基于工程教育专业认证的“互换性与技术测量”课程教学改革探索

赵豪杰 郝振兴 王 权

郑州科技学院机械工程学院 河南郑州 450064

随着科学技术的发展，特别是“工业4.0”概念的提出，人们对于产品的开发和设计的智能化提出了更高的要求，同时对机械设备的总体、零部件的配合精度和使用精度也提出了更高的要求。

“互换性与技术测量”是与机械、电子、仪器仪表、汽车和航空航天等领域的制造工业发展紧密联系的基础学科，是机械类专业学生必修的一门专业基础课，应用性强。通过本课程的学习，学生可以获得机械零件的几何精度及其检测的基础知识，具备机械产品配合、机械零件精度设计与分析的能力。但从毕业设计和往届毕业生调查中发现，学生无法熟练运用互换性知识从事机械行业零部件的设计和检测工作。因此，传统的教学方法使学生运用互换性知识解决工程实际问题的效果并不理想。本文基于工程教育专业认证的核心理念，对本课程进行教学改革，培养和提升学生的工程素养和解决复杂工程问题的能力，使其具备机械工程师基本的职业素养和能力。

1 传统课程教学存在的问题

“互换性与技术测量”课程是设计类课程和制造类课程的纽带，包含“公差配合”和“技术测量”两部分，课程的名词术语多、基础概念多、公差符号多、国家标准多等，涉及的知识面广，综合应用性强[1]。由于课程的基础概念多、公差符号多等，学生的学习兴趣不高，知识掌握得不好，利用所学的知识解决工程实际问题的效果不理想。分析其原因，主要存在以下问题。

1.1 教学内容较多，课时较少，知识没有形成模块化

本课程教学内容较多、课时较少，而且本课程的名词术语多、基础概念多，知识点琐碎[2]。传统的课堂讲授不能使学生从整体上理解互换性的意义，不能分清专业名词和几何公差符号的含义，难以深度融合零件公差设计与测量技术。

1.2 教材的理论性较强

本课程教材的内容很多摘编自国家标准和机械行业标准，有一定理论深度，几何公差符号较多，而且易于混淆，理解难度较大。对初学者尤其是大学生而言，没有工程实践经验，难以分辨和理解相关的标准和几何公差符号，给学习造成很大困难。

1.3 实验教学落后

本课程的实验以轴类、箱体类、齿轮等零件测量类的验证性实验为主，实验内容单一，缺少综合性设计实验[3]。实验设备以简单的量仪和量具为主，实验设备落后。同时，实验设备较少，大多数实验以教师演示为主，难以满足每位学生的实验需求，难以调动学生实验的主动性和积极性，实验效果不理想。

1.4 考核方式不合理

本课程以学生的平时成绩×0.3和期末考试成绩×0.7为总成绩。平时成绩由出勤、作业、实验等成绩组成，难以反映学生的学习过程。对于考试内容中的客观题，大多数同学只是在考前死记硬背，没有真正地理解。所以部分学生的考试成绩虽然很好，但不能将所学的知识灵活地应用到工程实际中，解决复杂工程问题。

2 基于工程教育专业认证的课程教学改革

2.1 整合规划教学内容

根据机械设计制造及其自动化的专业人才培养目标和毕业要求，制定本课程的教学目标，对课程内容进行整合[4]。课程教学目标包括两个，课程目标1是能够利用极限与配合、几何公差和表面粗糙度等方面的知识，根据零、部件的使用要求和工况，查阅相关标准，完成零部件的精度设计；课程目标2是能够根据所学习的公差与配合等方面的知识，看懂图纸，完成零部件的技术测量。根据教学目标，将本课程内容分成两部分，即“公差配合”和“技术测量”两部分。规划后的教学内容如下图所示。

互换性与技术测量课程教学内容融合图

同时，整合教学内容要听取企业专家的建议，以行业人才需求为基础，突出基础知识，加强提升专业技能和解决工程实际问题的能力。例如，圆锥的配合与公差、齿轮副的传动精度等方面的知识可以不讲或少讲，而对于极限与配合、几何公差等方面的知识则需要重点讲解。

2.2 改进教学方式

2.2.1 理论教学

2.2.1.1 模块化教学

传统的教学方式按照教材的章节进行讲解，可能无法使学生全面了解课程体系，更不能了解本课程在人才培养和工程实践中的作用。本课程讲解时，首先让学生了解本专业的课程体系、本课程对毕业要求指标点的支撑关系以及本课程的重要性。然后将本课程分成“公差配合”和“技术测量”两个大模块进行讲解。公差配合模块包含极限与配合、几何公差、表面粗糙度、滚动轴承和螺纹等常用件的互换性、齿轮的互换性、尺寸链等；技术测量模块包含几何量测量基础、光滑极限量规、几何公差和表面结构参数检测、滚动轴承和齿轮等常用件的检测等。模块化教学不仅要对每个模块的知识进行讲解，还要使学生弄懂各模块之间的关系，将知识点联系起来，使学生对本课程有个整体的认识，能将本课程的知识灵活应用到工程实践中，解决工程实际问题。

2.2.1.2 案例驱动教学

传统教学以教师课堂教授为主，学生对知识点理解得不透彻，掌握得不好。本课程进行案例驱动式教学。例如，在讲解极限与配合、滚动轴承及齿轮等常用件时，可以引入齿轮减速器，不仅可以使学生对轴、齿轮、轴承、键等零件有感性的认识，同时也能更好理解零件的公差和各零件之间的配合关系。在讲解技术测量时，可以让学生动手测量减速器中的轴、轴承等零件，更好地理解公差和配合的含义。案例式教学不仅可以激发学生的学习兴趣，而且可以提升其分析和解决工程问题的能力。

2.2.1.3 建立线上教学平台

随着信息技术与全球工程教育的快速发展，课程教学模式呈现多元化发展，应充分利用先进的信息技术进行课程教学[5]。采用“学习通”“雨课堂”等网络教学平台，将课程的课前预习内容和作业布置在线上平台，引导学生自主学习，掌握基础知识。学生提交预习作业后，系统能自动统计和反馈学生的作业情况，教师应根据学生的建议和作业的反馈情况，及时调整课堂的教学内容。教师通过线上教学平台发布任务、在线答疑和展示教学资料，不仅可以丰富教学内容，还能及时解决学生在学习中遇到的问题，提高学习效果。

2.2.2 实践教学

(1)优化实验内容，培养学生解决工程实际问题能力。根据本专业的人才培养目标、本课程目标和学生的就业领域，优化实验教学内容。教师给出一些典型、常用的零部件及图纸，学生根据图纸制订实验方案，选定测量仪器，完成实验过程并进行数据处理[6]。例如，给定学生轴类、箱体类和齿轮等典型零件，学生经过观察，充分了解零件的结构和零部件之间的装配关系，进而制订实验方案，完成实验操作和数据分析，最终得到零部件的精度。同时实验教学以学生为主体，教师现场指导，共同完成实验项目。通过以上实验过程，弥补了以往验证性实验的不足，不仅培养了学生的创新意识，而且提高了学生的动手实践能力。

(2)充分利用学校开放式实验室，培养学生的实践能力。学生可以利用公差与配合实验室，根据被测零部件特点，与实验室的老师、同学讨论交流，制订实验方案。经审批同意后，可随时利用实验室的设备进行实验。学生的实验由被动转为主动，实验教学成效不断提高。通过制订实验方案并进行实验操作，培养了学生的团队精神，锻炼了学生的工程实践能力。

(3)利用高等学校机械工程学科虚拟仿真实验教学共享平台，让学生利用线上资源充分了解每个实验的实验过程，并进行虚拟仿真操作，加深对本门课程相关知识的掌握，提高实验教学的效果。

2.3 改进考核方式

为了全面考核学生对知识的掌握程度和工程实践能力，课程组加大对学生学习过程和综合实践能力的考核力度。本课程成绩由平时成绩、实验成绩和期末考试成绩组成，其中平时成绩占30%，实验成绩占20%，期末考成绩占50%。平时成绩主要考虑学生的课堂讨论表现、作业完成情况和线上课程视频的观看情况等综合给出；实验成绩主要考核学生的实验操作过程和数据处理情况，对部分学有余力的学生，要求其对一些复杂的机械零件(如变速箱箱体)进行几何量检测，制订测试方案，选择量、器具，完成实验和数据分析；期末考试主要考核学生对基本概念的理解和运用本课程知识，解决一定复杂工程问题的能力。

考核方式的改变在一定程度上改变了学生的学习方式，同时可以将课程中零碎的知识点构建成全面系统的知识体系，提高学生运用所学的知识解决工程实践问题的能力。

2.4 持续改进

课程考试结束后，课程负责人对课程的目标达成度进行计算分析。首先由每位任课教师将所带班级课程的平时成绩、实验成绩和期末考试成绩进行汇总。然后由课程负责人对本课程所有教学班的课程目标达成度进行计算。根据本课程教学大纲中课程目标与毕业要求指标点的支撑关系，计算每个毕业要求指标点的实际达成值。根据本课程的课程目标达成情况和毕业要求指标点的实际达成值，分析课程教学的效果，总结本课程在理论教学、实践教学、考试内容和考核方式等方面的优点和不足，并提出进一步持续改进的建议。

结语

本文以工程教育专业认证的“学生中心，产出导向，持续改进”的核心理念，针对“互换性与技术测量”课程传统教学过程中存在的问题，整合教学内容，改进理论教学方法，优化实践教学环节，并对课程的考核方式进行改革。经过本次教学改革，学生学习的主动性有了很大的提高，和以往教学数据相比，学生的学习效果和解决工程实际问题的能力有了较大的提升。