應用型本科問題求解三段式課堂教學法研究與實踐*

顧立志，高善平，陳思思，黃娥慧,甘世溪，宋金玲

(1.泉州信息工程學院 機械與電氣工程學院，福建 泉州 362000；2.華僑大學 機電及自動化學院，福建 廈門 361021；3.泉州師范學院 物理與信息工程學院，福建 泉州 362000)

課程是高校構建人才培養體系的基本單元，也是人才培養過程的基本載體。課程內涵和特色決定了人才培養的要素和特色。課程特色既有課程組合方式的特色，亦即宏觀層面的課程體系的特色，又有課程教學的特色，亦即微觀層面的單個課程的特色。目前，關于應用型本科院校課程體系的特色已有較多研究，形成了一系列的研究成果；基于單個課程的教學設計和教學實施則是一個亟待深入探索的課題。

廣東科技學院盧丹研究項目教學法用于本科英語教學，從概念入手,分析項目教學的影響以及存在的問題,并對本科英語教學如何融入項目教學法提出可行性的建議[1]。楊靜和吳彬立足于系統學理論,從高校教師視域出發,提出深度運用啟發式教學法于準備、實施和反饋三階段，以促進教育教學水平提升[2]。侯長林認為課堂教學的前沿是學科學術前沿和專業學術前沿的體現，要增強應用型本科高校課堂教學前沿性[3]。郭洋在梳理已有研究成果的基礎上,提出任務型教學法并闡述其目的、意義、內容、方法及實施于初級漢語口語課之實例[4]。劉海波選取華北科技學院公共體育籃球教學當中男生30人作為實驗組,運用任務驅動教學法進行授課,探討在高校公共體育籃球教學應用任務驅動教學法的效果[5]。華筱亞闡述了綜合教學法在基礎法語課堂上應用的可操作性和必要性,并提出了綜合教學法有效實施的條件保障[6]。孟慧麗認為藝術體操課程集鍛煉與藝術于一體,藝術體操作為大學體育課程中"美"的象征,闡述了分層教學法在藝術體操教學中的意義及應用策略[7]。劉果將行動導向教學組織和應用型本科結合是教育創新并應用于汽車自動變速器課程[8]。鄧小雷等人把翻轉課堂教學模式應用于本科機械專業課程改革,構建了一種包括學習資源的開發、課前學習、課中活動、課后評測,總結提升等主要階段的教學模式，收到良好效果[9]。李未等人提出構建"共享型"課堂教學模式,確立營造合適教學環境、教師正確引導、強調交流共享的教學原則并將該模式應用于“汽車理論”教學實踐[10]。趙興國等人基于對所開設課程及教學實踐的總結,提出“主體(Subjectivity)-實踐(Practicality)-研究(Research)”教學模式(簡稱“SPR教學模式”)，以培養自主決策能力、應用實踐能力和科學研究能力[11]。楊清提出課堂教學評價是學校對課堂教學活動的價值進行判斷、挖掘和提升的過程；認為當前學校在認識和實踐上存在誤區,未能充分發揮課堂教學評價的功能，應全面而有深度地挖掘課堂教學的價值生長點，真正促進課堂教學價值的提升[12]。

經過多年的潛心研究和教學實踐，本文提出應用型本科問題求解三段式課堂教學法并應用于“機械制造工藝學”“機械制造裝備設計”“金屬切削原理與刀具設計”等課程，收到良好效果。

一、應用型本科人才培養規格淺析

課程教學設計是依據教學目標，在分析學生特點、學習需求與教學條件的基礎上，提出階段性的學習任務，選擇合適的教學內容與有效的教學形式，確定評價學習結果的方案，達到優化的教學效果的系統決策過程。其中，選擇什么樣的內容與設計怎樣的內容承載與呈現形式是課程的關鍵和核心。

應用型本科人才是知識、能力、素質和諧發展的高素質人才，兼有普通高校學科學術型人才與職業技能型人才的人才特征，在培養上既有一般本科人才的學科學術教育特征，又有應用型人才的職業教育特性。因此，作為本科層次的人才，應用型本科人才培養規格必須符合和達到本科教育的基本要求，“應當使學生比較系統地掌握本學科、專業必需的基礎理論、基本知識，掌握本專業必要的基本技能、方法和相關知識，具有從事本專業實際工作和研究工作的初步能力”。與職業技術教育相比，其理論基礎更厚實，知識面更寬廣和學科知識更前沿，創新意識和能力更突出。這一規格特征要求，在課程內容的選取上不僅要突出基礎性，使學生既掌握本課程的基本概念、基本原理和基本應用，而且要凸現其學術性，確保所學知識與技術的“堅實”——高深性，使學生具有設計研發的潛能。同樣重要的，作為以應用為本的人才，應用型本科人才是以專業知識應用于生產實際、推動行業發展的實踐人才，其創新性主要表現為創造性地運用專業知識和技能解決實際問題的意識和能力，主要特征是基于實踐問題的集成創新、而不是學術理論原創。以較強的行業應用能力和解決實際問題的能力區別于學科學術型人才，又以較強的綜合設計和研究能力區別于技能型人才:比較系統地掌握本學科、專業必需的基礎理論、基本知識，掌握本專業必要的基本技能、方法和相關知識，具有從事本專業實際工作和研究工作的初步能力，以實踐問題的集成創新為基本內涵特征的高素質應用型人才。

這一規格特征要求，在課程內容的選取上必須體現行業需求導向和以能力為核心的個性特點，注重學科的交叉復合與行業應用，突出理論知識與實際問題的結合，但又不簡單照搬“基于工作過程”的職業教育課程開發模式，職業教育的“課程開發過程是一個伴隨學科體系解構而凸顯行動體系的重構過程”，更強調針對崗位技能的系列訓練。應用型創新人才培養規格的學科本色和應用特色的雙重特點決定了課程內容的選擇既要保證學生相對系統性掌握學科知識與理論技能，為后續課程學習和研究能力打下基礎；又要面向產業(行業)實際需要，提高學生的集成創新能力。

二、應用型本科課、學術型本科課和職業技能課堂教學形態特征之比較

應用型本科課程：基礎理論寬厚，系統性，前沿性，基于實踐問題的集成創新；啟發式與問題解決式。

學術學科型本科課程：理論基礎寬厚扎實，系統性，前沿性，原理(理論)創新性；啟發式，講述為主。

職業技能課程：面向職業崗位需要確定理論基礎的范圍和內涵，系列化；理論方法及演示實操程序化授課。

高校人才培養是通過學科教學實現的，學科課程是大學課程的基本組織形態。學科課程是從一定的學術領域選擇相關內容，根據知識的邏輯體系將所選知識組成相應學科而教學的課程，它不僅有利于學生掌握相對系統的學科知識，而且易于形成專業性的思維能力和實踐能力；但學科教學一般遵循從原理到概念再到例證的邏輯結構，以講授式教學為主，學生易淪為學科知識的“旁觀者”，而不是知識獲取的“親歷者”，有礙學習主動性、創造性的發揮。目前，從課程教學的實際來看，特別是理論性很強的學術課程，教師還是習慣于按照教材的編排順序、采用“先基礎后應用”的教學模式，基本原理講得多、實際應用訓練少，學生動手能力、創新能力不強。

應用型本科學生相當部分學生雖然對課堂上被動地接受知識灌輸缺乏興趣，但對于動腦筋、想點子設計和參與各種課外的實踐活動，卻是樂此不疲，在某種意義上這是他們的優勢所在。揚長避短，因勢利導，打破按教材順序簡單呈現知識的教學傳統，設計出適應學生群體基本特點和認知能力的教學內容與順序和方法，是應用型本科院校因材施教的內在意蘊。

三、應用型本科問題求解三段式課堂教學法

問題求解三段式教學法，以課程的知識體系歸屬和能解決的工程(含工作)實際問題的提出，按啟發式與問題求解式組織教學，闡述基本概念和基本原理，以實際問題為例運用基本概念和基本原理求解，從而達到課程目標。

(一)問題求解三段式教法之理據

1.“知識-能力-素質”內涵及獲取與培養之途徑

對知識-能力-素質的再認識。聯合國經合組織(OECD)在《以知識為基礎的經濟》的報告中闡明，作為知識經濟要素的知識，不僅囊括科學技術的知識成果，而且還包括管理科學和行為科學的內容。

知識：①知道是什么的知識，即指關于客觀事實的知識，即是可以通過人們的觀察、感知或數據呈現出來的知識等;②知道為什么的知識,即指自然規律和原理方面的知識，包括自然原理或法則的科學知識等;③知道怎么做的知識，即指技能方面的知識，包括做某些事情的技藝和能力等;④知道是誰的知識，即指誰知道和誰知道如何做某些事情的知識與信息。在知識生產中，編碼性知識可被認為是需要轉化的原料，隱含經驗的知識，特別是知道怎樣做類知識，可被認為是處理編碼性知識的工具。素質：《辭海》對素質[quality]一詞的定義為:①人的生理上的原來的特點.②事物本來的性質.③完成某種活動所必需的基本條件。素質是與生俱來的以及通過后天培養，塑造，鍛煉而獲得的身體上和人格上的性質特點。就本科培養而言，只有對教學的設計開發過程進行系統的有效的質量控制，才能產生高素質的學生。而學生素質只有通過客觀工作過程結果的記錄來證明滿足專業與應用要求的程度。在學校建立質量管理體系對學生的素質培養進行管理，保證畢業學生的素質。能力：對個人能力(competence)的解釋是：“經證實的應用知識和技能的本領。”有的人稱為“能力素質”，指在任務或情景中表現的一組行為。

可以得出，除先天藝術外素質和能力主要是通過活動(過程)進行培養的；在知識中，編碼性知識可被認為是需要轉化的原料，隱含經驗的知識，特別是知道怎樣做類知識，可被認為是處理編碼性知識的工具。編碼性知識能夠通過讀書、聽演講和查看數據庫而獲得；隱含經驗的知識通過社會活動(實踐)來獲得”。從應用的角度看，項目(問題，任務)是知識、素質、能力的客觀載體，素質是基礎，能力是工具，知識是資源，三者有機結合才能完成項目。

綜上，課堂教學主要是獲取“編碼性知識”從而為素質提高和能力發展奠定堅實基礎。問題求解三段式教法契合編碼性知識的獲取，為培養應用型人才提供知識保障，見圖1。

圖1 “知識-能力-素質”內涵特征和獲取渠道

2.認知規律之遵循

學習基礎理論、掌握專業知識、培養基本應用能力，關鍵在于激發學生的求知欲和以恰當的方法途徑使學生學會學習，養成自主學習。其實，這是學習的兩個方面問題：(1)想不想學好——解決求知欲問題；(2)怎樣學好——解決方法問題。認知心理學告訴我們，求知欲源于好奇，想知道，見圖2。問題求解三段式教法以預設和提出問題開篇，直接迅速吸引學生的注意力，激活學生的好奇心；隨之而來的連續性問題接踵而至：有什么理論或方法能夠求解這個問題？具體是怎樣求解的？有何規律和特點？效果如何？從而激發和持續學生的求知欲。

圖2 求知欲的產生與持續

認知心理學還告訴我們，對知識的獲取與掌握效果主要取決于學習過程對獲取對象的加工(刺激)次數和加工深度，見圖3。加工次數可以理解為對學習內容反復思考回味的次數。據統計平均人們對概念的記憶需要重復7次。另一個具有更為顯著性影響的因素是加工深度，可以理解為對學習內容反復思考回味過程中取得印象的深刻程度、刺激的強烈程度、認識理解的深度。

問題求解三段式教法為師生的教與學提供了深度加工的舞臺。以提出問題伊始即深深地刺激和吸引著學生；緊扣問題求解展開概念原理使刺激再現并深化；具體求解問題使刺激達到高潮。

3.理論與實際無縫連接之實現

我們的教育方針內容之一是理論聯系實際，學以致用。長期以來，教育理論家和教育實踐家均在不懈努力尋求教育教學過程形式與內容融合統一、理論與實踐緊密聯系的高效方法，持續提高教育教學質量。問題求解三段式教法以來自生產工程技術的實際問題為出發點，緊緊圍繞解決實際問題展開課程知識體系的概念和原理方法，再落腳到實際問題的求解，不僅保證概念原理與實際問題的緊密聯系，而且使具有普適性的概念原理與具體的實際問題完美匹配，為學生初步運用概念原理嘗試解決同類或相近類問題提供了成功的范例。這為學生分析和解決生產工程技術新問題奠定了基礎，也在一定程度上培養了學生的自學能力。

4.契合應用型本科人才培養之要求

盡管對應用型本科教育和應用型本科人才培養規格仍在探索和實踐中，對應用型本科基本要求的認識趨于一致：

(1)基礎理論的寬厚性：主要體現通識教育情況，包括主干基礎課程；

(2)專業知識的扎實性：專業核心骨干課與知識技術體系的傳播與掌握情況；

(3)技術技能的高強性：主要考察以本專業基礎理論為指導、運用專業技術方法和經驗等于實踐的能力和實際動手能力；反映專業水準，展示工匠技藝。

(4)自學發展的創新性：主要反映施教學習實踐過程中學生所獲得的自學能力和技術發明創造能力。考慮行業崗位，必然會遇到一系列前所未有的問題、困難、理論與技術難題等，在本科階段不僅要溫故已學已掌握的知識與技術，更重要的是必須學習新知識、掌握新技術，運用新方法以解決新問題，并使自己不斷進步和提高。從某種意義上講，自學能力是學習上的創新能力。

(5)實干會干的行動性：通過實際行動體現和證明應用型本科良好的素質和對知識與技術的應用能力。

問題求解三段式教法——“提出問題-闡明概念原理-問題求解”，在形式和內容上取得高度契合統一，實際問題(工程技術)-概念原理(課程體系)-問題求解(原理運用)三位一體，從問題的提出，概念原理(知識點)的導出和闡述，再落實到原問題運用原理方法的求解和講評深化，處處達成對應用型本科人才培養要求，時時體現“應用型”重在應用的人才培養觀。

(二)問題求解三段式課堂教學法系統構架

從形式到內容，問題求解三段式課堂教學法系統由三模塊、三部曲和三目標構成。

1.三模塊

模塊1：構建基于知識體系的問題(任務或項目)樹

(1)

式中，problem(concept)ij、problem(concept)km、problem(concept)no、problem(concept)pq分別表示概念問題、原理問題、方法問題和其他問題。為了方便它們分別簡寫為prcij，prpkm，prmno和prspq，見圖4。

圖4 問題求解三段式課堂教學法中的問題樹

Module1:Problems(tasksorprojects)treebasedontheknowledgesystem.

模塊2：回答和解決問題的原理與方法集

Module 2:Universal principles and methods for solution to the problems involved.

Notions：內涵明確、濃縮精煉的詞或短語

Principles：事物存在和運動固有的規律、法則等，人們對于某些事物內在屬性特征和行為規律的約定也在此列。

Methods：為達成某種目的所采取的動作行為、方式方法、順序過程、理念思路、算法技藝等。

模塊:3基于具體理論和方法解決具體問題的任務(項目)解

Module 3:Concrete problems and concrete notions and principles used.

Problems

Notions and principles

Steps

Methods

Solution

上述模塊2和模塊3均可表述為與模塊1相類似的形態，此處不贅述。

據此，形成問題求解三段式課堂教學法模型，見圖5。

圖5 問題求解三段式課堂教學法模型

2.三部曲

如果將問題求解三段式課堂教學法視為交響曲，為實現課程目標，可以認為三部曲是構架和實踐該教學法的設計美學，其中的三段式則為交響曲的三個樂章。在設計課程時，用激活教學資源的基本要素，包括

{…ai…,…bj…,…ck…,…dn…,…em…}，i

=1,2,3…；j=1,2,3…；k=1,2,3…;n

=1,2,3…;m=1,2,3…

(2)

式中，ai，bj，ck，dn；em——分別表示教材與課件資源、網絡與動畫資源、實驗室資源、與課程相關的項目與學術資源、與課程相關的校外資源。

第一樂章：奏響序曲，引出問題

對應基于知識體系的問題(任務或項目)樹模塊，應使每個要素成為跳動的音符，激發學生的好奇心和求知欲；每個問題成為波瀾起伏的曲段，直指課程基本與核心，形成強烈的感召力、難以抗拒的吸引力，激發學生的探索欲；每個問題樹枝成為悅耳、賞心的間奏，激發學生盡快努力學好的沖動欲。

第二樂章：高歌主旋律，闡發知識點

問題求解三段式課堂教學法的主旋律是“概念、原理和方法”本身和能夠解決的哪類問題之匹配。具體問題具體分析并將問題與原理方法匹配是關鍵。

“帶著問題學”“怎樣求解問題”“具體原理方法是什么”的求知欲、探索欲和沖動欲，為概念、原理的闡發與研討提供了極為有力的心理氛圍。要乘勢而上，充分發揮課堂教學現代技術方法和手段，圖-文并茂、聲-像同綻，系統-動畫共放，將概念、原理和方法以學生最能認識、理解和接受的美學欣賞方式震撼展現出來，形成情景交融、形神一體、師生互動的賞學樂學景象。作為問題求解三段式課堂教學法的主旋律，要把概念-原理-方法進行深度加工，使之成為定義完整精準、內涵通俗易懂、便于理解記憶的金曲。

第三樂章：推出高潮，解決問題

問題的求解和答案是問題求解三段式課堂教學法的第三曲，亦是高潮。

對于實際工程技術問題的求解，不僅要明了解題方法和步驟，而且要對結果進行合理性分析，進而深化和升華對概念、原理的認識和理解。在回顧求解過程和講評中，師生共同感受從“束手無措問題”到有了可資利用的“概念-原理-方法”，再到“與期望一致的求解和結果”，共同分享“小試牛刀，初戰成功”的喜悅，共同見證“理論與實際相結合”偉力，共同沉浸于“科學技術之美”。

3.三目標

(1)構建和框定本門課程能夠解決實際任務和工程技術問題的基本范圍和深度目標

任何一門課程均有相對獨立的知識體系，同時又與其他課程或學科交叉或相容，這是由事物的內涵固有屬性、特征復查性和標志多樣性決定的。生產工藝或工程技術問題通常涉及多學科內容、多專業知識，就某門課程而言，其范圍相對有限，只有明晰本門課程概念原理的有效范圍和適用程度，才能明確課程目標，從而使教學有依循，學習有方向，進而達成教學期望。問題樹模塊構建的基本目標是在眾多工程技術問題中梳理、甄別、精選和凝練出具有典型性、代表性和延伸性的案例，為第二階段引出概念原理方法、和第三階段運用相匹配的概念原理方法解決具體案例問題，從而使三階段渾然一體、理論與實際無縫連接、強力助力學生學用結合，從而做到思路清楚，方法清晰，目標清明；認識-理解-掌握-運用要點突出、印象深刻。

(2)解決工程技術問題的概念原理方法集適用性與實施性目標

根據應用型本科人才培養基本要求和課程教學大綱，將課程知識體系離散為有限數量、通俗易懂、符合認知規律、前后有機銜接的知識點族，努力做到概念明、內涵清、認識易，理解深；原理方法的適用性——與目標問題相匹配；解決問題的實施性——可操作性且有效。

(3)問題求解的普適性與特殊性之辯證關系目標

問題求解集的構造與實際任務和工程技術問題樹協調一致，重點是求解思路——在問題樹提出問題的基礎上如何分析和解決問題。

要特別厘清問題是什么？運用什么具體概念和原理？為什么運用如此概念原理而不是別的？還有相同、相近或類似問題能夠用此種概念和原理求解嗎？

由于目標問題的內涵或本質的差異，求解所用概念和原理亦應不同——這即是“一把鑰匙開一把鎖”的原則。

在“材料力學”課程中“壓桿穩定問題”限于韌性受壓桿件垂直于軸線方向截形最小線性尺寸a與有效壓桿長度L之比處于如下狀態時

(3)

該壓桿將發生側向撓曲變形——壓桿失穩。此種情形能夠出現在“受壓二力桿”“曲柄滑塊機構中受壓連桿”“壓榨機或舉重螺旋機構中的螺桿”等，故式(1)均適用，較好地體現了普適性。一旦壓桿變換了受力狀態，如其他條件不變，但，盡管從形式上看仍是受壓2力桿，本質上已轉化成為簡單壓縮變形問題，因此式(1)已不再適用，而需要虎克定律了。

(三)應注意的若干問題

1.問題樹的構建遵從“真實而恰當”原則

問題求解三階段式課堂教學法的第一段問題樹應來自生產、生活和科研實際；在問題原型的基礎上對問題的形式和內容一定加工制作是必要；求解過程盡可能完整，但考慮學時等因素，可以擇其要點，緊扣本門課程的概念和原理，重點突出。

2.概念原理內涵明確、邊界明晰

一門學問、一門課程均有自己的知識體系；而一個知識體系通常由一系列的相對獨立又相互聯系的概念原理(知識點族)組成。明確概念內涵、明晰原理及其適用范圍是第一位的，只有確定了知識點性質、內容、特點和知識點間的邏輯關系，進而確定知識點(族)能夠解決生產與工程技術中哪類哪些問題，才能恰當地設計和構建問題樹并為問題求解打下伏筆，進而形成前后呼應、具有內在邏輯的三段式。

3.求解過程“舉一反三”

問題樹模塊、回答和解決問題的原理與方法集，基于具體理論和方法解決具體問題的任務(項目)解等，不論怎樣都是有限的。對于應用型本科的課堂教學，出路在于“給學生魚的同時給學生漁！”

核心問題是通過“提出問題-闡明概念原理-問題求解”，引導學生學習和掌握基本概念和基本方法，并能初步解決基本問題。一門學問、一個課程所貫穿的是具有普適性的概念和原理。對于需要求解的問題，首先應進行預處理——分析原始問題，由表及里、由淺入深、去偽存真地加工制作，再經過概括、提煉和抽象，完成問題準備。問題求解過程關鍵一環是選用具體的概念、原理和方法，仍需從問題本身出發，認清問題的內涵屬性進而匹配解題方法。

課堂教學的全部意義在于詮釋概念、原理體系的內涵和普適性，進而使學生恰當地運用這些概念和原理解決新問題。能否成功地啟發和引導學生運用基本概念和基本原理解決本門課程的基本問題(實際問題通常為多學科問題，往往需要歸一化處理，此處不贅述)，成為評價教學目標實現與否的標志，對于應用型本科課堂教學尤其如此。

4.教師與三模塊的動態管理及升級

問題求解三段式課堂教學法在系統構建上基于“問題樹模塊”“概念原理方法模塊”和“具體問題求解方案模塊”三個模塊，每個模塊既相對獨立、自成體系，又與另外兩個模塊密切聯系、相融相嵌——在形式上“提出問題、提出解決問題的原理方法和具體求解”，三部曲、三躍進；在內容上“提出課程體系的知識點目標、提供目標知識點精髓和達成目標具體方法、過程、途徑范例”，形成深入淺出、環環相扣、渾然一體的編碼性知識獲取嚴密的邏輯形態。實施問題求解三段式課堂教學法，希冀教學相長，持續提高教學質量，前提條件和基礎是高質量的設計、構建和運用三模塊，并持續維護三模塊，保證其經典權威、先進新穎、引人入勝。這對教師、教學準備和教學過程提出了系統化更高要求。

本質上，問題求解三段式課堂教學法三個基礎模塊是三個內容相對獨立又密切聯系的數據——知識庫，為著高效發揮三個數據——知識庫的效能，應對它們適時維護，與時俱進，保持先進性。對于“問題樹模塊”，根據本學科本課程理論技術的新進展和教學實踐的檢驗，更新、充實和改進完善相關問題，契合基礎重點，保證切中要害，激發興趣共鳴；對于“概念原理方法模塊”，應把最新研究成果、理論進展、技術進步、方法提高等適時加入到模塊中來，保持存留和教授的概念原理、技術方法與世界同步，經典、精煉、先進、易懂；對于“具體問題求解方案模塊”亦應適時更新。對于基礎課課堂教學，信息相對穩定；對于學科基礎課和專業課的課堂教學，由于工程特征進一步顯式化，多種方法手段求解、甚至答案的非唯一性凸顯，構建和維護該模塊的難度增加。可以考慮形成兩個層次求解方案——基本求解方案和研討性求解方案，以適應不同學生和不同教學期望的需求。

對于運用三模塊的教師在教學實踐中須高屋建瓴，目標遠大，勇于善于創新，在全方位持續提高自身的學識、能力、水平的同時，不斷總結和升華經驗，奉獻聰明才智，為祖國和人們培養高質量的接班人和棟梁才。

四、問題求解三段式課堂教學法例析

采用問題求解三段式課堂教學法于機械制造工藝學、機械制造裝備設計和金屬切削原理與刀具等課程，持續完善系統構建、改進教法并不斷實踐，收到良好效果。以機械制造工藝學中的“定位與定位誤差分析”課堂教學為例作以剖析。

課程：機械制造工藝學，夾具設計，定位與定位誤差分析。

圖6 銑削中的定位誤差 圖7 定位誤差相關尺寸

問題：

在機床上工件是如何定位的？采用怎樣的定位方案才能滿足加工要求？

一個長方體件，尺寸如圖所示，要銑削B面，保證D尺寸，按此定位方案能否滿足加工要求？

任務：學習和掌握機械加工中的定位方法；分析和確定定位誤差，能夠設計或選用符合加工要求的定位方案。

概念與原理方法：

定位：使工件在機床上或夾具上獲得正確位置的操作；

定位誤差：在加工過程中因工件的定位不準所造成的加工誤差，它由定位的位置誤差和工件的相關尺寸誤差所致，在數值上等于工序加工基準在保證尺寸方向上的最大變動范圍。

△dw=△jw±△jb

(4)

定位原理：基于六點定位原理的定位工作面或定位工作面組合。

定位誤差分析方法：

(1)定位誤差定義法(包括作圖法)

(2)定位誤差組成法(幾何法或計算法)

(3)定位基準誤差虛擬歸零法(定位基準位置誤差、基準不重合誤差計算及其誤差變動方向判別與)

具體問題求解與答案：

定位誤差定義法：按定義作圖，見圖8和圖9，定位基準為C面，工序加工基準為A面，有

△dw=Hmax-Hmin

={(d1max-d1min)

+bmax}-bmin

=Td1+Tb

(5)

定位誤差組成法：

基準位置誤差△jw=Tdl；

基準不重合誤差△jb=Tb

△dw=△jw+△jb

=Td1+Tb

(6)

定位基準誤差虛擬歸零法：假設定位基準位置誤差為零，考察在兩個極限狀態下基準不重合誤差的變動方向：(a)假設定位元件在垂直方向(保證尺寸d方向)取最高點，再取最低點，則定位的位置誤差向下運動；基準不重合誤差值同樣從最大值轉為最小值，變動向下，與定位的位置誤差變動方向一致，基準位置誤差和基準不重合誤差之間取“+”號，即

△dw=△jw+△jb

(7)

=Td1+Tb

(b)如果定位基準位置先取低位，再取高位，變動方向向上，基準不重合誤差變動同樣從地位變到高位，變動方向向上，與基準為止誤差變動同向，兩者之間取“+”號，定位誤差結果同式(5)。

在實際工程上，定位誤差占總加工保證尺寸誤差的1/3-1/5,取1/3;如果計算定位誤差在加工尺寸誤差的1/3之內，定位方案合格；否則，不合格，需要修改定位方案，直至合格。

此種三段式方法同樣適于課程群和課程體系的課堂教學。

在近三年的教學實踐中，運用問題求解三段式課堂教學法于“機械制造工藝學”“機械制造裝備設計”“金屬切削原理與刀具”等課程，收到良好效果，學生自主學習積極性普遍提高、教學互動更加活躍、全班課程成績平均提高2.6-3.8分；尤其重要的是學生嘗試運用所學解決實際問題，參加學術活動、科研項目和科技制作與競賽的熱情高漲；以學生為一作Ei檢索論文發表2篇、以學生為主體的發明專利授權4項、獲省級和國家級競賽獎12項。

圖10 按定位基準誤差虛擬歸零法計算定位誤差

五、結論

在對比分析應用型本科課、學術型本科課和職業技能課堂教學形態特征的基礎上，提出并論證基于應用型本科院校人才培養目標的規格要求，決定其課程內容既要保證本科人才的知識系統性和學科前沿性要求，又要體現應用型人才培養的實踐特性。在對比分析的基礎上闡述應用型本科課堂教學的基本特征形態；構建基于知識體系的問題樹模塊、回答和解決問題的任務(項目)集模塊、基于適用理論和方法的具體任務(項目)解決方案模塊的三模塊-三樂章-三目標體系。從理論和實踐的結合上論證問題求解三段式教法之理據，此教學法適應“知識-能力-素質”內涵及獲取與培養之途徑、認知規律之遵循、理論與實際無縫連接之實現；契合應用型本科人才培養之要求。設計和實施問題求解三段式課堂教學法，應遵從問題樹“真實而恰當”的構建原則，做到概念原理內涵明確、邊界明晰，求解過程“舉一反三”，三模塊的動態管理與升級，教師應不斷提高自己等注意事項。近三年運用問題求解三段式課堂教學法于“機械制造工藝學”“機械制造裝備設計”“金屬切削原理與刀具設計”等課程的課堂教學實踐，收到良好效果。