卓越计划下的公差课程实验教学改革

王宏宇，徐红兵，陈 炜，杨建凤，刘会霞，刘桂玲

(江苏大学 a.机械工程学院;b.工业中心，江苏 镇江 212013)

“卓越工程师培养计划”(以下简称“卓越计划”)是高等学校工程教育改革的一项重大举措，与之相适应的课程实验教学改革研究是其实现“面向工程、培养能力、加强基础、注重应用”培养目标的基本需要之一［1－3］。《公差与检测技术》(以下简称公差课程)课程，作为大工程教育的一门专业基础平台课程，加上其突出的“实践性强”的课程特点，使得实施其与卓越计划培养目标相适应的实验教学改革成为一项值得深入研究的教研主题。

文中从教学体系、教学方法、教学实施等方面对该课程实验教学改革进行了较深入的思考，不仅为《公差与检测技术》课程的教学改革提供支持，也为同类型课程的实验教学改革提供参考。

1 构建分层次面向工程的实验教学体系

不同高校、不同专业由于侧重点不同，对公差课程的名称有所不同，比如称其为《几何量公差与检测》《互换性与测量技术》等，但是，该课程在内容上则均由几何量公差和几何量检测两大部分组成［4－5］。众所周知，几何量公差属于标准化范畴，几何量检测属于计量学范畴。长期以来，几何量公差部分的内容主要在课堂教学中完成，而几何量检测部分的内容则需实验教学来实现。可见，实验教学在公差课程中占据着与课堂教学平行的地位。然而，目前绝大多数课程实验教学环节主要作为课堂教学的支撑和补充，公差课程实验教学也不例外，其与课堂教学平行的地位长期以来并未能够得到很好的体现;同时，迫于扩招后学生人数大幅增加和实验资源有限的矛盾，公差课程实验教学不仅没有得到加强反而呈现出缩减态势［5］。显然，这与卓越计划培养卓越工程师的目标存在不小的差距，构建全新的公差课程实验教学体系已迫在眉睫。

笔者调研了全国十多所开设该课程的高校，发现该课程实验教学体系的设置均大致相同。以江苏大学精密测量实验室该课程的实验教学体系为例。目前，该课程实验教学学时数为10学时(课程总学时为38学时)，分为尺寸测量、形位误差测量、表面粗糙度轮廓测量、螺纹测量和齿轮测量等五个实验，每个实验学时数均为2学时［6］。经过多年实验教学改革和平台建设，这五个实验均已建成综合性实验，对于培养“宽口径”一般工科学生发挥了很好的辅助教学作用。基于现有实验平台，结合卓越计划培养要求，可构建分层次面向工程的课程实验教学新体系。新实验教学体系的基本思路为:打破原有按照课程内容平行设置实验项目的常规方法，建立由基础技能实验、客观综合实验和设计探索实验组成的实验教学新体系。其中，在基础技能实验中，重点培养学生对工程实践中所用计量器具的使用技能，这里所述计量器具不仅应包括游标卡尺、千分尺、百分表等常用量具(仪)，更应包括工具显微镜、比较仪、光切显微镜、单啮仪等综合量具(仪);在客观综合实验中，学生可在原来五个综合性实验中选做其中两个，按照已有实验指导书结合教师示范或视频演示完成选定实验，着重培养学生熟悉几何量检测的全过程;在设计探索实验中，给出检测对象零件图和实物并指定检测项目，让学生自主设计实验过程、选择实验仪器、完成指定项目的检测和评定。与平行设置实验项目的现有实验教学体系相比，在无需大量新增实验教学投入且保持实验总学时数不增加的前提下，分层次面向工程的实验教学新体系可以说更加符合卓越计划的培养要求。

2 实现演绎法教学向多种归纳法融合教学的转变

无论是课堂教学还是实验教学，工科传统的教学模式多采用演绎法教学。典型的演绎法教学以教师为中心，通过教师的讲解和示范、学生的练习或操作，最后通过考试或实验报告来检验学生是否掌握了知识并具备了解决问题的能力［7］。在这种教学模式下，学生在做实验时往往“按图索骥”，即根据教师讲解或实验指导书的步骤一步一步地做完实验，过程中思考较少甚至不去思考。完成实验后，部分学生甚至都不知道自己做了什么。例如，表面粗糙度轮廓的测量。在课堂教学中，教师在讲解轮廓最大高度即Rz值时按照其定义为最大峰高Rp和最大谷深Rv之和，这是基于轮廓中线定义的，如图1(a)所示;在实际实验过程中，基准中线是任意选定的(此线为相对于轮廓中线偏离了一个距离的平行线)，轮廓最大高度Rz值是通过最高峰距选定中线的距离Rp'减去最深谷距选定中线Rv'距离获得的，如图1(b)所示。笔者在学生做完实验后对“+”怎么变成“－”这个问题提问过数届学生，在不做进一步对比讲解的情况下，几乎没有人能够较为准确地答出，多数学生的答案是实验中不需要考虑这个问题。可见，学生在实验过程中仍仅是为了完成实验而实验。显然，这种教育模式已不符合卓越计划培养卓越工程师的要求。

图1 轮廓最大高度Rz值定义在课堂教学和实验教学中的对比视图

近年来，工程教育领域的有识之士积极推崇的是另一种教学模式——归纳法教学［7－9］。归纳法教学是以学生为中心，通过问题或者项目的研究、学生与教师的讨论、最后完成学习小组的任务来检验是否具备了相应的能力。相比较而言，归纳法教学模式更能调动学生的主观能动性，更适合卓越工程师的培养。江苏大学精密测量实验室已建成的公差课程五个综合性实验，就是案例教学在该课程实验教学中的一个代表［6］。以形位误差测量为例，其测量对象就选自江苏大学机电总厂的典型零件之一减速器飞铁座架，所采用的测量方法就是该零件生产过程中质量检测所用方法。学生在基础工程训练(金工实习)中就已接触过这个零件，部分学生还亲自加工过这个零件，只是当时没有涉及形位误差测量或是不知道其形位精度如何评价。有了前期工程实践的铺垫，学生在实验过程中表现出了浓厚的兴趣和高度的积极性。

基于前述分层次面向工程的课程实验教学体系，仅引入“案例教学”一种归纳教学法显然是不够的，需有机融合多种归纳教学法。例如，在基础技能实验中，实验室可提供数十种不同计量器具，在短短2学时实验中，学生不可能对刚刚接触的所有计量器具的原理、测量范围及操作方法都有较为深入的认识，解决这一问题的有效手段之一就是引入基于问题的学习。在进行基础技能实验之前，教师根据“必须、够用”的原则给出相应问题，要求学生通过实验指导书、演示视频等回答所提问题，设定其中阈值如能够回答80 以上问题的学生才可进行此实验。这样，学生在该实验过程中，带着剩余20 的问题，有针对性地采取查阅仪器设备说明书、与教师进行讨论、实际尝试性操作等方法实现解决通过自主学习后遗留下的20 问题。再如，在设计探索实验中，需全程采用基于项目的学习教学法，在学生进行实验准备前期也可以融入基于问题的学习教学法等。前述归纳法教学，该课程在2010届流体卓越班实验改革试点中已体现出了很好的效果。以我们进行的基于项目的形位误差测量实验中，一个形位公差项目参与实验的学生就给出了十多种测量方法，部分学生给出的测量方法让教师都有“耳目一新”的感觉。

3 分层次面向工程的课程实验教学的实施及思考

分层次面向工程的课程实验教学体系和多种归纳教学法在实验教学中融合，从教学思想和教学方法上为公差课程与卓越计划培养目标相适应的实验教学奠定了基础，但要想真正实现满足卓越计划培养要求，还有赖于从软、硬件条件等多方面保障其实施。

3.1 优化整合实验资源，重新构建实验平台

我们在原有模块化实验的基础上，选出一批用于基础技能实验的仪器，单独构建了测量基础技能实验平台。重点在于尽可能地提供品种多样的综合量具(仪)，对仪器设备仅要求其功能完整即可，可以采用由于测量精度不够而将要报废的仪器;对于模块化实验中较为紧缺、暂时无法抽调出的实验仪器，可以采用多媒体手段制作相应演示视频，必要时结合教师示范讲解的方法解决。

同时，我们构建了独立的设计探索实验平台。在构建该平台时，其测量对象应选自卓越计划“3+1”中“1年企业实践”合作企业的典型零件，为学生进入企业实践奠定先期基础;而且，在条件成熟时，邀请企业质量工程师进入实验室参与指导，进而实现校企深度联合培养。设计探索实验平台所需仪器，可从模块化实验中直接调拨，在原有五个综合实验都做变为选做其中两个，应该说抽调部分仪器出来的压力不大。

基于上述思路，通过优化整合实验资源，重新构建符合新实验教学体系的实验平台，在不需要大幅增加实验教学投入的前提下是切实可行的。

3.2 加强实验教师培养，培育“双师型”队伍

实验教学平台是基础，实验教师队伍则是保证。公差课程是大工程教育的一门专业基础平台课程，每届平行开设该课程的班级数量众多，往往都达到了几十个。无须讳言，具有工程实践经历的专门实验教师资源极其缺乏，在职实验教师迫于教学工作繁重，很少能够有机会深入企业;同时，为了缓解扩招带来的压力，多数高校采取了引进刚毕业的硕士生作为实验教师，他们多数工程实践经验有限。加强实验教师队伍建设，已成为实施卓越计划中的一个关键问题。

我们一方面，可以降低实验教师学历准入门槛，从高职院校选择优秀毕业生或从企业引进熟练技工进入实验教师队伍，尽管他们可能存在理论基础尚不够扎实的问题，但是在高校环境中提升理论知识要较提升实践能力要更易实现;另一方面，加大“双师型”教师队伍建设，建立激励机制鼓励一部分在职教师实现转型，主动去企业生产第一线接受工程实践锻炼，从而全面提升自身的工程实践能力，进而增强实验教师队伍整体素质。

3.3 政策倾斜项目驱动，充分调动师生积极性

实施与卓越计划培养目标相适应的实验教学改革尽管涉及方方面面，但其最终是以教与学来实现的。在教师层面上，如重新构建实验平台、制定合适的开放实验管理规范等，都需投入大量的时间和精力。在目前教学工作已较为繁重的情况下，重新构建全新实验教学体系，在保证硬件建设经费投入的同时，如何提高教师参与改革、实施改革和完善改革，是全面提升实验软环境实力、保障实验教学效果需要解决的主要问题之一。学校除应加强政策倾斜外，还可以采用项目驱动的形式，在卓越计划建设经费中拨出一定数量的教学研究经费专门用于实验教学改革，以项目的形式支持实验教师以及讲授该课程的理论教师积极参与实验教学改革。在学生层面上，如何加强卓越班学生对“卓越工程师”内涵的理解、提高其对实验教学在卓越工程师培养中作用的认识、突破其在高中及大学低年级所养成“被动接受”的学习习惯与思维模式等问题，进而激发其学习主动性、积极性和创新性，也是有待进一步深入研究的问题。

4 结束语

综上所述，实施分层次面向工程的公差课程实验教学改革，可以更加突出学生在学习过程中的主体地位，教师变“扶着学步”为“看着学步”;更加遵循对新事物循序渐进的认知规律，实现由“学了”到“学会”的转变;在培养学生分析问题解决问题能力的同时，注重加强学生思考和获取知识能力的培养。尽管，我们在前期的探索性改革实践中已经取得了一些不错的效果，但是，任何一项教学改革，都需经历一定时间教学实践的检验，并需在教学实践中不断地对其进行改进与完善。

［1］林健.卓越工程师创新能力的培养［J］.高等工程教育研究，2012(5):1－17.

［2］林健.注重卓越工程教育本质，创新工程人才培养模式［J］.中国高等教育，2011(6):19－21.

［3］孙颖，陈士俊，杨艺.推进卓越工程师孵化的现实阻力及对策性思考［J］.高等工程教育，2011(5):40－45.

［4］林景凡.《公差配合与技术测量》课程教改的思考［J］.牡丹江大学学报，2009(8):123－124.

［5］张书诚.《公差配合与技术测量》课程实验课教学创新与实践［J］.安徽职业技术学院学报，2012(3):78－80.

［6］徐红兵.几何量公差与检测实验指导书［M］.2版.北京:化学工业出版社，2012:1－5.

［7］王贵成，崔迪.培养学生工程意识的制约因素与解决对策［J］.高校教育管理，2012(6):88－93.

［8］汪木兰，周明虎，李建启.以项目教学为载体制订先进制造技术卓越工程师培养方案［J］.中国现代教育装备，2010(12):15－19.

［9］袁晓明，王宏宇，刘苏，等.开展“三性”模式教学培养复合型人才［J］.实验科学与技术，2011，9(1):67－69.