面向車輛工程專業(yè)核心課程內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計

盛精 張炳榮 易了 陳鼎

摘 ?要：為提高核心課程的教學(xué)質(zhì)量，對其教學(xué)內(nèi)容開展教學(xué)設(shè)計是非常必要的。以客車制造工藝學(xué)課程中“定位誤差分析與計算”一節(jié)為例，從課程的教學(xué)目標出發(fā)，闡明該教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)任務(wù);針對教學(xué)內(nèi)容特點，指出采用的教學(xué)手段與教學(xué)方法，強調(diào)情感目標融入教學(xué)的方法;根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容，制定課前、課中和課后教學(xué)內(nèi)容的組織過程。通過實施上述的教學(xué)計劃，取得顯著的教學(xué)效果，表明該教學(xué)設(shè)計的可行性與有效性。

關(guān)鍵詞：核心課程;客車制造工藝學(xué);定位誤差分析與計算;教學(xué)目標;教學(xué)設(shè)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(zhì)追求的不斷提升，汽車產(chǎn)品的精密/超精密制造技術(shù)得到迅速發(fā)展，高性能的工藝裝備則首當其沖。眾所周知，夾具廣泛地應(yīng)用于機械加工領(lǐng)域，作為工藝裝備之一的夾具引起的誤差是產(chǎn)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(shè)計夾具精度，對于提高企業(yè)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(yǎng)未來企業(yè)工程技術(shù)人員的重任。在講授汽車產(chǎn)品制造技術(shù)的過程中，車輛工程專業(yè)的夾具設(shè)計知識在廈門理工學(xué)院是由客車制造工藝學(xué)核心課程完成教學(xué)的，而定位誤差代分析與計算是該課程的一項重點、難點內(nèi)容。然而，在定位誤差分析與計算一節(jié)的教學(xué)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(xué)生缺乏工程知識，學(xué)習(xí)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(xué)效果與目標有偏差。

在定位誤差分析與計算的教學(xué)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(guī)計算表達的基礎(chǔ)上，提出了其修正方法;宋新華等[5]對比了幾種關(guān)于定位誤差的定義，強調(diào)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(guān)聯(lián);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(nèi)容的補充，對學(xué)生深入理解該教學(xué)內(nèi)容的確有一定的輔助作用。但是，前面提及的教學(xué)問題并沒有得到較好的解決。從相關(guān)文獻可知，教學(xué)設(shè)計對于各課程內(nèi)容的教學(xué)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(xué)內(nèi)容著手，注重教學(xué)圖例、課程思政、案例教學(xué)等，探索該內(nèi)容的教學(xué)，以期為該教學(xué)內(nèi)容提供一種解決方案。

一、教學(xué)任務(wù)

（一）教學(xué)內(nèi)容

選取客車制造工藝學(xué)的教學(xué)內(nèi)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(jié)[10]。

（二）教學(xué)目標

客車制造工藝學(xué)的課程目標與畢業(yè)要求指標點之間的對應(yīng)關(guān)系見表1。從表1出發(fā)，針對定位誤差分析與計算內(nèi)容的教學(xué)，分析對應(yīng)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(xué)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(chǎn)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(xué)內(nèi)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(chǎn)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(xiàn)工序基準和定位基準在夾具/工藝設(shè)計和汽車產(chǎn)品制造中的應(yīng)用，體現(xiàn)專業(yè)倫理;對造成基準不重合誤差、基準位移誤差產(chǎn)生的原因分析過程，呈現(xiàn)出科學(xué)精神。其次，通過課堂問題思考、案例分析和課后作業(yè)，以及后續(xù)實踐課程開展的夾具設(shè)計、工藝設(shè)計，強化品德修養(yǎng)和人格養(yǎng)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(xiàn)科學(xué)精神。最后，引出高精密制造、中國制造2025與本教學(xué)內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)事例，進而凸顯家國情懷。

二、教學(xué)方法與教學(xué)手段

（一）教學(xué)方法

以講授法為主線，輔以討論法、邊講邊測、任務(wù)驅(qū)動、項目探究、及時糾錯多種教學(xué)方法。使豐富的教學(xué)資源與線下多種教學(xué)手段相融合，夯實教學(xué)重點，攻克教學(xué)難點，優(yōu)化教學(xué)效果。結(jié)合教學(xué)目標和教學(xué)內(nèi)容，課前學(xué)生自主學(xué)習(xí)，課中教師采用多種教學(xué)方法教學(xué)，課后鞏固知識。

（二）教學(xué)手段與教學(xué)環(huán)境

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

除了科研成果，建成“福建省客車及特種車輛研發(fā)協(xié)同創(chuàng)新中心”、福建省客車先進設(shè)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(xué)。此外，我院擁有“廈門理工學(xué)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(xué)示范中心，以及省、校級實踐教學(xué)基地10個;學(xué)校和學(xué)院擁有與課程相關(guān)圖書和電子圖書3 600余冊。另外，學(xué)校、學(xué)院出臺了多個支持學(xué)習(xí)的政策。上述軟硬環(huán)境都為本教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)提供了良好的教學(xué)環(huán)境。

三、教學(xué)實施過程

（一）課前發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)

學(xué)生利用教材、PPT、中國大學(xué)MOOC機械制造工藝學(xué)、機械制造基礎(chǔ)等學(xué)習(xí)資源進行課前預(yù)習(xí)。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(chǎn)生的原因，讓學(xué)生帶著問題進入課堂。

（二）課中師生內(nèi)化知識

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

教學(xué)第二階段：提出問題并導(dǎo)入教學(xué)內(nèi)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(dǎo)入本次課講授的內(nèi)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(xué)第三階段： 分析和解決問題。以案例中的心軸定位內(nèi)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(diào)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(fù)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(shè)置討論環(huán)節(jié)，學(xué)生先分析。教師在評判學(xué)生結(jié)論后，放棄教材上復(fù)雜的幾何推導(dǎo)計算式的方法，采用了圖示法如圖7、圖8所示，把復(fù)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(chǎn)生耦合效應(yīng)。

教學(xué)第四階段：學(xué)生練習(xí)與演示。首先給出一個簡單的課堂練習(xí)，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(jié)果。設(shè)置討論環(huán)節(jié)：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(yīng)用智慧雨課堂，邊講邊測（設(shè)置單選題、多選題），讓學(xué)生快速響應(yīng)如何求解兩類誤差的問題。可迅速得到學(xué)生答案，發(fā)現(xiàn)問題，并及時糾錯。

教學(xué)第五階段：總結(jié)梳理。教師總結(jié)定位誤差分析與計算的重點、難點和疑點，給出小結(jié)。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(guān)聯(lián)，融入科學(xué)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(fā)學(xué)生好奇，為下次課教學(xué)內(nèi)容提前預(yù)告。

（三）課后作業(yè)知識鞏固

布置課后教材練習(xí)作業(yè)和線上網(wǎng)絡(luò)資源提供的自測題，鞏固本次課所學(xué)知識。設(shè)置課后線下在辦公室和線上QQ的方式，全天候輔導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和答疑。

四、教學(xué)設(shè)計實施后的效果

按教學(xué)設(shè)計開展課堂教學(xué)近四年，在關(guān)于定位誤差分析與計算的不論是作業(yè)正確率，還是考試得分率，每年都保持著較高的水準。表明學(xué)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(xué)方式提升了學(xué)生應(yīng)用工程知識解決實際問題的能力，初步實現(xiàn)了能力目標;把課程思政元素融入課程教學(xué)中，對學(xué)生的科學(xué)精神和專業(yè)倫理、品德修養(yǎng)和人格養(yǎng)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(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性有明顯的增強。通過將本內(nèi)容教學(xué)設(shè)計方法拓展至客車制造工藝學(xué)課程中其他重點和難點知識，該課程的考試成績穩(wěn)中有升。

近幾年，在“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外科技學(xué)術(shù)作品競賽、大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽等國家級、省市級學(xué)科競賽，獲獎59項。在中國大學(xué)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(shè)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(guān)知識支持。

五、總結(jié)與展望

本研究以廈門理工學(xué)院車輛工程專業(yè)核心課程——客車制造工藝學(xué)中定位誤差分析與計算內(nèi)容的教學(xué)為例，開展了教學(xué)設(shè)計探討，總結(jié)與展望如下：

1. 明確教學(xué)任務(wù)。依據(jù)課程的教學(xué)目標，分析具體教學(xué)內(nèi)容中的知識點，分別規(guī)劃各課程教學(xué)目標對應(yīng)的各項教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目標;指明教學(xué)重點、難點和疑點;并擬定在具體教學(xué)過程中教學(xué)內(nèi)容的情感目標融入方法。

2. 設(shè)計教學(xué)手段與教學(xué)方法。充分利用已開發(fā)的線上線下教育教學(xué)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(xué)方法。今后將構(gòu)建以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向的教學(xué)評價體系，不斷優(yōu)化教育教學(xué)資源配置。

3. 精心策劃教學(xué)過程。認真組織課前、課中和課后教師采用的教學(xué)方法、教學(xué)手段，同時安排學(xué)生要完成的任務(wù)，看重與學(xué)生的互動效應(yīng)，及時掌握學(xué)生對知識點的學(xué)習(xí)情況，形成閉環(huán)教學(xué)環(huán)境。

4. 教學(xué)效果明顯。通過對該教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計并實施，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對該內(nèi)容的理解增強、解決復(fù)雜工程問題能力逐步提升。該方法推廣到客車制造工藝學(xué)其他教學(xué)內(nèi)容上，發(fā)現(xiàn)該課程的教學(xué)效果顯著提升。另外，學(xué)生自主學(xué)習(xí)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(xué)目標、情感目標漸漸達成。

參考文獻：

[1]高紅俐，朱楷勇，龔澳，等.高頻諧振疲勞機載荷測量誤差建模分析及試驗夾具優(yōu)化設(shè)計[J].中國機械工程，2019，30（22）：2675-2682.

[2]鄭偉，孫見君，馬晨波，等.汽車輪轂加工夾具的研究現(xiàn)狀及展望[J].吉林大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2022，52（1）：25-36.

[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(shè)計方法[J].機械工程學(xué)報，2019，55（17）：185-199.

[4]劉堅，宋韜.《工件用圓柱孔定位的定位誤差分析》教學(xué)方法的探討[J].輕工科技，2014，30（9）：156-157.

[5]宋新華，徐政坤，宋斌.定位誤差的原因和性質(zhì)及計算方法[J].裝備制造技術(shù)，2009（2）：63-64.

[6]樊琳.工件定位誤差與“三個基準”關(guān)系的分析計算[J].裝備制造技術(shù)，2007（7）：127-128.

[7]李水良，馬心坦.全方位講授“定位誤差”[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011（13）：65-67.

[8]李志義，王澤武.成果導(dǎo)向的課程教學(xué)設(shè)計[J].高教發(fā)展與評估，2021，37（3）：91-98.

[9]徐勝媛.“通過模擬實驗探究膜的透性”實驗的教學(xué)設(shè)計[J].生物學(xué)教學(xué)，2021，46（1）：46-48.

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