应用型高校“机械精度设计与检测”课程再认识与教学改革

徐旭松

摘 要：针对“机械精度设计与检测”课程理论教学效果差、工程训练和实践教学内容不突出、学生学习积极性不高、教学上缺乏与工程实际衔接等问题，对课程进行深入分析和再认识。重新编排了教学内容、更新教学方法和手段，将项目式教学法、案例教学法和启发教学法引入课堂，并结合大作业、综合实验实训及故事案例等教学内容和手段，强化课程教学中的工程实例和动手实验能力训练，从而提高了学生学习主动性和教学效果。課程教学改革充分考虑了应用型本科人才培养特点，以“学以致用”为准则，可有效提高学生综合运用所学知识的能力、增强工程实践与创新能力。

关键词：机械精度设计与检测；教学改革；工程实践；应用型高校

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：2095-7394（2017）06-0094-06

“机械精度设计与检测”课程是机械类专业学生必修的一门重要专业基础课，在机械工程学科知识结构中占有重要的地位。本课程的知识内容贯穿于机械产品的设计、生产、使用、维修整个生命周期，是学生学习后继专业课程的基础，是联系设计类课程和工艺类课程的纽带，更是学生毕业后从事专业技术工作的基础。培养高层次应用型、创新型人才是目前我校人才培养的主要模式，围绕这一目标，有必要对 “机械精度设计与检测”课程进行再认识和教学改革，贯彻新的教育理念，加强学生的工程实践能力和创新能力的培养，重新组织、编排教学内容和教学环节，更新教学手段，以提高学生对本门课程知识的综合运用能力、实践动手能力以及学习热情和兴趣。

1 “机械精度设计与检测”课程再认识

从教材名称认识本门课程：据笔者在图书馆和互联网上调查，目前在全国范围内正式出版的《机械精度设计与检测》各种版本的教材有一百多种。文革前教材名为《公差与配合》，文革后教材改名《互换性与技术测量》，现在又有《机械精度设计与检测》《互换性与测量技术基础》《几何量公差与检测》《产品几何技术规范与认证》等名称。[1]显然，国内对课程名称没有进行标准化，因此，教材起名也是多种多样，在教学过程中应向学生交待清楚。

从教学内容上认识本课程：教学内容主要分为互换性与标准化、测量技术基础、尺寸精度设计、几何精度差设计、表面粗糙度轮廓设计、典型零部件精度设计等几个部分。[2]其中，绝大部分内容摘自产品几何技术规范与认证（GPS）国家标准。表1给出了教学内容与国标对照。

从教学和学习特点认识本门课程：本门课程作为机械类专业主干课程，一般安排在“机械制图”课程之后、“机械设计”课程之前（或与它同一学期）学习，主要特点是基本概念、术语定义、符号公式和规定规范多，既需要讲授互换性、标准化、公差、检测计量等基本概念，又需要讲授机械精度设计方法和误差评定方法。同时，又要求公差设计与检测符合国标规定，因而原则性很强；而实际运用时，设计人员的灵活性又很大，经验因素起着重要作用。[3-4]课程内容与相关前期课程和后续课程都有较大的联系，与生产实际的联系也非常紧密。

从学以致用的角度认识本门课程：几乎所有的机械制造行业（包括汽车、通用机械、机器人、医疗设备和模具等）有关公差（精度）设计的标准及质检都是设计部门、采购部门和质量部门最为关注的问题。精度设计不恰当，或没有适当的国标/企业标准予以规范化处理，轻则导致部分产品的废品率上升，重则可能导致产品质量的下降、甚至整套设备、成批产品的报废。在欧美国家，本门课程对应的概念是：“产品几何技术规范与认证”、“GD&T”、“尺寸工程”等，相关内容和标准一直以来都极受重视，正确理解和掌握本门课程内容，并运用相应标准设计机械产品及检具，可显著提升产品的合格率、极大地降低企业制造成本。

2 目前本课程教学状况和存在问题

目前，我校机械工程专业 “机械精度设计与检测”课程学时为40学时，其中理论教学32学时，实验8学时，各部分教学内容和学时安排见表2。

通过近几年的教学实践和总结，比照工程教育认证要求，发现存在一些问题。

（1）本课程教学重点为基本理论知识，包括尺寸公差、几何公差、粗糙度等内容，对于工程实例的精度设计往往讲的很少，这导致学生在后期的机械设计课程设计、夹具课程设计和毕业设计中零件精度设计时的知识运用能力明显较弱，甚至无法将所学知识进行运用。笔者近几年每年指导本科生毕业设计10名左右，一般均要求学生使用三维CAD进行机械运动、结构和精度设计，对于这些将要跨出校门的大学生在利用三维CAD完成产品结构设计后，往往对几何尺寸与公差（即机械精度设计）设计茫然，甚至有学生认为三维CAD创建了产品完整模型，随即可将CAD模型数据直接传递给制造工艺阶段，而忽略了几何变动（即精度、公差）的设计和定义。

（2）本课程教学目的是学习和熟悉国家标准，并在将来工作中贯彻执行。教学中，一方面应该让学生“熟悉和理解国家标准”，另一方面应该教会他们“知道该如何去贯彻执行”，如何用到将来的工作中去。但从学生后续课程学习和工作后反馈情况看，普遍存在：不会参照设计手册标注公差技术要求、不能准确理解公差的含义、大多数学生工作后需重新学习尺寸与公差知识、不能将所学知识运用于工程实际。

（3）本课程实验设置孔/轴直径测量、几何误差、表面粗糙度检测以及螺纹齿轮测量等实验环节。由于学生课前没有预习习惯，而实验学时有限，学生对实验器材的结构原理、操作方法、数据处理等都不够熟悉，实验内容“走马观花”，看实验老师演示完后，学生对实验仪器、操作方法、理论与实验的联系糊里糊涂。而作为应用型高校，学生实践动手能力是重点培养的内容之一，但教师习惯于把实验教学放在理论教学的从属地位。另一方面，本课程实验大多属于验证性实验，学生处于被动地位，学生的参与的主动性不高。

（4）实验设备老旧落后，很难适应现代化教学要求，更无法满足实际的工程应用。单个实验项目所涉及的知识点比较单一，实验内容只限于几个相对孤立的知识点，缺乏综合性的实训环节，限制了学生动手实践和独立思考能力的培养。

（5）学生专业知识薄弱，尤其是前期课程机械专业术语接触相对较少情况下，对教材中提到的很多概念、术语似懂非懂、理解不够深刻。在填鸭式教学模式下，学生学习起来感觉有些吃力，学生学习兴趣不高，且自主学习能力较差。

（6）课程考核方式有待改进，考试内容多偏重理论知识，缺少工程应用知识考核。总成绩分数占比为：平时10%、期末考试70%、实验20%，学生为了考核通过，通常是死记硬背，忽略了對知识的应用，不利于应用型本科人才的培养。

从以上几点看，课程在教学内容、教学手段和方法、实验设备等方面有必要进行改革和提升，以适应工程教育认证和人才培养的要求。尤其是要加强与工程实际衔接，加强实验动手能力。

3 课程教学改革实践

从教学大纲、教材、教学内容、教学手段和课程考核等多方面入手，经过课程组多次研讨协商，探索出了一套适合我校学生和课程特点的教学模式。

（1）精心选择教材：经课程组讨论研究，选择哈工大刘品教授主编的《机械精度设计与检测》第九版，该书为经典畅销教材，品质高、特色鲜明，编写体系有创造性，内容与最新国家标准一致，教材后半部分有详细的典型零部件的精度设计实例和分析，并配有与教材配套的课件。

（2）教学内容以培养工程应用型人才为导向，提高学生对知识的实际运用能力：充分考虑学生的实际情况和工作需求对教学内容进行精选，将教学内容划分为3个模块：模块1：精度设计基础理论，包括互换性与标准化、测量及数据处理基本知识、尺寸精度及检测、几何精度与检测、表面粗糙度及检测。模块2：典型零部件精度设计与检测，包括齿轮、螺纹等零件的精度设计案例和检测。模块3：实验与综合实训，该环节除了开设的实验项目外，要求学生综合运用所学制图、公差与测量的知识对给定箱体、连杆等进行测量、测绘、绘制零件图，并进行精度设计、尺寸与公差标注。在学时分配上，模块1：26学时，模块2：6学时，模块3：8 学时。

（3）实物零件进课堂，购置一些零件模型（木质、金属），包括：齿轮、螺纹、轴承、箱体、减速器和齿轮油泵等，将零件带至课堂，在讲课过程中以实物为例进行举例分析，理论联系实际，从而提高学生学习兴趣和学生对知识的理解程度。

（4）调动学生的学习积极性，发挥其主体作用：针对不同的教学模块采取不同教学方法，包括启发式教学，项目式驱动式教学，在课堂上积极提问讨论，课后预留问题。例如，讲授极限与配合公差的选用，几何公差项目选取等内容采取项目式、分组讨论。将学生进行分组，每个小组分配1模型，要求学生先画出零件的结构、分析工作原理，后讨论为完成特定功能如何选取公差和技术要求，并进行对比讨论析，最后教师进行点评分析。

（5）注重综合运用知识能力培养：增加机械精度设计大作业，要求学生对某零部件的工作原理、使用要求和功能进行分析，对零部件的关键特征进行公差和表面轮廓精度设计，并在图纸上标注出GD&T。大作业任务将制图、机械设计、公差、工艺等知识有效融合，让学生深刻体会到本学科各门课程之间相互关联性，“既见树木又见森林”。通过大作业，学生对知识点的运用能力有明显提高。

（6）加强实验教学：为培养学生的精度意识、操作仪器设备的动手能力和独立检测/判断能力，建立现代机械质量观和创新意识，已申请对公差与检测实验室进行升级，购置多台套设备和关节臂坐标测量仪。重新安排实验项目和设计新的综合性测量项目（见表3，阴影为拟新增实验）。在实验教学中引入和传播现代检测和计量的知识，使学生了解坐标测量的设备使用和软件检测评定。

（7）采用工程故事和案例讲课：下面一段是笔者上课的用的工程故事，既引起了学生兴趣，又起到很好教学效果。讲课案例：“上世纪60年代的有这么一个关于机械制造业故事：说的是我国开始制造机械手表时，“上海牌”手表刚刚进入了市场。因为这在当时算是高档奢侈消费品，市场供不应求，不但要凭票，还要用工业卷才能买到，自然不愁销。当时组装出来的手表每日走时误差达一分钟左右，技术人员以为是零件制造精度问题，而手表的零件极精密、小巧而复杂，要具体说哪个零件不合格是很难的事，更何况每个零件的检验都是合格的。据说当时的手表王国瑞士的一个考察团到手表厂参观时，一名技术人员挑选了一些关键零件，组装了一块手表，经过测试，每日误差只几秒钟。事实表明，不是零件制造的问题，而是装配的问题。说到装配两字，尤其是动态零部件的装配必须得有一定的配合间隙，这个间隙主要是靠零件的设计公差来保证的，动配合应该有一个尺寸的间隙是最佳配合尺寸，再大一丝（一丝为0.01mm）或小一丝都不会得到最佳效果。但这很难保证，搞机加工的人都清楚，0公差加工是不可能，精度提高1个等级可能需要付出高昂的代价，因此选出最接近那个理想状态的尺寸的前后一段作为变化范围，即公差。所以在机械设计和机械加工、装配时，要对公差有一个清醒的认识。”这段故事起到多方面的教学效果，一是让学生了解机械设计与制造需要考虑顾客、市场销售；二是让学生理解公差在机械设计与制造中的重要性；三是让学生明白公差与产品制造、精度、质量、成本紧密关联；四是让学生知道产品精度、质量不仅仅是制造出来的，也是设计和装配出来的。

（8）合理评价学生学习成绩和学习效果，调整教学进程中各阶段考核占比：理论考核（期末考试）60%、实验/实训20%、大作业10%、平时考勤作业占10%。考核内容由主讲教师严格把关，对考核中发现的问题在后期的教学中给予及时的补充和纠正，期末考试试卷要求至少有1道综合运用题。

“机械精度设计与检测”课程对学生专业知识、综合素质和能力培养具有关键性作用。我校机械、机电、汽车和模具等专业人才培养方案中均要求学生具备必要的检测、测量、质量等方面的专业知识和技能。本课程的教学改革以应用型本科人才培养为目标，以提高学生的学习主动性和综合运用知识的能力、培养工程实践与创新能力为目标，将项目式教学法、案例教学法和启发教学法引入教学中，并结合大作业、综合实验实训及故事案例等，强化课程教学与工程实际的衔接，拉近学生与工程实际的距离，从而激发学生兴趣和主动性。

提高教学质量是课程改革永恒的主题，培养高素质、对社会有用的人才是教师的责任。在今后的教学实践中将继续不断钻研教学方法，改进教学手段，丰富教学实验内容和内涵，向学生传授更好的专业知识，讲授更多工程案例，从而使学生学以致用、终身受益。

参考文献：

[1] 刘品，张也晗.机械精度设计与检测基础[M].哈尔滨工业大学出版社，2016.

[2] 郇艳，李燕，林国英.互换性原理与测量教学改革探讨[J].中国校外教育旬刊， 2015（33）：1-7.

[3] 刘桂珍，殷宝麟.互换性与测量技术基础课程教学改革与实线[J].黑龙江高教研究，2010（8）：167-169.

[4] 胡良斌，李必文，谭臻，等.以培养工程能力为目标的机械精度设计与检测教学改革研究与实践[J].高校实验室工作研究，2015（3）：20-21.

Recognition and Teaching Reform of the Course of Mechanical Precision Design and Testing in Applied University

XU Xu-song

（School of Mechanical Engineering， Jiangsu University of Technology， Changzhou 213001， China）

Abstract： Aiming at problems of the course of Mechanical Precision Design and Testing， such as poor teaching effect， the lack of engineering training and practice teaching content， the enthusiasm of students learning is not high， the lack of teaching and the actual engineering convergence， etc.， we conduct a recognition and in-depth analysis of the curriculum， rearrange the teaching contents， renewing teaching methods and means. The project teaching method， case study and heuristic teaching method are introduced into the classroom. The contents and methods of teaching， such as big homework， comprehensive experiment and training， story case， were introduced. Strengthening the training of engineering examples and hands-on experiment ability in the teaching of the course can improve students learning initiative and teaching effect. The reform of curriculum teaching takes full account of the characteristics of the cultivation of applied undergraduate talents， so as to improve the students ability to use the knowledge they have learned， and enhance the ability of engineering practice and innovation.

Key words： mechanical precision design and testing； teaching reform； engineering practice； applied university

責任编辑 蒋云柯