基于CDIO 理念的《機械精度設計與檢測》課程的教學探討

摘要：《機械精度設計與檢測》是機械類、近機械類各專業的一門重要技術基礎課程，主要培養學生從事幾何精度設計、制造、檢驗和標準化等工作的能力。本文結合自身教學經驗，基于CDIO理念，對精度設計與檢測課程的教學內容、教學方法、教學手段提出一些自己的思路，旨在提高學生的工程設計能力和工程實踐能力。

1、引言

《機械精度設計與檢測》課程具有名詞術語多、標準項目多、抽象概念多、符號代碼多、涉及的知識面廣、學時短的特點，導致學生掌握該課程知識點的難度較大，再加上理論與實踐沒有緊密結合，教學效果一直不理想。從往屆學生學習效果看來，由于沒有學習好本門課程，學生在后續的機械設計課程設計和畢業設計中，對遇到的精度設計內容束手無策，設計圖紙明顯錯誤較多。

要從本質上改變該課程的教學效果，使學生理解和和掌握精度設計，具備綜合設計和工程實踐能力，學生進入企業成為一名機械工程師后，才能把設計意圖落實到生產實踐中，同時將精度的概念貫穿在生產實踐中，產品開發、工藝設計、質量控制、生產管理等各個環節，傳統的理論講授和課程實驗教學需要重新組織和規劃。

2、基于CDIO理念構建課程內容

CDIO工程教育模式中包含構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）四個環節。它以產品研發到產品的運行、維護和廢棄的全生命周期為載體，建立一體化的相互支撐和有機聯系的課程體系，讓學生以主動的、實踐的方式學習工程。按這一種教育模式將該課程知識體系工程化、工程應用具體化和崗位必備技能課程化，以此作為教學主線，同時在教學過程中融合工程案例和工程項目，將所有專業術語、定義、國家標準規范通過直觀方式傳達給學生，從而加深學生對知識點所表達意義的理解程度，達到提高教學效果的目的。

《機械精度設計與檢測》課程內容主要包括線性尺寸精度、幾何精度、公差原則、表面粗糙度、測量技術基礎這五部分基礎理論和典型零部件的幾何精度設計與檢測的應用部分構成，其中典型零部件包括滾動軸承、鍵和花鍵、螺紋、圓錐、圓柱齒輪等。通過本課程的學習，使學生具備下列能力：1.建立互換性、標準化、計量學及質量工程的基本概念，具有標準和標準化應用的能力;2.熟悉有關標準的基本術語及定義，具有選用公差配合進行尺寸和幾何精度設計計算的原則和方法的能力;3.掌握表面形貌的特征，具有其選擇和評定的能力;熟悉滾動軸承、鍵和花鍵、圓柱齒輪的精度，并具有其選擇和設計的能力;4.能掌握幾何參數測量的基本原理、測量誤差的處理方法，了解常用測量儀器的測量原理，熟練選擇和操作相關測量儀器并評定其合格性的能力。

課程內容始終把握住零件幾何要素的互換性要求和標準使用，通用和專用測量儀器使用和數據處理方法，機械產品的精度設計在工程項目中的具體應用;以生產企業真實產品為載體，對零部件的精度選擇、公差標注、誤差分析、質量檢測多項工作任務，以工程項目方式抽象出來形成典型工程案例，在實踐測量檢測、精度設計應用所學知識。結合后續課程《機械設計課程設計》和畢業設計與減速器設計相關，所有知識點都可以以二級圓柱齒輪減速器的精度設計為具體工程案例來進行組織講解和討論。以工程案例組織理論部分教學內容如圖1所示：

3、教學實施實例

基于“CDIO”工程教育理念，減速器是一個非常典型的機械傳動裝置，既包含多個標準件、又包含常用件和一般零件，完全可以涵蓋所有知識點的對應實例講解。例如，對線性尺寸精度中相關術語與定義的講解，可以通過減速器安裝的軸系中的各個部分做為案例進行講解，孔、軸的概念可以用齒輪與軸的安裝和鍵與鍵槽的安裝來講解，說明孔軸定義為廣泛的，與形狀無關;對于偏差與公差的概念也同樣可以進行講解，齒輪安裝到軸上以后，需要同軸一起工作，所以軸頸與齒輪輪轂之間需要用過盈配合，為滿足這一要求，生產的軸頸需要控制尺寸的大小，給出偏差和公差的概念;根據給出軸的公稱尺寸和齒輪轂的過盈量要求，引出要滿足互換性必須確定零件大小的標準公差和確定零件位置的基本偏差，從而說明標準公差和基本偏差的概念和作用，當然這個案例還可以進一步提出配合和配合類別等概念。

4、教學方法和教學手段

通過充分利用計算機信息化手段，采用多媒體、網絡資源、實驗室儀器設備平臺，以學生為主體，教師為主導（講授、指導、演示、課堂組織等多種方式結合），以工程應用案例為背景，實施講練結合教學形式，將“教、學、做”融一體，課內教學與課外自學、基礎性實驗和綜合設計性實驗互相補充，從而增強學生的學習興趣，達到培養學生基礎理論、實踐動手能力、自學能力、團隊合作精神、工程設計能力等工程能力和工程素養的目的。

教學過程中使用的教學方法有：講授法、討論法、直觀演示法、案例教學法等，采用多媒體的教學手段。

（1）.講授法：本課程理論學時偏少，有關內容可以在相關實驗中講解。教學過程中，理論精講，注重理論聯系實際，講授一些生產實際過程中的實例。

（2）.直觀演示法：在授課過程中，充分利用教具、實物、文字、圖片、聲音、動畫、影視等多種形式進行講解、分析、演示，提高學生的學習積極性和學習興趣，使學生易理解接受有關理論知識，讓學生通過觀察獲得感性的認識。

（3）.討論法：本課程就主要體現零件的使用性能及應用場合，合理選擇公差與配合、幾何公差特征項目、等級和表面粗糙度等，如何正確地在圖樣上標注等采用討論教學法。通過討論，學生合作學習，鞏固所學知識，鍛煉學生將本課程的知識應用于生產實踐的能力，學有所用，激發學習興趣、促進學生主動學習。

（4）.工程案例教學法：教師選定具有代表性的典型生產實例，學生提出自己的想法和建議，教師有針對性的分析，并給出生產中采用的方案。

5、結語

將“CDIO”工程教育理念引入《機械精度設計與檢測》課程后，通過對課程內容的重新設計，以工程項目實例做為主線，貫穿理論、工程實踐、精度設計和測量檢測實驗，以學生為主體，教師為主導，學生在邊學邊練邊應用中提高了學習興趣，對專業基礎知識的掌握和精度設計實際運用進一步加強。總結幾個教學班的教學效果，不但學生查閱文獻資料的能力，獨立分析實驗數據的能力得到了提高，而且對運用所學知識和基本技能解決實際問題的能力、工程實踐能力都得到了提高。

參考文獻：

[1]應琴. 機械精度設計與檢測[M]. 成都：西南交通大學出版社，2011.

[2]顧佩華、包能勝、康全禮：《CDIO在中國》，《高等上程教育研究》，2012年第3期。.

[3]賈衛平.《基于CDIO工程理念的“互換性與測量技術基礎”課程建設》，機械工程師，2013年第11期.

項目名稱：西南科技大學教學改革基于CDIO理念的《機械精度設計與檢測》課程的教學探討

作者簡介：應琴，女，漢族，籍貫：浙江永康，生于：1979-12-14，制造科學與工程學院，職稱：講師，碩士學歷，研究方向：機械制造及其自動化。