設計基礎”教學特點為理論和實踐相結合，課堂教學是為了使學生掌握基于新一代產品幾何技術規范的精度設計原則與方法，具備讀圖、識圖能力；掌握以計量學為基礎的幾何測量技術與測量數據處理方法。具體內容包括產品尺寸精度設計內容及工程內涵；產品幾何精度設計特點與工程內涵；產品表面結構設計與評價；尺寸鏈解算；基于計量學的幾何測量技術；典型機械零件（軸承、鍵、齒輪）的精度設計等。

授課通過多媒體講解引入定義，介紹產品幾何技術規范（GPS）中相關精度設計術語及概念；講授精度設計項目的基本內容（包括公差帶形狀、大小、方向、位置等）；結合零件二維圖紙、三維模型實例，解讀各項精度設計內容標注的工程含義；采用課后作業、隨堂設計練習等多種形式，根據實例零件功能要求，學生完成精度設計內容，并給出測量方案；師生通過在線交流或線下討論實例零件精度設計結果、測量方案及不確定度，給出合理精度設計表達。教學過程將課堂講授、課后練習、課堂討論及測量實操實驗等多個環節有機結合，利用多媒體、網絡技術向學生展示精度設計的結果將對產品質量產生重要影響。

（五）課程思政建設

“培養什么人，是教育的首要問題”。課程思政是解決首要問題的根本舉措。“機械精度設計基礎”是一門實踐性很強的專業基礎課程。在課程建設上，以立德樹人為根本任務，充分發掘課程教學的德育內涵，基于專業背景和特點，突出培育求真務實、實踐創新、精益求精的價值觀。實施過程中以課程知識點為載體，將愛國、敬業、誠信等社會主義核心價值觀，遵守相關國家標準、規范、責任意識等工程倫理素質融入課程教學。使課程在實現知識傳授、能力培養基本功能的基礎上，承擔起價值引領功能，培養出學生踏實嚴謹、追求卓越的優秀品質。

（六）課程考核與評價

“機械精度設計基礎”課程考核采用階段性評價和綜合性考核相結合的方式，具體實施方法為課程的過程考核和期末閉卷考試。過程考核分值包括平時成績、實踐環節，占比超過50%，實踐環節包括實驗環節和基于實際工程項目的精度設計工作，目的是全面考查實踐能力的培養效果，同時過程考核還包括思政元素評價。綜合性考核方式為期末閉卷方式，題型既包括填空、選擇、判斷等標準化試題，也有簡答、設計計算試題，考查學生對所學概念和常用公差項目的特點、要求是否認知清晰，理解正確，能否綜合運用所學知識。

結語

在“機械精度設計基礎”課程改革和建設中，教學過程突出“產出導向”的教學模式，緊密結合最新產品幾何技術規范，通過增加圖紙、模型實例解讀，產品質量分析等教學內容，將課堂講授、課后練習、課堂討論及測量實操實驗等多個環節有機結合。教學過程以學生為中心，利用多媒體、網絡技術，向學生展示精度設計的結果對于產品質量的影響，以形成面向新一代產品幾何設計規范的能力為導向，實現不斷提升學生適應現代制造科技發展的能力和素質。