“互换性与技术测量”课程思政教学探讨

2023-12-14何恩义

教育教学论坛 2023年43期

何恩义，肖露

（三峡大学机械与动力学院，湖北宜昌 443002）

引言

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应［1］。新时代中国的大学生应该具有良好的思想政治素养和较强的专业能力。因此，大学的专业课教育应该被赋予“政治基因”，经过课程思政教育培养的大学生可以更好地用自己的专业能力服务于行业，为祖国的发展贡献力量。梁艳峰等［2］论述了传统专业在新工科改造中课程思政的经验、做法和建设途径，提出了党支部和教研室联合开展课程思政素材申报审批的工作机制。耿林等［3］探讨了“中国制造2025”下机械工程与自动化学科人才培养模式的研究。涂琴［4］以农林院校生物类有机化学课程为例，探讨及思索了如何在有机化学教学中开展课程思政教育。课程思政是一种新的思想政治工作理念，是一种全新的课程观，是高等教育实现全员、全程、全方位育人的必然选择。课程思政教育对高校坚持社会主义办学方向、贯彻和落实立德树人根本任务、强化和坚定政治理想信念、确保高校育人工作贯彻教育教学全过程具有重要推动作用［5］。吴林峰等［6］以机械类专业课程“互换性与技术测量”为例，从课程思政目标定位、教学设计、思政元素挖掘与融入、考核方法等方面进行了研究，并取得了一定效果。“互换性与技术测量”是一门机械类的专业基础课程，是培养机械类专业人才的必备基础课程。本文结合课程特点，探讨了本门课程思政实施的具体措施。

一、知识点和思政点的结合

“互换性与技术测量”作为一门机械类的专业基础课程，其自身具备比较完备的知识体系。课程的绪论部分介绍了互换性的基本概念，为保证机械零件的互换性，机械零件应该具备相应的技术要求。课程介绍了极限与配合、几何公差、表面粗糙度等技术指标的基本概念和相应的国家标准。根据螺纹紧固件、键、轴承、齿轮等典型机械零部件的使用要求，介绍了满足互换性的技术指标，并讲解了互换性技术要求的设计原则和方法。“互换性与技术测量”这门课程的精髓在于根据零件的使用要求设计相关精度，这就说明零件的精度设计是落地生根的，是具有自我特色的。类比于我们国家的社会主义制度，也一定是建立在中国国情下的中国特色社会主义制度。只有中国特色社会主义才能发展中国，只有建立在实事求是的基础上进行的零件精度设计才具备生命力。

在理论教学过程中，穿插技术要求测量的实验部分，培养学生动手能力，让学生深刻了解测量的重要性和必要性。在以上专业知识教学的基础上，为更好落实课程思政要求，课题组根据课程的专业知识点挖掘思政教育结合点。

绪论部分注重讲解标准的起源及互换性技术要求的意义。公差与配合相关标准的发展体现了现代工业加工技术的发展历程，互换性技术体现了精益求精的科学精神。标准化是互换性技术测量的基础，同时也是产品平民化的基本条件。标准并不是廉价，而是一种具有高度统一的智慧的结晶。中国国家标准是中国劳动人民智慧和经验的产物，它使得我们的产品更具竞争力。

极限与配合部分的内容重点在于间隙配合、过渡配合、过盈配合这三种配合的形式及其应用场合、常见公差的设计和选择。公差的设计和选择体现了唯物主义辩证法的思想。虽然我国现代工业发展较晚，但是发展脚步很快，加工技术和国家标准也紧跟国际步伐，并且在某些方面还有优势。通过本章节的讲解，教师以高性能机械的研究开发为切入点，可以激发学生的爱国热情和民族自豪感。通过讲解尺寸公差与配合的技术要求，培养学生在职业生涯中认真、严谨、精益求精的工匠精神。通过介绍公差与配合的相关国家标准、行业标准与技术规范，尤其是机械行业在产品设计与制造方面的行业标准与技术规范，树立学生的行业规范意识，培养学生的职业道德素养，培养学生遵纪守法的意识。通过公差与配合的选用和标注，教导学生并非所有的要素都要有严格的公差要求，公差存在的目的是控制误差变化的范围，要容许误差的存在，同时在安全的范围内变动。通过精度综合设计、分组讨论等，培养学生的钻研精神和团队合作能力。通过“大国工匠”纪录片等教学视频等线上资源，培养学生的爱国主义精神，增强学生的民族自豪感。

几何公差、表面粗糙度是机械零件技术要求的另外两个重要内容。与尺寸公差一起，三者结合才能有效地保证零件的互换性和使用性能。零件在加工过程中由于受各种因素的影响，一定会产生形状误差和位置误差。比如，在车削轴类零件时，刀具的运动轨迹如果与工件的旋转轴线不平行，就会使零件表面产生圆柱度的误差；键槽的铣削加工时，如果铣刀杆的轴线运动轨迹相对于零件的轴线有偏离或倾斜，则会使加工出的键槽产生对称度误差等。零件的圆柱度误差会影响圆柱结合要素的配合均匀性；齿轮轴线的平行度误差会影响齿轮的啮合精度和承载能力；键槽的对称度误差会使键槽安装困难，并且安装后的受力状况恶化。因此，对零件的形状和位置精度进行合理的设计，采用合理的几何公差限定零件表面的形状误差、方向误差、位置误差是十分必要的。几何公差包括形状公差、方向公差和位置公差。在进行几何公差项目设计的时候，要站在唯物辩证主义的角度去看待问题、分析问题，结合实际情况选择合理的公差项目和公差值。同一零件，公差项目并不是越多越好，公差值也并不是越小越好。在进行几何公差设计的时候，一定要站在制造者和检测者的角度去考虑。更多的公差项目意味着更复杂的加工工艺，同时检测起来也更复杂，整体的成本就高，这背离了机械设计的初衷。通过这一章节的学习，我们可以学会换位思考，能实事求是地看待问题，解决问题。

公差原则能够合理地处理尺寸公差、几何公差以及表面粗糙度的关系。在进行零件技术要求设计的同时，要根据零件的性能要求，分析主要矛盾和次要矛盾，综合考虑成本、工艺的影响。根据不同的功能需求，遵循合理的规定公差原则：独立原则用于尺寸精度与形位精度要求相差较大，需分别满足要求，或两者无联系，保证运动精度、密封性，以及未注公差等场合；包容要求主要用于需要严格保证配合性质的场合；最大实体要求用于中心要素，一般用于相配件要求为可装配性（无配合性质要求）的场合；最小实体要求主要用于需要保证零件强度和最小壁厚等场合；可逆要求与最大（最小）实体要求连用，能充分利用公差带，扩大被测要素实际尺寸的范围，提高效益。盾构机等大国重器机械零件的设计与制造更是体现了精度和原则的统一，只有掌握了几何公差和尺寸公差的精髓，才能处理好它们之间的关系。公差原则是尺寸公差和几何公差的统一，二者相互统一协调才能在满足零件功能的前提下让机械零件更具活力。这一章的思政点是“相互协调，和谐社会”。

在学习了基本技术要求的内容之后，以轴承、键和花键、螺纹连接件等典型机械零件为例，综合讲解尺寸公差、几何公差、表面粗糙度等技术要求的重要性和设计原则。基础机械零件的发展体现了一个国家工业化的程度。机械零件种类繁多，典型机械零件是其中非常重要的一部分，合理技术要求的设计离不开对于加工工艺的理解，在实践的基础上才能体现设计的灵魂。典型机械零件的设计只是机械零件设计的很小一部分内容，但是根据这部分内容的学习，我们可以举一反三，灵活运用相关知识进行其他零件的精度设计。机械零件虽然形状各异，但站在互换性的角度上，其功能要求却是归一的。我们要善于学习，善于总结。我国机械工业的发展就是在学习的基础上逐渐发展成长起来的，只有学习了典型的、别人的先进技术才能发展自己的创新成果。我们国家的发展道路也是摸着石头过河，在学习先进经验的同时不断地总结，才走出了适合自己国情的特色社会主义道路，并将一直走下去。这一章节的思政点是“善于学习，不断总结”。

齿轮作为机械传动的重要零部件，其技术要求和互换性的要求更复杂，内容更多。齿轮的技术要求和齿轮的应用场合息息相关，不同的应用场合要求齿轮具备不同的技术指标。齿轮的加工不同于其他零部件的加工，需要专用的齿轮机床。齿轮机床的加工精度、毛坯精度、装夹精度等都是影响齿轮精度的重要指标。我国齿轮加工工业从无到有，再到现在的品种多样，技术齐全，经过了几代人的共同努力。但是在新型齿轮的加工及重要技术指标方面，我们还有一定的差距，需要现在的学生能够接过前辈的接力棒，推动国家齿轮加工、检测技术的发展。这一章节的思政点是“从无到有，齐心协力”。

二、教学过程中的实施实例

为了更好地提升教学质量，我们在后面引入轴套类、盘盖类、箱体类典型零件的一体化教学设计。首先，站在教师的角度针对本次课的学习内容，引入加工工艺问题，以问题为主导。接下来以学生为主导参与到基础知识的学习与讨论，教师抛出案例，串联基础知识。在此基础之上，学生参与讨论，教师在总结的过程中融入思政教学。

以轴类零件的加工为例。轴类零件加工的精度来源于轴图纸的技术要求，轴零件的技术要求是由轴的使用要求决定的。在传动系统中，轴占据了很重要的地位，在传递扭矩与运动的同时也能够支撑其他的传动零件，所以不同轴段的使用要求不同，其技术要求也不同，加工精度和难度也有所不同。在进行轴类零件的设计时，应考虑每个轴段的工作环境，综合分析工作载荷和摩擦与润滑情况，确定各轴段的配合性质，才能制定相应的技术要求。一般对于有相对运动的场合选用间隙配合，基本情况为h6，然后根据载荷的大小和润滑情况调整基本偏差和标准公差。对于无相对运动但是有定心要求的场合一般选用过渡配合，基本情况为k6。对于无相对运动甚至承担一定载荷的场合，一般选用过盈配合，基本情况为s6。几何公差一般选用轴向全跳动代替圆柱度公差，端面全跳动代替垂直度公差。粗糙工作表面比非粗糙工作表面的粗糙度数值小，摩擦表面比不摩擦表面的粗糙度数值小。对于间隙配合，配合间隙越小，粗糙度数值应越小；对于过盈配合，为保证连接强度的牢固可靠，载荷越大，要求粗糙度数值越小。一般情况下，间隙配合比过盈配合粗糙度数值要小，配合表面的粗糙度应与其尺寸精度要求相当。配合性质相同时，零件尺寸越小，则应粗糙度数值越小；同一精度等级，小尺寸比大尺寸要粗糙度数值小，轴比孔要粗糙度数值小。

思政教学融入：C919大飞机是我国具有代表性的机械产品，其传动系统的要求较高，体现在具体的零件上，比如轴、齿轮、轴承等。C919是我国自主研制的首款商用大飞机，其零件的设计与制造国产率为50%，其中零件的技术要求极高，相关文件又为保密文件，没有直接参考文件。所以从零件设计、工艺制定、生产制造等各环节严格按照高标准执行。早期国产车，还有近期某些外国豪华车都有车身异响的问题，原因之一就是加工偏差。C919有上万个零件，如果零件公差控制不住，每个都有0.1毫米的偏差，那累积起来的偏差就很大了。汽车不过5米长，制造偏差控制不住，就能导致车身异响。一个天上飞的37米长的大家伙，偏差控制更需要严格到位，这是巨大的挑战。以前的飞机，都是沈飞、西飞、哈飞单个研究所为主进行研制的，但是C919需要整合不同城市的多个航飞厂/所协同研制。西飞承担了C919中机身、中央翼、外翼翼盒及前缘缝翼、后缘襟翼、副翼6个工作包，不但没出问题，还能打破国外技术封锁和垄断，建立了生产线。哈飞承担了主起落架舱门工作包、前起落架舱门工作包、翼身整流罩工作包和垂直尾翼工作包四个大部件，而起落架是个核心部件，因为起降的时候需要承受巨大的风阻和震动，在结构设计上对强度、载荷的要求都很高。各种材料、标准件、特殊工艺信息需要完成协调工作，各个模块和零部件的接口和尺寸需要协调并达成一致，需要根据载荷数据对零件进行修正，还要在设计阶段进行整机的装配和检查，确定间隙、公差等技术要求。规范地执行并遵循精益求精的标准，才能让我国的C919成功走向世界。任何一个机械产品都不是独立于设计之外的，我们在进行机械设计的时候，要考虑到制造、检测、安装等各个环节。精度设计就是设计者和制造者之间的桥梁。只有考虑我国基本国情，考虑到机械零件生产的各个环节，我们所设计出来的机械产品才能更好地服务于国家的发展需要和人民群众的生产生活需要。