依托虛擬教研室的“互換性與技術測量”課程建設

尹欣 王金鳳 常緒成 劉元朋

關鍵詞： 虛擬教研室 互換性與技術測量 混合式教學 課程建設

“互換性與技術測量”是機械設計、制造及自動化專業重要的專業基礎課，旨在讓學生掌握機械產品精度設計相關規范并將其應用于生產實際，同時要求學生通過學習該門課程可具備較強的幾何量測量動手能力與素養，課程在機器的準確性、穩定性、重復性和精確性方面提供了技術支持。從工藝課程教學與設計課程教學現狀來看，“互換性與測量技術”起到重要連接作用，能將基礎課程教學與專業課程教學有效銜接。因此，在教學過程中對傳統教學知識點進行優化，對互換性與測量技術課程進行改革，以滿足高端制造技術快速發展對人才的需求，顯得尤為迫切[1]。

2021 年7 月，教育部高等教育司發布《關于開展虛擬教研室試點建設工作的通知》，規定新型基層教學組織的虛擬教研室，既具有一般科研學術共同體的自主性、自覺性和自律性等特點，又有其特殊性。該文依托校級機械設計制造及其自動化虛擬教研室，對“互換性與技術測量”課程進行改革探索，創新了教研形態，增強了師資力量，共建了教學資源，完善了教學研究，使教學成效得到了顯著提升。

1 優化教學目標，重構教學內容

“互換性與技術測量”面向該校機械工程、車輛工程、材料成型及控制工程、飛行器動力工程、飛行器設計工程、可靠性工程、適航技術和工業工程等專業的本科生。通過該課程的學習，學生可具備以下知識和能力：（1）熟練掌握有關標準化與互換性、尺寸公差與配合、幾何公差、公差原則、表面粗糙度及典型零部件公差與配合方面的基本知識；（2）能夠根據零件的使用要求與工作條件，查閱和使用公差與配合方面的相關國家標準，合理選擇和使用各類公差與表面粗糙度；（3）掌握有關尺寸誤差、幾何誤差、表面粗糙度方面的測量方法和測量器具，并具備分析測量結果的能力；（4）針對機械和航空制造領域中的相關測量問題，能設計正確的實驗測量方案，合理選擇通用計量器具和設計專用計量器具，檢測相關的尺寸、幾何誤差和表面粗糙度。

該教學目標確定需要相關教研室老師同時進行交流研討和論證，傳統教研室受限于參與教師的行政管理關系，其動態性、開放性不足，不能有效解決多學科教師的協同教研問題，建立虛擬教研平臺，可以從基礎性和實用性等方面，同時結合各個專業不同的培養方向、專業環境等進行論證，使教學內容更加明確，教學目標可評估性也大大提高[2]。

1. 1 優化課程內容，突出教學重點

“互換性與技術測量”有其課程的特殊性，總課時比較少、課程內容很繁瑣、涉及的知識面也很廣泛，并且實用性比較強。按照教學安排，幾乎不可能完成課程所規定的全部內容，所以實際教學中要盡量優化整體內容、突出教學的重難點。為此，課程組教師經過多次線上線下教學研討，對課程內容進行了多輪修改，并與其他專業教研室教師共同交流，修改不同專業課程培養方案，利用虛擬教研室協同教研新形態，促進課程進一步改革[3]。

1. 2 新舊標準銜接過渡安排

隨著社會的進步，我國互換性與測量的國家標準也在不斷完善，新舊標準處于更替交換過渡時期，目前各類企業對標準的使用也處于新老結合階段，所以教學過程中要充分考慮到這個問題，這就需要依靠虛擬教研室這個平臺，共同探討，要求教師在教學過程中必須大量查閱資料，結合專業實際，新舊標準對比講授。

1. 3 現代信息技術的應用

《互換性與技術測量》具有抽象性和實踐性強等特點，難以引起學生學習興趣。針對這種情況，教學過程中要改進教學方法。在理論課學習中，運用多媒體動畫演示、圖紙分析、視頻學習、現場3D 圖形演示，更形象地向學生展示點、線、面之間的關系和運用場合。利用建模軟件展示公差與配合，反映基本概念間的關系與運用條件；在實踐教學中，引入精度設計虛擬仿真實驗，這樣做不僅可以解決學生多，實驗設備少的難題，同時可以提高實踐教學質量。利用虛擬教研室，不同專業的教師也可以共建優質共享的實踐教學資源庫[4]。

依據以上目標及優化方向，面向專業工程教育認證要求，對課本上的教學內容進行重新解構，構架邏輯關系，突出重、難點，選擇貼合教學內容，新活、飽滿的案例，提煉精華，給學生以啟發。同時，保證教學內容體系結構嚴謹、合理，以對課程目標形成有效支撐。教學內容與畢業要求指標點及課程目標之間的對應關系具體見表1。

2 改革教學模式，促進線上線下結合

新時代對大學生的知識、能力、素質提出了新的要求，學生接受知識的方式也在不斷變化，這都需要課程與教學改革與時俱進。結合該校辦學特色，“互換性與技術測量”課程教學既要向學生傳授書本上的理論知識，又要選擇實用的典型航空案例進一步加深學生的理解。

2. 1 改變傳統單向的、知識灌輸式的授課方式

教學中適時采用啟發式的案例式教學，結合學校“航空為本、管工結合”辦學特色，建立思政案例庫，采用溫故導入、問題導入、直觀導入等方式進行課堂知識點內容引入，培養學生發現問題和分析問題的能力。比如：在理論知識介紹前引入具體案例，讓學生帶著問題去主動學習。

2. 2 感性認知—理性分析—實踐應用相結合

采用多種教學方法，結合線上資源庫，設置豐富多彩的測驗環節，引導學生能夠主動學習，互相溝通交流，從而提高他們的學習興趣和學習積極性，針對不同專業的學生列舉該專業熟悉的實例或產品，如對航空專業的學生選擇航空零配件的設計案例。

2. 3 項目式教學

學生可以在老師的指導下協同完成完整的“項目”工作，進而在此過程中可以學習并掌握整個教學計劃內容，使學生在“學中用、用中學”，知識與能力同步提高。

2. 4 線上線下混合式教學模式

“互換性與技術測量”校級在線課程已獲立項，并用于輔助課堂教學，學生隨時隨地可以在線學習，方便快捷，提高效率。目前，線上資源已涵蓋課件、大綱、電子參考資料、視頻、試題庫和作業庫，學生在課外可以選擇相應的內容學習，同時也有利用學生進行期末復習和老師的答疑，教學團隊通過多種方式舉辦說課活動，研討線上教學的教學設計和教學方法，預判潛在的線上教學問題并做好預案。利用平臺的大數據，實現學情分析，可精準地監控學生自主學習、線上學習的過程，了解知識被掌握的程度，實時掌握學生學習狀態，分析學生學習行為、學習效果和教師教學行為，并及時進行調整，切實提高教學質量[5]。目前，利用網站學習的學生人數占到學生總人數的95% 以上。在線運行的幾個學期中，學生評價良好，評教成績均在90 分以上。參與評價的學生認為授課教師責任心強、專業理論水平高、講課生動有趣、知識點覆蓋全。

2. 5 結合線上線下改革考核模式

經過課程教學模式改革，建立多元化學習評價體系，加大過程性考核占比，促進學生自主性學習、過程性學習和體驗式學習。（1）過程性考核，通過學生線上課程，思政案例庫學習，結合線上作業，測驗、課堂表現及參與情況來合理給分。（2）期末試卷考核，結合符合OBE 要求的畢業要求指標點及能力評價，規范出卷，能夠考核學生掌握理論知識的情況。（3）實驗考核，考核學生認真準備，全程參與，獨立完成并按時提交實驗報告情況。

3 改進教學方法，完善教學實施過程

“互換性與技術測量”課程教學內容包括理論教學和實踐教學兩部分，課程組通過對教學方法的不斷實踐研究，目前教學內容組織實施情況如下。

3. 1 理論教學

3.1.1 課前在線開放課程

課前教師發“通知”，布置學習任務，學生自主學習，在學習通上觀看精度設計、國家標準等方面的教學視頻、課件。有問題可以在討論區留言，教師或學生參與解答。通過課前學習，學生對所學知識有初步認知，培養學生自主學習能力。

3.1.2 課堂（含在線開放部分）

教師講授課程內容，利用學習通平臺和雨課堂平臺與學生互動討論，學生在教師的引導下通過參與式、討論式、辯論式、探究式、合作式等方式分析解答問題。此外，授課過程中，穿插播放“大國重器”等相關的高端裝備制造的網絡視頻資源，將思政從課內引申到課外。

3.1.3 課后在線開放課程

教師在學習通布置基礎的課后測驗習題和有難度、綜合性的作業題。從而鞏固學生對課本知識的理解，以及培養學生分析、解決復雜問題的能力。在此過程中，教師通過學習通、微信或釘釘隨時給予答疑解惑。

3. 2 實踐教學

（1）課內實驗：教師講解機床設備操作，學生分組完成實驗，撰寫實驗報告。

（2）課外延申：引入虛實結合仿真實驗平臺，學生可結合課內實驗和理論知識點自行選擇進行下一步驗證。

（3）企業實習： 校外企業工程技術人員向學生講解機械產品加工過程、各種標準的應用，以及企業產品研制歷程、精度的選擇，學生需完成實習報告。

4 構建“多位一體”實踐教學體系

筆者學校每年有近千名本科生學習該課程，從實驗教學基本現狀來看，教學過程中開展的多為演示驗證性實驗，缺乏系統化、規范化的綜合性實驗，很難保證實踐教學質量。通過實現個體與組織、時間與空間、線上與線下協同發展，以開放實驗、興趣小組為補充，以企業創新項目為拔高培養的教學內容，最大限度地實現資源共享，推動構建“多位一體”實踐教學體系。

（1）校企共建OBE 模式下機械精度設計與質量控制課程實驗大綱制定和協同育人聯合培養基地建設。扎實推進產學研深度融合，共同實施產學研協同育人項目。通過企業將行業與技術前沿引入機械精度設計與質量控制實驗教學中去，研發虛擬仿真實驗教學平臺，設計制作機械精度設計與質量控制虛擬仿真實驗教學內容，讓學生在實踐過程中不斷提升專業興趣，提高動手能力，達到想做會做。

（2）結合網絡技術、信息技術及其他現代化技術手段，依托學校現有智能制造平臺建立虛實結合實驗教學模式，線下實驗和虛擬實驗相結合，改善實驗教學效果，提高實驗教學質量。通過平臺使學生基本掌握實驗的操作過程和理論知識，結合實驗室線下實驗，從而提高學生的興趣和動力，同時也可以解決實驗儀器不足，實驗場地有限等因素，更有利于提高教學質量，實現資源共享[6]。

（3）融入航空零件精度測量典型案例，建立OBE模式下機械工程案例實訓平臺及項目案例資源庫，學生在此平臺上獨立完成作品，通過學校考核驗收，可以認定創新學分。

5 機械設計制造及自動化虛擬教研室在課程建設中的價值

5. 1 實現優勢資源共享，帶動教師專業發展

教學資源包括教材、教學課件、教學案例、教學視頻、習題庫和話題庫等。通過虛擬實驗室，可以突破實體教研室各方面的限制，實現教學資源共享，推動教學質量建設。虛擬教研室將由不同學科專業的教師組成，可隨時開展教學活動、課程內容研討、專題的案例分析會議等，有效凝聚該校相關專業教師參與培養方案的修訂，不斷提高自身的業務水平。

5. 2 深入教學研究，激發教研活力

以虛擬教研室為研究基地，對教育教學前沿性問題開展探索性研究，力爭催生原創性、較高理論深度的研究成果。虛擬教研室的研究任務根據教學熱點問題、教師共性需求、教育教學發展趨向，及時調整方向和主題；虛擬教研室保持開放氛圍，從成員個體到組織本身，積極追蹤教學學術前沿，不斷深化教學實踐創新，持續提升發展個人教學能力，激發教研活力，并輻射帶動學科乃至學校教學質量的不斷進步。

5. 3 健全保障機制，促進持續發展

對比傳統教研室，虛擬教研室是一項全新的工作，要建立和健全規范有序的教研室運轉及培訓機制。組織開展常態化教師培訓，加強跨專業、跨學科、跨學校、跨地域的教研交流，發揮教研室中優秀課程團隊、教學名師和一流課程的引領作用，推廣精品教學資源庫、優秀教學案例庫、優質教師培訓資源庫，課程實施方案等，促進一線教師教學發展及教研室的持續發展。

6 結語

該校“互換性與技術測量”課程作為一門河南省一流本科課程，后續仍將持續建設發展，虛擬教研室作為信息化時代新型基層教學組織，為課程的建設在內容、方法、實施以及師資培訓等方面提供了新思路新途徑。在今后的建設過程中，還要注重在線上線下相結合，在學科競賽進課堂、遠程教學等方面開展進一步研究。