新工科背景下《互換性與技術(shù)測量》教學(xué)模式改革研究

王翔 鄭高峰 李文望

摘要：針對當(dāng)前《互換性與技術(shù)測量》課程教學(xué)中存在的知識點(diǎn)相對獨(dú)立、教學(xué)過程與工程應(yīng)用存在較大脫節(jié)、難以滿足“新工科”背景下課程與知識創(chuàng)新的要求等問題，文章以成果產(chǎn)出為導(dǎo)向，開展課程內(nèi)容的分層與歸類，引入知識模塊進(jìn)行知識梳理與教學(xué)組織的重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)知識講授、小組討論、動手實(shí)踐等教學(xué)環(huán)節(jié)的有機(jī)融合，完成教學(xué)閉環(huán)，提升案例教學(xué)效果。此研究可以較好地推動課程與知識創(chuàng)新，具有較好的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：互換性;公差與配合;教學(xué)改革;項(xiàng)目教學(xué)法

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）52-0122-03

一、引言

當(dāng)代工業(yè)與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對工程技術(shù)人才的需求也發(fā)生了較大變化。突破傳統(tǒng)課程教學(xué)方式、突出知識創(chuàng)新與工程應(yīng)用能力培養(yǎng)已經(jīng)成為新一輪“新工科”建設(shè)的核心，也對專業(yè)培養(yǎng)體系與教學(xué)課程創(chuàng)新提出了更多的要求[1]。以培養(yǎng)解決實(shí)際復(fù)雜工程問題能力為導(dǎo)向，突出基礎(chǔ)知識、專業(yè)技能、應(yīng)用能力的綜合培養(yǎng)與提升，以工程教育認(rèn)證要求為準(zhǔn)則完成對課程教學(xué)過程的優(yōu)化調(diào)整，創(chuàng)建成果導(dǎo)向的課程教育體系，是“新工科”教學(xué)創(chuàng)新的重點(diǎn)。

《互換性與技術(shù)測量》課程是機(jī)械類專業(yè)的一門主干基礎(chǔ)課程，是基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計理論轉(zhuǎn)向?qū)嶋H生產(chǎn)制造工藝的紐帶，是基礎(chǔ)課、專業(yè)課和實(shí)踐課之間的橋梁，在機(jī)械類系列課程體系中占有重要地位[2]。其主要研究對象是機(jī)械零件幾何量的精度設(shè)計以及常用的檢測原理，目的在于讓學(xué)生掌握機(jī)械及其零部件的幾何量精度設(shè)計、正確理解設(shè)計圖紙上的精度要求、合理設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)方案和進(jìn)行測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理。在《互換性與技術(shù)測量》教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的教學(xué)過程主要講解基本概念、理論和方法，涉及實(shí)際應(yīng)用的內(nèi)容較少;教學(xué)過程以教師授課、學(xué)生被動接受為主，難以體現(xiàn)對學(xué)生能力的培養(yǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生對課程認(rèn)識不足，學(xué)習(xí)積極性低;學(xué)生完成該課程的學(xué)習(xí)后，存在理論知識與實(shí)踐認(rèn)知嚴(yán)重脫節(jié)的問題，難以“學(xué)以致用”，從而也影響了后續(xù)的課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)。

以工程應(yīng)用技術(shù)為目標(biāo)，如何進(jìn)一步優(yōu)化課程組織、實(shí)現(xiàn)理論課堂教學(xué)與工程實(shí)踐教學(xué)的良好銜接，是課程創(chuàng)新與改革的一個重要問題[3-5]。面向“新工科”與工程教育認(rèn)證，《互換性與技術(shù)測量》課程如何對廣泛的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行選擇、安排與銜接，如何培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識和技能解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的能力等還有待進(jìn)一步研究。因此，培養(yǎng)學(xué)生工程觀點(diǎn)、工程思維和工程能力的建立是本課程教學(xué)改革的努力方向。特別是隨著精密機(jī)械、儀器系統(tǒng)的快速發(fā)展，對于該課程賦予了新的內(nèi)涵與任務(wù)，開展課程優(yōu)化創(chuàng)新、增強(qiáng)知識點(diǎn)的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性、促進(jìn)實(shí)際應(yīng)用與工程問題解決能力的培養(yǎng)勢在必行。

二、知識點(diǎn)分層與歸類梳理

將以成果產(chǎn)出為導(dǎo)向的教學(xué)思想融入課程組織，開展課程教學(xué)內(nèi)容與組織形式的重新規(guī)劃，突出基礎(chǔ)知識的工程應(yīng)用、強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識與應(yīng)用技能的結(jié)合。主要從進(jìn)行知識點(diǎn)分類梳理、按類組織教學(xué)兩個方面開展課前準(zhǔn)備。

（一）教學(xué)內(nèi)容層次化管理

現(xiàn)有的教學(xué)體系主要側(cè)重于各個知識點(diǎn)的剖析講解，忽略了各個知識點(diǎn)之間的有機(jī)聯(lián)系?；A(chǔ)知識與概念分散單調(diào)，易導(dǎo)致課堂枯燥，難以活躍課堂氛圍、吸引學(xué)生注意力。學(xué)生的基礎(chǔ)知識掌握不牢將會極大地限制后續(xù)知識的學(xué)習(xí)。本課程知識體系中基礎(chǔ)理論與實(shí)踐應(yīng)用結(jié)合的系統(tǒng)性較差、實(shí)踐比重較小，難以保證對學(xué)生知識應(yīng)用技能的培養(yǎng)，無法滿足“新工科”對工程知識教學(xué)的要求。

依據(jù)工程教育認(rèn)證知識、能力與素質(zhì)的要求，按知識應(yīng)用與學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，可將本課程教學(xué)內(nèi)容分成三個層次，依據(jù)不同層次的特點(diǎn)開展教學(xué)活動，如圖1所示。

1.基礎(chǔ)知識：講解課程相關(guān)的基礎(chǔ)知識，引導(dǎo)學(xué)生對前面課程內(nèi)容的回顧，明確前后課程的關(guān)聯(lián)性;通過授課讓學(xué)生掌握測量、公差、配合等方面相關(guān)的基礎(chǔ)概念和基本原理，為后續(xù)技能培養(yǎng)提供知識儲備。

2.能力培養(yǎng)：針對實(shí)際應(yīng)用中能力培養(yǎng)的需求，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對孔、軸公差與配合能力的理解;通過小組討論、學(xué)生講解等方式，學(xué)生進(jìn)一步掌握不同類型零件、不同類別公差與配合的關(guān)聯(lián);通過引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生參與實(shí)際基本知識應(yīng)用的能力。

3.素質(zhì)提升：圍繞不同類別機(jī)械零部件的裝配特征，根據(jù)公差與配合要求的不同，有針對性地開展相應(yīng)案例的教學(xué)工作;通過實(shí)踐與理論相結(jié)合的案例教學(xué)完成教學(xué)過程的閉環(huán)設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)到工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，也為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)提供必要的準(zhǔn)備，以便教學(xué)順利進(jìn)行。

（二）教學(xué)方案的研究和實(shí)施

根據(jù)工程應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求重新對課程目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，突出知識學(xué)習(xí)與技能培養(yǎng)的結(jié)合。以培養(yǎng)解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的能力為導(dǎo)向，優(yōu)化課程組織形式，按工程應(yīng)用需求進(jìn)行知識點(diǎn)分類，構(gòu)建知識模塊;以案例教學(xué)為主線實(shí)現(xiàn)各個知識模塊中知識點(diǎn)的關(guān)聯(lián)與統(tǒng)一;以實(shí)踐教學(xué)為抓手突出技能應(yīng)用培養(yǎng)，增強(qiáng)理論知識與實(shí)踐教學(xué)的結(jié)合。

圍繞工程應(yīng)用中知識鏈條的需求，將教學(xué)內(nèi)容分為四個知識模塊來完成組織。每個知識模塊都分別包含有基礎(chǔ)知識、技能培養(yǎng)、素質(zhì)提升三個層次。以機(jī)械裝置中典型的一級圓柱齒輪減速器設(shè)計為案例主線，將其分解成四個相應(yīng)的子項(xiàng)目并與各個知識模塊相對應(yīng)。通過知識的分類梳理組織，更好地貫徹工程教育認(rèn)證成果導(dǎo)向的指導(dǎo)思想，可讓學(xué)生更好地理解相關(guān)知識，達(dá)到“學(xué)了什么基礎(chǔ)知識”、“知識要用在什么地方”、“知識應(yīng)該如何應(yīng)用到工程”的教學(xué)目的。四個知識模塊及相應(yīng)搭配案例子項(xiàng)目如下：

1.孔、軸的尺寸公差與配合：以減速器中的各軸類零件和箱體零件的尺寸精度設(shè)計為案例教學(xué)對象，包括各零件的基本尺寸、公差帶代號、配合類型等設(shè)計，系統(tǒng)講解互換性的含義、極限與配合的含義、標(biāo)注、選用等。

2.零部件幾何公差與表面粗糙度：以減速器傳動軸與箱體的幾何精度設(shè)計為案例教學(xué)對象，主要包括傳動軸的幾何精度、軸的表面粗糙度、箱體孔的幾何精度要求設(shè)計等內(nèi)容，著重講解幾何公差與表面粗糙的含義、標(biāo)注與選用等。

3.典型零件的公差與配合：以減速器內(nèi)齒輪、鍵、軸承、螺紋等的選擇為教學(xué)案例，講解各典型零件的互換性、公差、配合及使用要求。

4.技術(shù)測量基礎(chǔ)：以減速器各零部件的綜合測量為案例教學(xué)對象，學(xué)生通過課堂簡介與實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)會正確選擇量具，對零部件進(jìn)行測量及綜合評價并確定零件加工精度與質(zhì)量，最終將理論與實(shí)際緊密結(jié)合，使學(xué)生對互換性與技術(shù)測量有更深刻的理解。

教學(xué)內(nèi)容的歸類與重構(gòu)，體現(xiàn)了“新工科”課程創(chuàng)新的思想，彌補(bǔ)傳統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容分散、系統(tǒng)化不足的缺點(diǎn)，更加注重知識體系的構(gòu)建以實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程的閉環(huán)控制，提高教學(xué)效率。

三、教學(xué)組織形式重構(gòu)

以知識的工程應(yīng)用為導(dǎo)向，構(gòu)建符合認(rèn)知特征的知識鏈教學(xué)模型。將課堂教師講授、學(xué)生資料查閱、小組討論報告、工程實(shí)踐實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合，形成新教學(xué)模式下的教學(xué)組織形式如圖1所示。

（一）基礎(chǔ)知識的講授

基礎(chǔ)知識的講授主要由教師課堂講授為主，改變以前各個知識點(diǎn)獨(dú)立講解而缺乏知識連貫性的現(xiàn)象，充分利用有限的課時，將課程所涉及的知識點(diǎn)進(jìn)行全覆蓋式的講解;避免單個知識過多、過細(xì)的授課，而重點(diǎn)在于讓學(xué)生對課程體系有一個全面的框架式的認(rèn)識，將知識點(diǎn)的分解與應(yīng)用實(shí)例都調(diào)整到案例教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生對課程體系的全面認(rèn)識，有利于加速對后續(xù)知識工程應(yīng)用能力的提升。

（二）技能培養(yǎng)環(huán)節(jié)的互動

以公差與配合的認(rèn)知為主線，按零件特征進(jìn)行學(xué)生分組、查找資料、組織課件。將以教師為主的技能講解轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主的互動方式，學(xué)生圍繞知識點(diǎn)開展分析講解。然后，教師再根據(jù)學(xué)生講授情況進(jìn)行補(bǔ)充、糾正、提升，結(jié)合課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，逐一完成公差與配合、技術(shù)測量等基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)與理論學(xué)習(xí)的結(jié)合可以有效地保證課程學(xué)習(xí)的效果。

（三）案例分解教學(xué)與回饋

以四個知識模塊為主體、一級圓柱齒輪減速器為項(xiàng)目支撐進(jìn)行案例分解與教學(xué)組織，將減速器零部件的精度設(shè)計和檢測作為項(xiàng)目內(nèi)容貫穿整個課程教學(xué)過程，改變以往課程教學(xué)中案例教學(xué)知識體系不連貫、針對性不強(qiáng)、抽象不易理解的現(xiàn)象。通過教師整體任務(wù)講授分析，學(xué)生進(jìn)行案例的詳細(xì)分析明確任務(wù)要求，確認(rèn)案例與基礎(chǔ)知識點(diǎn)的聯(lián)系。結(jié)合學(xué)校實(shí)踐基地進(jìn)行案例所涉及機(jī)械的操作與實(shí)踐，完成基本操作與實(shí)踐報告并進(jìn)行報告講解，打破動手實(shí)踐與課堂理論學(xué)習(xí)存在的隔閡。

四、結(jié)論

本教學(xué)研究以工程教育認(rèn)證的成果導(dǎo)向?yàn)橹骶€，根據(jù)“新工科”建設(shè)的需求進(jìn)行《互換性與技術(shù)測量》課程內(nèi)容與教學(xué)組織形式的創(chuàng)新。將工程知識應(yīng)用需求融入教學(xué)組織，克服現(xiàn)有課程教學(xué)知識點(diǎn)分散、連貫性差的缺點(diǎn)，完成課程內(nèi)容知識點(diǎn)的分層與歸類梳理;嘗試以案例教學(xué)為導(dǎo)向完成知識點(diǎn)模塊的構(gòu)建，增強(qiáng)案例教學(xué)與課堂教學(xué)、理論學(xué)習(xí)的結(jié)合，提高實(shí)踐教學(xué)的效果;進(jìn)行教學(xué)組織形式的重新設(shè)計，將知識講授、小組討論、動手實(shí)踐與知識點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)的融合，促進(jìn)知識點(diǎn)梳理與課程組織的重構(gòu)匹配。通過對當(dāng)前的教學(xué)模式進(jìn)行改革研究，以期達(dá)到更好的教學(xué)組織形式，最終滿足“新工科”課程與知識創(chuàng)新的要求。

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