互換性與技術(shù)測量課程在新工科背景下教學(xué)改革與實(shí)踐

黃小娣 楊斌 馮丹艷

摘 ?要：文章從新工科建設(shè)背景下地方高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才支持地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求出發(fā)，針對民辦院校的特點(diǎn)，著重分析本課程對于機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的教學(xué)組織、實(shí)驗(yàn)安排，考核評定等展開探討，加強(qiáng)和突出對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的考核，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)中，獨(dú)立思考，在實(shí)操中綜合運(yùn)用知識的工程素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：新工科;課程改革;混合教學(xué);多元化評價體系

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(zhàn)略發(fā)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(chǔ)上提出的符合我國工科教育的改革方向，其主要內(nèi)容是：以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對新形勢為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)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(shè)的“復(fù)旦共識”中指出：地方高校要對區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)揮支撐作用。所以，地方應(yīng)用型本科高?！詮V東理工學(xué)院為例，辦學(xué)目的不是培養(yǎng)科研人才，而是培養(yǎng)具有一定專業(yè)基礎(chǔ)，實(shí)踐應(yīng)用能力強(qiáng)、創(chuàng)新意識好、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力強(qiáng)，能適應(yīng)珠三角地區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的應(yīng)用型人才[2]。

一、課程地位

互換性與技術(shù)測量課程是機(jī)械工程一級學(xué)科各專業(yè)的一門主要技術(shù)基礎(chǔ)課，它將機(jī)械設(shè)計(jì)和制造工藝系列課程緊密地聯(lián)系起來，成為架設(shè)在技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課和實(shí)踐教學(xué)課之間的橋梁。其主要研究對象是如何進(jìn)行幾何參數(shù)的精度設(shè)計(jì)，即如何通過有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，合理解決產(chǎn)品使用要求與制造工藝之間的矛盾，以及如何運(yùn)用質(zhì)量控制方法和測量技術(shù)手段，保證有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)的貫徹執(zhí)行，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。精度設(shè)計(jì)是從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、測量等工程技術(shù)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(jī)械零件及機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)的。設(shè)計(jì)任何一臺機(jī)器，除了進(jìn)行機(jī)械的運(yùn)動設(shè)計(jì);還需進(jìn)行機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);機(jī)械精度設(shè)計(jì)。所謂運(yùn)動設(shè)計(jì)或稱為系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是機(jī)器的總體設(shè)計(jì)和部件設(shè)計(jì)，它滿足機(jī)器運(yùn)動學(xué)方面的要求，如機(jī)構(gòu)、機(jī)器的軌跡、速度或加速度等;而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或稱為參數(shù)設(shè)計(jì)，是機(jī)械的零件設(shè)計(jì)，它滿足機(jī)器或部件中零件強(qiáng)度，剛度方面的要求，如構(gòu)件的長度或截面積，零件的直徑和壽命等;還需進(jìn)行機(jī)械精度設(shè)計(jì)主要是保證機(jī)器或部件工作時的精度方面的要求，使產(chǎn)品功能與經(jīng)濟(jì)效益能產(chǎn)生好的綜合效應(yīng)。

二、教學(xué)現(xiàn)狀與不足

（一）理論教學(xué)

《互換性與技術(shù)測量》課程教學(xué)內(nèi)容包括互換性設(shè)計(jì)和技術(shù)測量兩方面的內(nèi)容，廣東理工學(xué)院開設(shè)這門課程的主要專業(yè)是機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)、車輛工程專業(yè)以及機(jī)械電子專業(yè)，其中機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)為必修課，而機(jī)械電子專業(yè)以及車輛工程專業(yè)為選修課。改革之前，本課程開設(shè)在《機(jī)械制圖》課程之后，必修課的教學(xué)時數(shù)為40學(xué)時，包含32學(xué)時的理論教學(xué)和8學(xué)時的課程實(shí)驗(yàn)，選修課則為32學(xué)時，其中24學(xué)時理論教學(xué)和8學(xué)時實(shí)驗(yàn)。理論課主要是學(xué)習(xí)互換性設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容，包括尺寸公差的設(shè)計(jì)、形位公差的設(shè)計(jì)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(xué)設(shè)施，學(xué)生的理論學(xué)習(xí)則是“聽課、記筆記、做作業(yè)”的被動式學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性較差，與實(shí)際的設(shè)計(jì)接觸得極少，而典型零件的公差設(shè)計(jì)也沒能進(jìn)入課堂教學(xué)，整個教學(xué)效果并不理想。

（二）課程實(shí)驗(yàn)

改革前就我校情況而言，《互換性與技術(shù)測量》的課程實(shí)驗(yàn)主要是基于已有的設(shè)備而開設(shè)的，實(shí)驗(yàn)課時為8學(xué)時。目前開設(shè)的實(shí)驗(yàn)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(dǎo)軌直線度誤差。實(shí)驗(yàn)過程包括儀器的使用、數(shù)據(jù)的檢測、數(shù)據(jù)的處理以及合格性的判斷。就本課程而言，互換性設(shè)計(jì)以及技術(shù)測量兩部分的內(nèi)容對于工科機(jī)械類學(xué)生而言是同樣重要的，8學(xué)時的技術(shù)測量涵蓋的內(nèi)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(shè)備而開設(shè)實(shí)驗(yàn)缺乏科學(xué)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(jìn)行實(shí)踐。

（三）考核形式

之前互換性與技術(shù)測量課程考試還延續(xù)著應(yīng)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(yè)以及實(shí)驗(yàn)成績），期末考試卷面成績占70%?？荚嚨膬?nèi)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(nèi)容。對于平時成績，學(xué)生只要缺課少，作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報告都交齊，基本上都能拿高分，但事實(shí)上學(xué)生抄作業(yè)的情況非常嚴(yán)重，實(shí)驗(yàn)則是分組進(jìn)行，同一個小組可用一樣的實(shí)驗(yàn)報告，這些方面教師并不能了解各個學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)態(tài)度以及掌握情況。期末考試一般教師都會在考前劃分重點(diǎn)復(fù)習(xí)的內(nèi)容，所以，學(xué)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(xué)生被動學(xué)習(xí)，跟現(xiàn)在提倡的高校教育應(yīng)該嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)[3]是相違背的，不利于培養(yǎng)學(xué)習(xí)主動，思考獨(dú)立，具有很強(qiáng)的動手能力以及創(chuàng)新能力的學(xué)生，達(dá)不到地方高校工程質(zhì)量的培養(yǎng)目標(biāo)。

三、改革措施

（一）理論教學(xué)的改革

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的快速發(fā)展以及廣泛應(yīng)用，大多數(shù)的高校都在研究一些新的教學(xué)方法來滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求[4]。新工科建設(shè)的目標(biāo)是形成以學(xué)生為中心的工程教育模式，改革教學(xué)方法和考核形式，推進(jìn)信息技術(shù)和教學(xué)的深度融合[5]。廣東理工學(xué)院工業(yè)自動化系根據(jù)課程資源和教學(xué)要求，對資源進(jìn)行整合以及對該課程的教學(xué)方法進(jìn)行改革，建立了在線學(xué)習(xí)，課堂教學(xué)和案例導(dǎo)入三者結(jié)合的教學(xué)方式。這種靈活的教學(xué)形式拓寬了學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境，由單純的課內(nèi)被動學(xué)習(xí)延展到課堂以外的自主學(xué)習(xí)。

1. 建立混合的教學(xué)模式

對于我校機(jī)械設(shè)計(jì)類學(xué)生而言，畢業(yè)生主要的就業(yè)方向是機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械加工以及零件的檢測。本課程與設(shè)計(jì)以及檢測息息相關(guān)，參考其它高校的課程實(shí)施，本課程開設(shè)的理論學(xué)時都在40學(xué)時以上[6]，面對課時量的不足，更具實(shí)踐意義光滑極限量規(guī)的設(shè)計(jì)以及典型零件的公差設(shè)計(jì)等教學(xué)任務(wù)完成起來極度困難。我?；贛OOC平臺建立了混合的教學(xué)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(lǐng)者，學(xué)生也從以往的“要我學(xué)”變成“我要學(xué)”。通過課里課外的學(xué)習(xí)，教學(xué)進(jìn)度和學(xué)習(xí)深度都有了明顯的提高。新的教學(xué)模式如圖1所示。

在混合教學(xué)模式中，教師可以通過平臺發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，在線答疑和分析學(xué)生的在線學(xué)習(xí)情況，而學(xué)生則可以通過班級的微信群了解本周的學(xué)習(xí)任務(wù)后，自主選擇完成觀看視頻和提交作業(yè)的時間和地點(diǎn)，還可以在線討論。通過課前的學(xué)習(xí)和討論，學(xué)生帶著疑問到課堂，而教師則可以通過平臺反饋的學(xué)習(xí)情況分析，更加了解課堂教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，從而讓課堂變得簡單且高效，從而實(shí)現(xiàn)用更少的課時量進(jìn)行更多更廣的內(nèi)容學(xué)習(xí)。

2. 以案例驅(qū)動教學(xué)

通過MOOC平臺，基礎(chǔ)的知識點(diǎn)學(xué)生通過教學(xué)視頻基本能掌握，比如說在尺寸精度設(shè)計(jì)這塊內(nèi)容中，對于配合種類的判斷這個知識點(diǎn)，17級課前提交上來的學(xué)生作業(yè)中，只有8個學(xué)生（總?cè)藬?shù)245人）做錯，不到總數(shù)的10%，對于間隙或過盈量的計(jì)算則有56個學(xué)生做錯，而對于配合設(shè)計(jì)這個知識點(diǎn)，做對的只有不到30人，做錯的超過80%。從這些數(shù)據(jù)可以看出，學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握完全可以通過預(yù)習(xí)達(dá)到，而對于知識的應(yīng)用，很少同學(xué)能一步到位。典型的教學(xué)案例，比如對于鉆模的互換性設(shè)計(jì)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(nèi)孔與鉆頭為間隙配合，固定鉆套內(nèi)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(jié)合工程實(shí)際重點(diǎn)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(jìn)行間隙或過盈量的計(jì)算，這樣就能更有針對性地進(jìn)行教學(xué)。其次，目前我校對本課程的必修教學(xué)人數(shù)維持在300人左右，每個班大約50人，可以對各班人數(shù)進(jìn)行分組，在每個理論教學(xué)內(nèi)容之后（比如尺寸公差設(shè)計(jì)），基礎(chǔ)作業(yè)在平臺上提交，課后作業(yè)則以分組的形式完成一個與之相關(guān)的實(shí)際設(shè)計(jì)題目，增強(qiáng)設(shè)計(jì)理論的理解與應(yīng)用，以便更貼近我們的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

3. 更多地與其他科目聯(lián)系

《互換性與技術(shù)測量》是機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的基礎(chǔ)課，它的課程任務(wù)是完成精度設(shè)計(jì)，開設(shè)于《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程之前，我校的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程學(xué)完之后會進(jìn)行為期三周的課程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括減速器機(jī)構(gòu)的選用，電機(jī)的選用以及零件的尺寸設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中學(xué)生只按該課程的設(shè)計(jì)任務(wù)來進(jìn)行，大部分學(xué)生未能進(jìn)行精度設(shè)計(jì)。因?yàn)?，基于培養(yǎng)學(xué)生綜合知識運(yùn)用能力的培養(yǎng)目標(biāo)，應(yīng)該把機(jī)械設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行得更為綜合，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)出一款機(jī)構(gòu)合理，性能穩(wěn)定，可互換的現(xiàn)實(shí)中的產(chǎn)品。

（二）課程實(shí)驗(yàn)的改革

1. 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目適當(dāng)增加

技術(shù)測量是本課程的另一個教學(xué)目的，機(jī)械加工廠里面零件的檢測所用到的就是技術(shù)測量相關(guān)的知識點(diǎn)，要求檢測人員非常清晰地知道被測要素、基準(zhǔn)要素是什么，儀器如何選用，參數(shù)如何設(shè)置，數(shù)據(jù)如何處理，這都要求有很高的專業(yè)技術(shù)。對于常用的尺寸誤差以及形位誤差的檢測，對于應(yīng)用型本科的畢業(yè)生必須要掌握，因此，在原有的四個實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加尺寸誤差檢測項(xiàng)目、形位誤差檢測項(xiàng)目，如果能增加一兩個典型零件的公差項(xiàng)目檢測則教學(xué)效果會更理想。

2. 實(shí)驗(yàn)組織以及配套的改革

目前我校的實(shí)驗(yàn)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(dǎo)致出現(xiàn)兩個問題，其一是同組的學(xué)生中往往會有的學(xué)生并不動手，實(shí)驗(yàn)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(shù)要求無從得知，所以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之后，并不能進(jìn)行合格性的判斷?；谝陨蠁栴}以及我校的實(shí)際情況，由于每一屆都會進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)以及金工實(shí)訓(xùn)，因此，可以要求學(xué)生在金工實(shí)訓(xùn)的時候按機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)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(jìn)行技術(shù)測量的時候檢測，這就大大增加了各課程實(shí)施之間的聯(lián)系，同時足夠的零件可以讓同組的同學(xué)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(xué)習(xí)也能提高學(xué)生的綜合運(yùn)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(xué)模式建立起來的。新的教學(xué)模式下的理論教學(xué)分成了線上學(xué)習(xí)、面對面的課堂教學(xué)以及分組完成的實(shí)際項(xiàng)目，為了保障課堂教學(xué)和課程實(shí)驗(yàn)的改革貫徹落實(shí)，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(xué)生的實(shí)際操作能力、知識運(yùn)用能力的考核，要對學(xué)生進(jìn)行多元化的基于大數(shù)據(jù)技術(shù)分析的，以便對學(xué)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(xué)習(xí)包括課程視頻學(xué)習(xí)，作業(yè)提交，章節(jié)考試以及在線互動等情況;課堂案例學(xué)習(xí)包括平時課堂表現(xiàn)、考勤、分組作業(yè)以及期末考試;課程實(shí)驗(yàn)則包括實(shí)驗(yàn)過程的操作以及實(shí)驗(yàn)報告的填寫。在新的評價體系中，由傳統(tǒng)的期末考試占比70%到現(xiàn)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(guān)的現(xiàn)象。學(xué)生的線上學(xué)習(xí)占比的加入，為課堂教學(xué)加入了一股新的力量。以廣東理工學(xué)院工業(yè)自動化系互換性與技術(shù)測量課程為例，利用網(wǎng)絡(luò)平臺多元化成績評價體系應(yīng)用于17級機(jī)械設(shè)計(jì)1、機(jī)設(shè)2、機(jī)設(shè)3、機(jī)設(shè)4、機(jī)電班五個教學(xué)班共245人的成績評價中。表1為17機(jī)設(shè)1班部分學(xué)生的線上成績評價情況。

從表中可以看出大部分學(xué)生都能課前完成教師指定的觀看課程視頻的任務(wù)，作業(yè)的提交和章節(jié)的測試也基本合格，這就為課堂的案例教學(xué)實(shí)施打下了基礎(chǔ)。同時，學(xué)生對自己成績起到了主導(dǎo)作用，學(xué)習(xí)的主動性明顯提高。由此可見，對學(xué)生成績進(jìn)行量化作為期末總評的考核的評價指標(biāo)是科學(xué)的。

四、結(jié)束語

本文從新工科建設(shè)背景下地方高校培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才支持地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求出發(fā)，分析我校對于本課程現(xiàn)有教學(xué)模式的不足，從理論教學(xué)組織，課程實(shí)驗(yàn)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?shù)浆F(xiàn)在的學(xué)習(xí)之中運(yùn)用，運(yùn)用之中學(xué)習(xí)互相促進(jìn)，把主動性還給學(xué)生，致力于培養(yǎng)理論知識過硬，實(shí)際操作和知識綜合運(yùn)用強(qiáng)的高工程素質(zhì)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)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(yīng)用型”本科的“機(jī)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(xué)改革提高教學(xué)質(zhì)量[J].現(xiàn)代企業(yè)，2019（07）：128-129.

[4]周開發(fā)，曾玉珍.新工科的核心能力與教學(xué)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(shí)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程群建設(shè)探索[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2017，37（04）：86-90+109.

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