基于CDIO理念的《互換性與測量技術(shù)》課程教學(xué)的優(yōu)化研究

郭瑞瑞 曹福來

摘 要：《互換性與技術(shù)測量》是理論和實(shí)踐性強(qiáng)的機(jī)械類專業(yè)的重要應(yīng)用型基礎(chǔ)課程，是整個工科課程中由專業(yè)基礎(chǔ)課過渡到綜合課程的橋梁。傳統(tǒng)的教學(xué)過程中偏重理論教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生的工程實(shí)踐能力較差。文章基于CDIO 工程理念，根據(jù)《互換性與技術(shù)測量技術(shù)》課程特點(diǎn)，結(jié)合許昌學(xué)院建設(shè)應(yīng)用型本科院校實(shí)際情況，課程改革項(xiàng)目組教師對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與教學(xué)手段、考核辦法進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和探討。

關(guān)鍵詞：CDIO;互換性與測量技術(shù);教學(xué)優(yōu)化

中圖分類號：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-196-03

Abstract： "Interchangeability and Technical Measurement" is an important applied basic course for mechanical majors with strong theory and practice， and it is a bridge from the basic course to the comprehensive course in the entire engineering course. The traditional teaching process emphasizes theoretical teaching， resulting in poor engineering practice ability of students. This article is based on the CDIO engineering concept， according to the characteristics of the "Inter -changeability and Technical Measurement Technology" course， combined with the actual situation of Xuchang College s construction of application-oriented undergraduate colleges. Redesigned and discussed.

Keywords： Cdio; Interchangeability And Measurement Technology; Teaching Optimization

CLC NO.： G420 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-196-03

1 CDIO教學(xué)模式背景分析

為了滿足工程技術(shù)高素質(zhì)人才的需求，應(yīng)用型本科院校不僅要培養(yǎng)一定理論知識的人才，對具有一定綜合設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)踐能力的人才培養(yǎng)已成為工程教育的重要目標(biāo)。CDIO（C：Conceive，構(gòu)思;D：Design，設(shè)計(jì);I：Implement，實(shí)現(xiàn);O：Operate運(yùn)作）程教育模式于2005年在中國引入，并已在許多工程學(xué)院和專業(yè)中得到實(shí)施和認(rèn)可?；贑DIO理念的教學(xué)模式是以學(xué)生為中心，以產(chǎn)品開發(fā)的整個生命周期為載體，通過師生的互動與合作，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐有機(jī)關(guān)聯(lián)的教學(xué)場景，最終目標(biāo)是大幅提高學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識、個人能力、團(tuán)隊(duì)意識和實(shí)踐應(yīng)用能力。

2 課程現(xiàn)狀

作為面向機(jī)械設(shè)計(jì)和制造及其自動化、機(jī)械電子工程、汽車服務(wù)工程等專業(yè)的基礎(chǔ)課程，《互換性和測量技術(shù)》課程不僅包括互換性原理、基本公差（公差配合，幾何公差，表面粗糙度）等理論知識，還包括典型的結(jié)構(gòu)公差（光滑規(guī)格公差、角度和錐度公差、螺紋公差、鍵和花鍵公差、齒輪公差的實(shí)踐知識）、檢測技術(shù)和尺寸鏈等應(yīng)用型知識。理論知識具有很多術(shù)語、標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目及抽象概念，涉及知識面廣。對于應(yīng)用型知識部分，由于以往教學(xué)過程中缺乏教師對學(xué)生的工程實(shí)踐指導(dǎo)，且學(xué)生對已有知識缺乏深入的理解、很難有效地將理論應(yīng)用與實(shí)際聯(lián)系起來，使得教學(xué)效果較差。這主要是由傳統(tǒng)的課堂教學(xué)活動和教學(xué)評價兩個方面的因素造成的。傳統(tǒng)的課程教學(xué)活動多為學(xué)生被動的滿堂灌學(xué)習(xí)模式，幾乎沒有針對實(shí)際項(xiàng)目和團(tuán)隊(duì)工作的能力培訓(xùn)，學(xué)習(xí)過程較為枯燥、課堂抬頭率不高。傳統(tǒng)的教學(xué)評價方法主要是試卷考核，形式單一，且往往忽略過程性評價，學(xué)生只能根據(jù)教學(xué)大綱復(fù)習(xí)相應(yīng)的知識點(diǎn)，而不能評價獲得的實(shí)踐能力及解決實(shí)際問題的能力。為適應(yīng)學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，在結(jié)合《互換性與技術(shù)測量》課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行基于CDIO 工程理念的課程教學(xué)優(yōu)化的研究。

3 按CDIO 理念構(gòu)建課程建設(shè)思路

《互換性與技術(shù)測量》課程主要培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械方面產(chǎn)品設(shè)計(jì)和檢測產(chǎn)品精度的能力，理論和實(shí)踐性均很強(qiáng)。以機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)為例，為了達(dá)成專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，如表1所示，制定了《互換性與測量技術(shù)》課程的教學(xué)目標(biāo)，即培養(yǎng)學(xué)生具有互換性、標(biāo)準(zhǔn)化和測量技術(shù)的基本理論知識;培養(yǎng)學(xué)生測量技術(shù)的基本技能及測量數(shù)據(jù)的處理;在強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)的同時，加強(qiáng)對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，使學(xué)生具有分析和解決工程問題的能力。

4 《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》課程建設(shè)的實(shí)施

4.1 教學(xué)內(nèi)容的改革

明確課程在實(shí)踐中的應(yīng)用以進(jìn)行課程教學(xué)內(nèi)容的改革是前提。通過調(diào)研機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械加工制造等有關(guān)企業(yè)崗位對專業(yè)能力的要求發(fā)現(xiàn)：具備公差基本知識并熟練掌握和應(yīng)用公差知識及使用設(shè)計(jì)手冊完成設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)人員的必備能力之一;對于現(xiàn)場技術(shù)員，應(yīng)熟知各種加工方法能加到的精度，并結(jié)合加工需求和實(shí)際加工能本選擇合適的加工方案的能力;對于維修和質(zhì)檢崗位，則要求具備運(yùn)用通用、專用檢測設(shè)備完成精度檢測、判斷產(chǎn)品是否合格等基本能力。因此，《互換性與測量技術(shù)》課程根據(jù)崗位能力需求，為縮短學(xué)生畢業(yè)后由學(xué)生向企業(yè)人角色轉(zhuǎn)變的時間，在CDIO工程理念的基礎(chǔ)上將原來分散的知識進(jìn)行重新整合，形成體系化，體現(xiàn)構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-操作四個過程。其具體的整合方法為，在構(gòu)想階段讓學(xué)生具備課程幾何精度設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及檢測基礎(chǔ)方面的基本理論，為后續(xù)的提升和設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)階段讓學(xué)生通過對零件尺寸的測量、形位公差的測量及表面粗糙度的測量，鞏固前面所學(xué)理論知識、鍛煉動手操作能力。在實(shí)施階段，結(jié)合典型工程實(shí)踐案例，讓學(xué)生能夠綜合解決常見軸類、箱體類、盤類等零件的設(shè)計(jì)方案。最后，讓學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立的產(chǎn)品精度設(shè)計(jì)及產(chǎn)品檢驗(yàn)的操作過程。通過內(nèi)容重構(gòu)，讓教學(xué)更貼近企業(yè)對人才的要求，讓學(xué)生能夠?qū)W以致用。

4.2 與金工實(shí)習(xí)結(jié)合

金工實(shí)習(xí)是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的必修課，是在工程背景下對學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐能力的培養(yǎng)。以往我校金工實(shí)習(xí)多與理論課程脫節(jié)，難以讓學(xué)生做到學(xué)習(xí)致用，實(shí)習(xí)效果也較差。通過對我校金工實(shí)習(xí)內(nèi)容與本課程知識對比分析，找到二者的結(jié)合點(diǎn)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。金工實(shí)習(xí)中的一項(xiàng)任務(wù)是讓學(xué)生加工制造一把小錘子，而加工錘子的過程中涉及讀圖紙、測量、檢驗(yàn)等過程均與《互換性與測量技術(shù)》課程緊密連接。在普通車床上加工錘柄類零件時，主要教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生了解車床的組成和能實(shí)現(xiàn)的加工面，讀懂并遵循圖紙，選取適當(dāng)?shù)募庸し桨釜?dú)立完成加工過程。最后，讓學(xué)生對加工完的零件進(jìn)行測量和檢驗(yàn)，結(jié)合撰寫報告讓學(xué)生了解加工后出現(xiàn)的形位公差是由于操作中的哪一部分造成以及誤差對產(chǎn)品的影響是什么，同時選取專用測量儀器進(jìn)行表面粗糙度的測量，分析不同因素造成的影響等。具體的結(jié)合思路如圖1所示。這樣，通過金工實(shí)習(xí)讓學(xué)生的學(xué)習(xí)與真實(shí)的加工場景結(jié)合，讓學(xué)生做中學(xué)、學(xué)中做，體驗(yàn)理論與實(shí)踐結(jié)合的學(xué)習(xí)過程，獲得成就感。

4.3 改進(jìn)教學(xué)方法，增強(qiáng)課堂互動

結(jié)合課程所講授對象為大二學(xué)生，具有一定的專業(yè)基礎(chǔ)，同時思維活躍、理解能力強(qiáng)。為了改變傳統(tǒng)被動式教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣，借助工程實(shí)踐典型案例進(jìn)行課程知識的學(xué)習(xí)。比如在公差設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容中，為了鍛煉學(xué)生的工程能力，改進(jìn)課堂教學(xué)方法，不妨以減速器中的端蓋類零件為案例進(jìn)行精度的設(shè)計(jì)，通過具體的工程任務(wù)讓學(xué)生掌握查表、計(jì)算、標(biāo)注、選用等知識。在進(jìn)行工程案例實(shí)施的過程中，課前的工程案例的選擇、學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，課堂中分組、討論、展示、評價等各教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和控制是關(guān)鍵，以減速器端蓋類零件的精度設(shè)計(jì)為例，通過選擇實(shí)際的工廠項(xiàng)目來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生企業(yè)崗位職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的意識。并且，設(shè)置具體的課堂環(huán)節(jié)可以使課堂變得活躍、高效。課堂中具體的互動學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)實(shí)施過程分解如表2。在教學(xué)前，教師需收集圖片、實(shí)物、視頻等教學(xué)資源、設(shè)置相應(yīng)的案例或項(xiàng)目，安排學(xué)生查閱有關(guān)文獻(xiàn)和參考書為課堂學(xué)習(xí)進(jìn)行準(zhǔn)備。課堂中在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行分小組討論、互動探究完成規(guī)定學(xué)習(xí)任務(wù)并對學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行PPT匯報或視頻展示，教師對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評。課后通過選擇代表性強(qiáng)、難易適中且具有一定思考性的習(xí)題讓學(xué)生對所學(xué)知識加以鞏固。

4.4 注重過程性的考核方式

傳統(tǒng)的教學(xué)評價方法往往以單一考試的形式評估學(xué)生是否掌握了有關(guān)知識。這既造成了學(xué)生平時學(xué)習(xí)不積極、課堂抬頭率不高、期末考試死記硬背書本知識點(diǎn)的現(xiàn)象，同時也忽略了對學(xué)生學(xué)習(xí)的過程性評價以及所獲得的工程應(yīng)用能力鍛煉的要求。因此基于CDIO工程理念，為了更好完成課程教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極主動性，改變以往采用出勤和課后作業(yè)作為平時成績的依據(jù)，依據(jù)學(xué)生課堂的PPT匯報和展示、課堂互動以及查閱文獻(xiàn)資料撰寫報告進(jìn)行知識總結(jié)的能力等作為平時成績，讓學(xué)生真正做到重視平時基礎(chǔ)知識的理解和在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。

5 結(jié)論

本教學(xué)研究以CDIO工程理念為導(dǎo)向，根據(jù)應(yīng)用型大學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行《互換性與測量技術(shù)》教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化與教學(xué)組織形式的創(chuàng)新。通過對課本知識進(jìn)行工程理念式的梳理與整合，克服傳統(tǒng)教學(xué)中存在知識分散、缺乏連貫性的弊端;嘗試轉(zhuǎn)變了原來填鴨式的被動教學(xué)形式，借住引入相關(guān)工程案例通過一系列課前設(shè)計(jì)、課堂實(shí)施與課后反饋等環(huán)節(jié)，激發(fā)課堂氣氛;引導(dǎo)學(xué)生主動完成課程知識的學(xué)習(xí)，同時強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程性評價及實(shí)踐能力的培養(yǎng)。此外，對于教學(xué)過程中反饋的問題，項(xiàng)目組老師后續(xù)不斷完善和修正，讓學(xué)生有更高的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)質(zhì)量。

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