基于工程教育專業認證的“互換性與技術測量”課程教學改革探索

趙豪杰 郝振興 王 權

鄭州科技學院機械工程學院 河南鄭州 450064

隨著科學技術的發展，特別是“工業4.0”概念的提出，人們對于產品的開發和設計的智能化提出了更高的要求，同時對機械設備的總體、零部件的配合精度和使用精度也提出了更高的要求。

“互換性與技術測量”是與機械、電子、儀器儀表、汽車和航空航天等領域的制造工業發展緊密聯系的基礎學科，是機械類專業學生必修的一門專業基礎課，應用性強。通過本課程的學習，學生可以獲得機械零件的幾何精度及其檢測的基礎知識，具備機械產品配合、機械零件精度設計與分析的能力。但從畢業設計和往屆畢業生調查中發現，學生無法熟練運用互換性知識從事機械行業零部件的設計和檢測工作。因此，傳統的教學方法使學生運用互換性知識解決工程實際問題的效果并不理想。本文基于工程教育專業認證的核心理念，對本課程進行教學改革，培養和提升學生的工程素養和解決復雜工程問題的能力，使其具備機械工程師基本的職業素養和能力。

1 傳統課程教學存在的問題

“互換性與技術測量”課程是設計類課程和制造類課程的紐帶，包含“公差配合”和“技術測量”兩部分，課程的名詞術語多、基礎概念多、公差符號多、國家標準多等，涉及的知識面廣，綜合應用性強[1]。由于課程的基礎概念多、公差符號多等，學生的學習興趣不高，知識掌握得不好，利用所學的知識解決工程實際問題的效果不理想。分析其原因，主要存在以下問題。

1.1 教學內容較多，課時較少，知識沒有形成模塊化

本課程教學內容較多、課時較少，而且本課程的名詞術語多、基礎概念多，知識點瑣碎[2]。傳統的課堂講授不能使學生從整體上理解互換性的意義，不能分清專業名詞和幾何公差符號的含義，難以深度融合零件公差設計與測量技術。

1.2 教材的理論性較強

本課程教材的內容很多摘編自國家標準和機械行業標準，有一定理論深度，幾何公差符號較多，而且易于混淆，理解難度較大。對初學者尤其是大學生而言，沒有工程實踐經驗，難以分辨和理解相關的標準和幾何公差符號，給學習造成很大困難。

1.3 實驗教學落后

本課程的實驗以軸類、箱體類、齒輪等零件測量類的驗證性實驗為主，實驗內容單一，缺少綜合性設計實驗[3]。實驗設備以簡單的量儀和量具為主，實驗設備落后。同時，實驗設備較少，大多數實驗以教師演示為主，難以滿足每位學生的實驗需求，難以調動學生實驗的主動性和積極性，實驗效果不理想。

1.4 考核方式不合理

本課程以學生的平時成績×0.3和期末考試成績×0.7為總成績。平時成績由出勤、作業、實驗等成績組成，難以反映學生的學習過程。對于考試內容中的客觀題，大多數同學只是在考前死記硬背，沒有真正地理解。所以部分學生的考試成績雖然很好，但不能將所學的知識靈活地應用到工程實際中，解決復雜工程問題。

2 基于工程教育專業認證的課程教學改革

2.1 整合規劃教學內容

根據機械設計制造及其自動化的專業人才培養目標和畢業要求，制定本課程的教學目標，對課程內容進行整合[4]。課程教學目標包括兩個，課程目標1是能夠利用極限與配合、幾何公差和表面粗糙度等方面的知識，根據零、部件的使用要求和工況，查閱相關標準，完成零部件的精度設計；課程目標2是能夠根據所學習的公差與配合等方面的知識，看懂圖紙，完成零部件的技術測量。根據教學目標，將本課程內容分成兩部分，即“公差配合”和“技術測量”兩部分。規劃后的教學內容如下圖所示。

互換性與技術測量課程教學內容融合圖

同時，整合教學內容要聽取企業專家的建議，以行業人才需求為基礎，突出基礎知識，加強提升專業技能和解決工程實際問題的能力。例如，圓錐的配合與公差、齒輪副的傳動精度等方面的知識可以不講或少講，而對于極限與配合、幾何公差等方面的知識則需要重點講解。

2.2 改進教學方式

2.2.1 理論教學

2.2.1.1 模塊化教學

傳統的教學方式按照教材的章節進行講解，可能無法使學生全面了解課程體系，更不能了解本課程在人才培養和工程實踐中的作用。本課程講解時，首先讓學生了解本專業的課程體系、本課程對畢業要求指標點的支撐關系以及本課程的重要性。然后將本課程分成“公差配合”和“技術測量”兩個大模塊進行講解。公差配合模塊包含極限與配合、幾何公差、表面粗糙度、滾動軸承和螺紋等常用件的互換性、齒輪的互換性、尺寸鏈等；技術測量模塊包含幾何量測量基礎、光滑極限量規、幾何公差和表面結構參數檢測、滾動軸承和齒輪等常用件的檢測等。模塊化教學不僅要對每個模塊的知識進行講解，還要使學生弄懂各模塊之間的關系，將知識點聯系起來，使學生對本課程有個整體的認識，能將本課程的知識靈活應用到工程實踐中，解決工程實際問題。

2.2.1.2 案例驅動教學

傳統教學以教師課堂教授為主，學生對知識點理解得不透徹，掌握得不好。本課程進行案例驅動式教學。例如，在講解極限與配合、滾動軸承及齒輪等常用件時，可以引入齒輪減速器，不僅可以使學生對軸、齒輪、軸承、鍵等零件有感性的認識，同時也能更好理解零件的公差和各零件之間的配合關系。在講解技術測量時，可以讓學生動手測量減速器中的軸、軸承等零件，更好地理解公差和配合的含義。案例式教學不僅可以激發學生的學習興趣，而且可以提升其分析和解決工程問題的能力。

2.2.1.3 建立線上教學平臺

隨著信息技術與全球工程教育的快速發展，課程教學模式呈現多元化發展，應充分利用先進的信息技術進行課程教學[5]。采用“學習通”“雨課堂”等網絡教學平臺，將課程的課前預習內容和作業布置在線上平臺，引導學生自主學習，掌握基礎知識。學生提交預習作業后，系統能自動統計和反饋學生的作業情況，教師應根據學生的建議和作業的反饋情況，及時調整課堂的教學內容。教師通過線上教學平臺發布任務、在線答疑和展示教學資料，不僅可以豐富教學內容，還能及時解決學生在學習中遇到的問題，提高學習效果。

2.2.2 實踐教學

(1)優化實驗內容，培養學生解決工程實際問題能力。根據本專業的人才培養目標、本課程目標和學生的就業領域，優化實驗教學內容。教師給出一些典型、常用的零部件及圖紙，學生根據圖紙制訂實驗方案，選定測量儀器，完成實驗過程并進行數據處理[6]。例如，給定學生軸類、箱體類和齒輪等典型零件，學生經過觀察，充分了解零件的結構和零部件之間的裝配關系，進而制訂實驗方案，完成實驗操作和數據分析，最終得到零部件的精度。同時實驗教學以學生為主體，教師現場指導，共同完成實驗項目。通過以上實驗過程，彌補了以往驗證性實驗的不足，不僅培養了學生的創新意識，而且提高了學生的動手實踐能力。

(2)充分利用學校開放式實驗室，培養學生的實踐能力。學生可以利用公差與配合實驗室，根據被測零部件特點，與實驗室的老師、同學討論交流，制訂實驗方案。經審批同意后，可隨時利用實驗室的設備進行實驗。學生的實驗由被動轉為主動，實驗教學成效不斷提高。通過制訂實驗方案并進行實驗操作，培養了學生的團隊精神，鍛煉了學生的工程實踐能力。

(3)利用高等學校機械工程學科虛擬仿真實驗教學共享平臺，讓學生利用線上資源充分了解每個實驗的實驗過程，并進行虛擬仿真操作，加深對本門課程相關知識的掌握，提高實驗教學的效果。

2.3 改進考核方式

為了全面考核學生對知識的掌握程度和工程實踐能力，課程組加大對學生學習過程和綜合實踐能力的考核力度。本課程成績由平時成績、實驗成績和期末考試成績組成，其中平時成績占30%，實驗成績占20%，期末考成績占50%。平時成績主要考慮學生的課堂討論表現、作業完成情況和線上課程視頻的觀看情況等綜合給出；實驗成績主要考核學生的實驗操作過程和數據處理情況，對部分學有余力的學生，要求其對一些復雜的機械零件(如變速箱箱體)進行幾何量檢測，制訂測試方案，選擇量、器具，完成實驗和數據分析；期末考試主要考核學生對基本概念的理解和運用本課程知識，解決一定復雜工程問題的能力。

考核方式的改變在一定程度上改變了學生的學習方式，同時可以將課程中零碎的知識點構建成全面系統的知識體系，提高學生運用所學的知識解決工程實踐問題的能力。

2.4 持續改進

課程考試結束后，課程負責人對課程的目標達成度進行計算分析。首先由每位任課教師將所帶班級課程的平時成績、實驗成績和期末考試成績進行匯總。然后由課程負責人對本課程所有教學班的課程目標達成度進行計算。根據本課程教學大綱中課程目標與畢業要求指標點的支撐關系，計算每個畢業要求指標點的實際達成值。根據本課程的課程目標達成情況和畢業要求指標點的實際達成值，分析課程教學的效果，總結本課程在理論教學、實踐教學、考試內容和考核方式等方面的優點和不足，并提出進一步持續改進的建議。

結語

本文以工程教育專業認證的“學生中心，產出導向，持續改進”的核心理念，針對“互換性與技術測量”課程傳統教學過程中存在的問題，整合教學內容，改進理論教學方法，優化實踐教學環節，并對課程的考核方式進行改革。經過本次教學改革，學生學習的主動性有了很大的提高，和以往教學數據相比，學生的學習效果和解決工程實際問題的能力有了較大的提升。