提升机械精度设计关键技能的实践教学模式改革

李丽慧+李必文+胡良斌+周炬

【摘 要】针对机械设计制造及其自动化专业实践教学，提出提升本专业学生机械精度设计关键技能的实践教学改革办法。以南华大学船山学院机械精度CAD与误差检测综合实验课程为例，阐述教学内容整合、教学进度编排、教学方法探索、教学效果评价等方法措施。这些举措在2014-2015学年得以实施，实践教学效果得到了明显提升，受到学生的欢迎。

【关键词】机械精度；误差检测；实践教学

【Abstract】As to the practical teaching for the mechanical design manufacturing and automation， this paper puts forward some methods to improve the critical skills of design of mechanical precision. It takes the mechanical precision CAD and comprehensive experiment error detection from Chuanshan college in university of south China for example， and states the integration of teaching context， the arrangement of teaching schedule， the investigation of teaching method， the evaluation of teaching effect and so on. It has gained a good effect since these measures token during 2014 between 2015 school year.

【Key words】Mechanical precision； Error detection； Practical teaching

0 前言

现代机械工程综合性、多样性、跨学科交融的特点，倒逼我国机械工程高等教育必须深入研究学科交叉、课程设置及其内涵、面向工业界等方面的课题并付诸实践，以适应机械工程科技发展的需要。按照“进一步强化实践、突出应用、注重创新创业”的原则，南华大学船山学院机电与信息工程系2015年新版机械设计制造及其自动化专业人才培养方案专门设置了“独立实验课程”和“就业导向课程”两个模块，其中“独立实验课程”包括了《物理实验》、《机械精度CAD与误差检测综合实验》、《特种加工与3D打印综合实验》三门课程，这是在人才培养过程中注重综合性、实践性和创新性统一的具体体现。

我校船山学院机械专业的人才培养，重点在于功能设计、结构设计、强度与刚度设计、精度设计、工艺设计、先进制造技术等方面的专业知识、基础业务、基本技能和创新素质的培养，《互换性与技术测量》正是基于培养学生几何量精度设计工程能力和检测操作基本技能而开设的专业基础课程。多年以来，这门课程的课内实验一直设置为6大项目共计8个学时。2015年新版培养方案将《机械精度CAD与误差检测综合实验》纳入“独立实验课程”模块，实验课时由原来的8个学时加强至16个学时。从本质上来讲，《机械精度CAD与误差检测综合实验》就是在“独立实验课程”环节增加并整合精度设计和检测的关键技能，学、练、用并行合一，启发和调动学生的学习积极性和主动性，以很好地实现学术愿望和就业诉求。从更高层次来讲，就是以“独立实验课程”环节为平台，通过“理论+技术实践+多种专业知识的交叉应用”，力求将学生培养成技术集成的创新人才。

但是，即使“独立实验课程”学时加强至16个学时，教学内容与学时时限的矛盾、学生学术愿望与学习精力的矛盾依然十分突出。在实践教学过程中，实验教学大纲的编写、教学内容的整合、教学进度的编排、教学过程的监控、教学效果的评价等均成为亟待研究解决的问题。

1 相关研究综述

《互换性与技术测量》课程的特点是抽象概念多、术语定义多、叙述性内容多、需要记忆的内容多、部分内容晦涩难懂，而许多高校使用的理论和实验教材存在对学科性教育和职业性教育的内容糅合不够充分、未以适当篇幅反映交叉学科和跨学科研究的发展动向、未以现代化内容拉近读者与现代计量技术发展的距离等缺陷，这是因为课程的理论体系和内部逻辑不足以设计出适合当代科技进步、经济与社会发展的教学内容。随着我国几何量公差标准已与国际标准接轨、贯标工作在实际开展并有效推进、测量技术及装备在不断发展与进步，我国机械工程高等教育工作者已经认识到任何课程都无法取代《互换性与技术测量》课程，特别是实验课程在教学计划中的特殊作用。又鉴于在工业国家，本课程的实践教学环节具有相当的地位和成功的经验，但由于地区经济差异和国情不同，其教学资源内容、教学资源和教学模式等不适合我国对本科生的培养目标。因此，相关人士在本课程的实践教学环节上作了一些改革、探索和实践，如将一些验证型实验整合优化为三性实验、因地制宜地设置实验项目、用现场教学替代部分实验教学项目，等等。

但是，在以下方面做得还很不到位：（1）囿于学时时限，教研教改的成功经验、实际工程项目实例、科研成果等未能有效地向实验教学资源转化。（2）实验教学内容与解决工程实际问题的社会需求之间未建立明确的联系，“以问题为中心”的实践性课程普遍欠缺，即使有开展也未达到普惠的目的。（3）针对复杂机电工程精度设计问题，培养学生选择、使用与开发CAD/CAE等现代工程工具、信息技术工具和技术资源对其进行过程模拟仿真与结果预测的工作严重滞后。目前，徘徊观望，以期借鉴成功的经验和资源的居多。针对这些问题，我们经过长期的探索和实践，总结以下改革措施。

2 实践教学改革举措

本文作者及其教学团队以《机械精度CAD与误差检测综合实验》为载体，以南华大学船山学院机械制造及其自动化专业学生为授课对象，以促进学生综合素质的培养为课程教学计划的基本原理，对所制订和施行的该课程实验教学大纲不断完善。通过在本“独立实验课程”中整合、增加机械精度设计关键技能的内容与活动，通过“学、练、用并行合一”，启发和调动学生的学习积极性和主动性；通过“理论+技术实践+多种专业知识的交叉应用”，将学生培养成技术集成的创新人才。具体举措如下：

2.1 教学内容与教学进度改革

1）打造了一支稳定的独立实验课程教学团队，通过有效组织与合理分工，高质量地完成了实验教学大纲的编写，不断优化改进《机械精度CAD与误差检测综合实验》的教学内容、教学方法和教学评价系统。

2）对教学内容进行了合理整合、对教学进度进行了合理编排，将教学内容拓展为三个体系，以解决教学内容与学时时限之间的矛盾，使学生了解掌握典型三性实验项目、经典工程应用项目案例、代表性科研项目案例，能使学生具备自学和举一反三的能力。

3）以我院已有的《机械精度设计与检测课程虚实协同实验及工程能力拓展系统》为实例，不断吸纳、培养部分学有专长的学生参与扩展、完善该系统，使得学生知其然并知其所以然。

4）将职业性教育的内容贯穿课程教学过程的始终，拉近学生与机械精度设计工程实际、工作情境、现代测量技术及装发展的距离。

5）课堂教学引入并行设计理论和方法，以增强学生在精度设计和检测方面的自学、观察、实验操作能力，进一步增强生产组织和管理能力。

6）2014年我校实现“三学期制”改革，设定夏季短学期，将夏季学期设定为集中实践教学阶段。采用相对独立且集中的实践教学环节，将有助于学生在实践环节中的全身心投入，从而取得较好的实践教学效果。

2.2 教学方式改革

采用“以问题为中心”的教学方式，调动学生的学习积极性，解决学生学术愿望与学习精力之间的矛盾。促进课前自主学习、课中数据处理、课后知识综合运用等教学活动的开展，并对学生逐渐向专业发展、不因循守旧、增强创新思维能力有所裨益。

以问题为中心的教学模式，能够实现四个教学目标：①减少由中途辍学、延长学习年限、课程安排不当所造成的教育资源浪费；②增强学生的自信心、灵活性和创造性，改善学生的交流技能和共事能力；③训练学生在同时考虑社会、经济、政治和技术因素下，全面解决复杂问题；④培训教师，使其不仅能讲课，还会提出问题和解决问题。

2.3 教学效果评价方式改革

对学习的过程进行评价，对学生课前自主学习、课中数据处理、课后知识综合运用拓展等环节的学习效果以客观、恰当的方式进行评价。

根据课程各环节支撑的毕业要求，采用系统工程分析方法，通过座谈、问卷及走访，建立评价目标树，确定评价目标的内容，运用强制判定法（FD法）设置加权系数，从而构建课程支撑的毕业要求多因素分析与评定模型。在教学实践过程中通过数学处理对学习效果进行过程性量化评价。肯定成绩，找出问题，促使学生对学习的过程进行积极地反思和总结；发现苗子加以重点培养。

对课程可以支撑的毕业要求进行评估——组织校内专家、企业专家、本专业毕业生，根据课程性质、拟定的教学大纲，对照工程教育专业认证的毕业要求达成度评价机制，对《机械精度CAD与误差检测综合实验》课程可以支撑的毕业要求进行评估，具体设计为：①误差数据处理能力，误差来源分析能力；②实验结果表达能力，精度设计优劣性评价能力；③使用现代工具能力，举一反三能力；④综合实验设计能力，仿真能力。并根据评估结果对课程目标、教学内容进行针对性的调整和改进。对学生普遍关心的涉及《MATLAB语言与应用》、《大学计算机》、《CAD/CAM》、《数值分析》、《机械优化设计》等课程的相关内容，做出精心合理的教学编排。

3 总结与展望

自从2014年以来，南华大学实行“三学期制”改革。夏季小学期的出现为《机械精度CAD与误差检测综合实验》的统筹规划和整合提供了非常有利的条件。它使得此课程的实践教学能在相对较短的夏季学期集中进行。在我院现有的办学条件下，通过“理论+技术实践+多种专业知识的交叉应用”、“学、练、用并行合一”， 拉近学生与机械精度设计工程实际、工作情境、现代测量技术及装发展的距离，使课程理论学习有落实的时间、空间和手段，充分利用学制时限激发学生兴趣、增强学生成就感、缩短学生工作适应期、知识结构和动手能力与时俱进、具备创新创业综合素质的目的。此次课程改革探索基本取得了成功，受到学生的欢迎。

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[责任编辑：王伟平]