基于應用的互換性與測量技術課程體系重構探討*

張鳳梅 戴俊

摘? 要? 以互換性與測量技術課程內容為研究對象，針對機械類學生的工程素養培養，探索改革傳統教學方法及教學理念，采用任務驅動教學法，積極創新基于應用的課程體系，對接智能制造工程領域，完善、重塑突出實踐的“理論基礎+綜合實訓+創新實驗”課程結構、教學方案及教學形態，對學生學習課程的全過程進行管理與指導，不斷增強課程教學效果，提高應用型本科人才培養質量。

關鍵詞? 互換性與測量技術；應用型本科；單級圓柱斜齒輪減速器；任務驅動教學法；網絡虛擬實驗

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）09-0120-04

0? 引言

互換性是指同一規格的一批零部件，按規定的技術要求制造，能彼此相互替換而使用效果相同的特性[1]。在日常生產生活中，互換性可謂隨處可見，如機械式腕表的手柄壞了，只要換一個相同規格的新零件即可。隨著智能化及柔性制造系統的迅猛發展，互換性已成為現代機械制造中一個普遍遵守的原則[2]。在機械制造中，加工零件不可避免地會產生尺寸、形狀、位置及表面粗糙度等參數誤差，為滿足產品互換性的使用要求，必須合理地確定其允許的變動范圍，即對產品進行精度設計，并輔以檢測來保證產品質量，保證產品經濟性及使用價值。

在高校機械類相關專業中，互換性與測量技術課程是專門研究產品精度設計的專業基礎課，課程特點為名詞術語多、抽象概念多，有大量關于標準化內容的應用。該課程為機械設計、智能制造等后續課程的理論學習、課程設計和畢業設計等實踐環節打基礎，工程實用性強。因此，積極滿足“新時代高教40條”對本科人才培養體系的要求，解放思想，更新優化教學內容，采用先進的教學模式，最大限度強化實踐教學的課程結構[3]，對應用型本科人才培養具有十分重要的意義。

1? 現行教學模式

在唐山學院，對互換性與測量技術課程的教學，目前教師大多采用以講授為主的灌輸式教學模式，按“緒論—測量技術基礎—尺寸公差、配合與檢測—幾何公差與檢測—表面粗糙度與檢測—光滑極限量規設計—常用結合件公差與檢測—漸開線圓柱齒輪傳動公差與檢測”的傳統課程體系內容安排授課，據專業不同，輔以4～6學時的課內實驗，實訓環節放到期末后續的機械設計課程設計階段。課程講授總體上以理論內容為主，理論性強，實踐機會少，師生都感覺該課程時間緊、任務重、學習壓力大。到機械設計應用相關內容時，學生對運用類比法進行精度設計的環節不夠熟悉，相關案例儲備不多，不能深入地對機械設計中有關精度設計的任務充分理解和應用，部分學生時常繞開設計細節，一句“經選擇”就把幾何精度確定，將精度設計問題帶到畢業設計階段，勢必會導致畢業設計環節圖紙質量也難以讓人滿意。

現有教學模式及課程體系阻礙了該課程對機械類專業培養目標支撐作用的發揮，亟待進行課程體系重構及相關教學改革。

2? 互換性與測量技術課程體系重構

2.1? 重塑教學模式

以機械傳動中廣泛應用的“單級圓柱斜齒輪減速器”為例，按機器使用條件要求進行減速器及相關零部件的精度設計，創造具有強實踐性的大作業教學模式，將課內實驗與課外開放實驗相結合，創新線上虛擬實驗項目，切實達到該課程教學提升學生解決工程實踐中精度設計與誤差檢測相關問題的能力。

2.2? 改變教學方法

摒棄以傳授知識為主的傳統教學理念和教學方法，針對該課程應使學生達到能對機械產品進行精度設計的教學目標，采用建立在建構主義學習理論基礎上的任務驅動教學法[4]，以“提出任務—分析任務—自主學習—完成任務—教師評價”為基本教學環節，學生可以實現探究式的自主學習和提出解決方案的創新學習。學生始終處于積極的學習狀態，突出在課堂學習中的主體地位；教師根據各個具體設計任務所引出的實際問題講授必要的相關理論知識，并對學生學習過程中存在的個體問題加以針對性指導，對學生最終完成的任務成果進行客觀、公正、科學的綜合評價。教學手段和教學方法上更貼近生產實際對學生應掌握相關知識的需求，充分體現了既解決問題又完成任務的多維度互動式教學理念，徹底打破了傳統教學的禁錮，注重學生解決實際問題能力的培養，真正實現邊教邊用、用中學，學生學習更加主動，教師順勢而為，使教學活動更加熱情與活躍，更有利于教學目標的實現和教學質量的提高。

2.3? 重構課程體系

重構適應新時代應用型本科人才培養目標的課程體系，達到懂理論、重實踐、會應用的教學效果。

2.3.1? 重構基于“應用”的互換性與測量技術課程體系? 重構后的互換性與測量技術課程體系如圖1所示。

2.3.2? 學時分配? 以唐山學院為例，互換性與測量技術課程大綱中理論和實踐環節共安排32學時。唐山學院是一所應用型普通本科院校，課程組多年來以一流課程建設為抓手，致力于基于實踐能力和崗位需求的該課程教學研究與改革，積極探索該課程體系的重構，擬重新分配學時：教師理論授課九學時，學生選做課內實驗四學時（其余實驗項目作為開放實驗），完成減速器、箱體（蓋）、大齒輪和主（從）動軸精度設計任務19學時，課內理論學時與實踐學時比約為1∶1.5，強化的實踐教學體系得以實現，利于真正落實“以學生為中心”的教學理念。

2.4? 增強教學效果

2.4.1? 精度設計案例：單級圓柱斜齒輪減速器精度設計任務? 在電機和工作機之間，通過單級圓柱斜齒輪減速器傳動，減速器的工作要求為雙班制工作，可允許有輕度振動，小批量生產，單向傳動。減速器圖（略）中：減速器主動軸的伸出端與皮帶輪相配，通過帶傳動與電機相連，已知主動軸轉數為n1=490轉/分，功率N1=3 kW；從動軸的末端通過聯軸節和工作機相連，將運動傳出，從動軸的轉數為n2=100轉/分，功率N2=2.79 kW；齒輪工作溫度為70 ℃，箱體工作溫度為50 ℃。主動軸采用7207圓錐滾子軸承，該處所承受的當量動載荷P=2 000 N；從動軸采用7208型軸承，該處所承受當量動載荷為P=3 000 N，軸承精度等級為0級。通過軸承端蓋的端面和擋油環的端面分別與軸承的外圈及內圈的端面貼靠，進行軸承的軸向定位。主動軸為齒輪軸，材料為45#，齒輪加工后進行調質處理，HB=241～285，mn=2，Z1=23，β=11°58′7″，左旋，αn=20°；從動軸為輸出軸，材料為45#，其上安裝圓柱斜齒輪，mn=2，Z2=112，β=11°58′7″，右旋，αn=20°；齒輪材料為45#，加工后熱處理硬度HB=170～217。

2.4.2? 設計過程及成果? 以從動軸精度設計為例，說明實訓過程，如表1所示。

每位學生在教師指導下獨立完成單級圓柱斜齒輪減速器精度設計綜合大作業一份，主要包括從動軸精度設計與標注（如圖2所示）、大齒輪精度設計與標注（如圖3所示）、主動軸精度設計與標注、箱體及箱蓋精度設計與標注、減速器裝配圖精度設計與標注，以及其他相關件零件精度設計與標注。

該設計任務豐富了課內驗證性必做實驗和課外創新性、設計性開放實驗及互聯網虛擬實驗內容，滿足了學生對機械制造中相關加工與測量崗位的認識與基本操作，提高了動手能力。

實訓內容涵蓋了互換性與測量技術課程的全部教學目標，充分體現了教學大綱要求的重點內容，使學生更深刻地理解了互換性原理，掌握并熟練應用有關精度設計的國家標準，教學目的更加明確。

3? 結論

該課程體系的重構，采用先進的任務驅動教學法，突破傳統教學模式和教學理念的束縛，使學生通過課上做實驗、課下參與網絡虛擬實驗以及查閱互換性相關標準化國標資料，做到一邊學習必要的理論知識，一邊完成減速器精度設計實訓任務，親自體會智能制造中精度設計過程的重要性，以及開動腦筋解決實際問題的責任感、成就感，增強學習的自信心和解決實際問題的能力。課程體系的重構，充分體現了對理論知識的應用，有助于高等院校提升應用型本科人才培養質量。

參考文獻

[1] 王宏宇.互換性與測量技術[M].北京：機械工業出版社，2019.

[2] 周兆元，李翔英.互換性與測量技術基礎[M].4版.北京：機械工業出版社，2018.

[3] 教育部印發“新時代高教40條”[N].中國教育報，2018-10-18（1）.

[4] 趙可恒，邢益波.工業設計專業人機工程學課程改革之思考[J].廣西輕工業，2007（12）：141，70.

*項目來源：2020—2021年度河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“以實踐能力和崗位需求為核心的‘互換性與測量技術課程體系的重構”（項目編號：2020GJJG410）；河北省高等學校人文社會科學研究項目“專業認證背景下地方本科院校課程建設與評價研究”（項目編號：GH202030）。

作者：張鳳梅，唐山學院，副教授，主要研究方向為機械設計制造及其自動化、測量技術；戴俊，唐山學院（063002）。