关于改进《几何精度设计与检测》实验教学的几点思考

杨修德 杨善国

【摘要】《几何精度设计与检测》是高校机械工程专业一门重要的技术基础课。作为高校实践教学组成部分的实验教学是理论课教学的巩固与深化，是学生创新意识及实践能力培养的重要途径。本文在分析课程《几何精度设计与检测》实验教学目前所存在问题的基础上，从实验内容、方法、手段及考核方式等方面提出了改进措施，以提高实验教学成效。

【关键词】几何精度设计与检测 实验教学 教学成效

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）12-0250-02

《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高【2012】4号）、《教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》（教思政【2012】1号）和《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》等系列文件中均强调“实践教学是学校教学工作的重要组成部分，是深化课堂教学的重要环节”、要“强化实践育人环节”、“加强实践教学管理，提高实验、实习实训、实践和毕业设计（论文）质量，提高学生实践能力”。《几何精度设计与检测》是高校机械专业一门紧密联系生产实际、知识面很广的技术基础课，涉及到机械设计、机械制造、质量控制、生产组织与管理等诸多方面，在《工程图学》、《机械原理》、《机械设计》、《机械制造工程学》等主要课程之间起着“承前启后”的作用，具有很强的技术性、实用性、实践性。该课程的教学任务是让学生树立标准化的理念，初步掌握机械零部件几何量精度设计与检测的基本理论和方法。从机械制图的角度，让学生真正看懂工程图纸上所标注的尺寸公差、几何公差和表面粗糙度轮廓等技术要求；从机械设计的角度，让学生掌握根据零部件使用要求正确设计尺寸公差、几何公差和表面粗糙度轮廓的原则和方法，掌握与标准件、典型常用件配合的零件的设计要求；从机械制造的角度，让学生了解所设计的尺寸公差、几何公差和表面粗糙度轮廓对制造工艺的要求；从检验测量的角度，让学生初步掌握制定检测零件尺寸、几何误差、表面粗糙度轮廓的原则和方法，具备通用计量器具的应用能力、极限量规设计能力、测量误差分析及数据处理能力。鉴于传统《几何精度设计与检测》实验教学日显突出的某些弊端，为了提高本课程教学质量，使学生深入理解掌握机械零部件精度设计与检测的知识、原理和方法，必须切实改进实验教学内容、方法、手段以及考核方式。

1.《几何精度设计与检测》实验教学存在的不足

类型单一化。十几年来，我校课程《几何精度设计与检测》所开设的7个配套实验项目主要是：用卧式测长仪测量内径、用光切显微镜测量表面粗糙度、导轨直线度误差测量、齿轮径向跳动测量、齿轮齿厚偏差测量、齿轮公法线长度测量、齿轮齿距偏差测量等。这7个均是验证型实验，其教学目标仅仅局限于停留在验证和加深理解理论知识的低层面上，完全是针对本课程某一章节或知识点来设计的，知识面较窄，课程知识之间的交互性、关联性差，所用实验仪器、实验手段比较单一，缺少综合型、设计型实验。

（1）过程固定化。教师是实验课的主体，一群学生围着教师听完实验讲解后，只能按照要求被动地在规定时间来完成规定内容。对每个实验都编写了统一固定的指导书。实验指导书把实验目的、内容、原理、方法、步骤、所需仪器设备以及实验报告编写格式等均进行了详细介绍，实验教师事先充分准备好所需的实验仪器和设备。学生只需遵照实验指导书按部就班就能完成实验，被固化为统一模式，不重视学生个体差异，未能因材施教，局限了学生独立思考及创造空间，抑制了学生求知欲以及學生实践能力与创新精神培养。

（2）内容“实验化”。有的实验项目没有考虑工程应用背景，脱离生产实际；有的实验项目与理论教学脱节，出现理论教学与实验环节“两张皮”；有的实验项目不能紧密结合机械工程专业内容，与其他机械基础实验无关联，未构建成科学的实验教学体系。另外，实验室大多是采用一些比较常规仪器设备来进行实验测量，但随着信息技术和计算机技术发展，诸如表面粗糙度测量仪、三坐标测量机等一些测量精度较高、操作简单方便、新型的测量仪器与设备已被广泛地应用于企业生产中，出现了学校实验教学严重落后于生产实际的现象。学校只是为了开实验而“开实验”，学生只能是为了做实验而“做实验”。

（3）考核简单化。《几何精度设计与检测》实验成绩评价缺乏科学性、合理性，只是完全依据学生所上交实验报告书写的工整性、内容的完整性、结果的正确性等方面来主观确定成绩，忽视实验过程考核，缺乏评价学生实验态度与动手能力的内容，致使学生萌生只重实验结果而不重实验过程的错误认识，甚至出现抄袭实验报告来敷衍应付的不正常现象。

2.《几何精度设计与检测》实验教学改进

（1）丰富实验类型。整合优化已有的验证型实验，增设综合型、设计型实验，保证验证型、综合型、设计型实验项目合适比例。毋庸置疑，在促进学生掌握基本原理、定理、定律等方面验证型实验是发挥着重要作用的。通过相关理论的验证，不仅能加深理解理论知识，而且能学会如何采用实验手段来探究某种现象或结论。面对学生人数多与实验仪器设备少的矛盾，为了合理利用设备资源，可以将目前所开设的“用卧式测长仪测量内径”、“用光切显微镜测量表面粗糙度”、“导轨直线度误差测量”、“齿轮径向跳动测量”、“齿轮齿厚偏差测量”、“齿轮公法线长度测量”和”齿轮齿距偏差测量”等7个实验项目按照内容的近似性整合成几个大组，再根据仪器设备数量分成若干小组，每小组不超过3人，确保每位学生亲自动手做实验。还可以将诸如公差原则这些实践性较强而理论教学时较难理解的内容纳入验证型实验中，便于学生理解掌握。综合型实验是对学生实验技能与实验方法的综合训练，其目的在于锻炼学生综合运用知识的能力和分析解决复杂问题的能力，综合培养能力与素质。可以开设“复杂零件测量”的综合型实验，零件图纸上标注有尺寸公差、几何公差、表面粗糙度等很多参数及技术要求，在判断其合格性时需要测量很多项目。学生测量完这种复杂零件，能掌握许多公差技术概念，锻炼了学生综合能力。设计型实验是学生根据给定的实验目的、要求、条件，自行设计实验方案并实施，其目的是培养学生综合设计与创新能力。例如：圆度误差既可以采用两点法或三点法进行近似测量，也可以采用圆度仪或三坐标机进行精确测量，前者测量精度低，而后者因仪器设备昂贵、测量环境要求高导致使用受限。因此，可以要求学生设计一种测量简便、精度较高、适用性较强的圆度误差测量仪器并展开实验。

（2）更新实验手段。随着计算机技术发展，多媒体教学业已成为改进教学方法、提高教学质量的重要手段。可以在课程《几何精度设计与检测》实验教学中运用多媒体课件，给学生提供更多的图片资料，增大信息量，以动画方式模拟实验过程，可以形象地将那些内容抽象难懂以及仪器操作复杂的实验过程展现出来，达到帮助学生加深理解掌握的目的。可以依据国家标准对各种几何公差项目及测量原理，利用MATLAB软件平台由程序自动处理，以数据或图形显示方式来输出测量结果，实现公差项目的计算机辅助测试。还可以将实验室已有的三坐标测量机应用于实验教学中，学校实验要紧密结合生产实际。三坐标测量机是一种精密的光学测量仪器，其集光、机、电、算于一体，可以对零部件的各种几何元素和几何误差进行三维测量，广泛应用在企业生产中。另外，实验教学不能仅局限于校内，可以组织学生参观计量所和现代化生产企业，了解现场机械零部件的精度检测方法与仪器设备，开阔学生视野，培养工程意识。

（3）完善实验考核。学生实验成绩评定不能以实验报告作为唯一根据，要加强过程考核，注重学生实验态度与实验技能考核。对于验证型实验，侧重考核学生实验预习、实验步骤以及实验仪器操作使用；对于综合型实验侧重考核学生能否综合运用相关知识实施好实验；对于设计型实验侧重考核学生实验方案设计、实验实施过程和完成实验报告质量。指导教师要将学生每个单项实验中的实验预习、实验实施、实验方案、实验报告等详细记录，然后综合考虑每个单项实验成绩来确定学生实验总成绩。

3.结束语

针对传统《几何精度设计与检测》实验教学所存在的问题亟需改革。通过本课程的实验教学，不仅可以激发学生学习兴趣和学习主动性，使他们自觉掌握所学的知识，还可以加强学生发现问题、分析问题与实践动手能力和创新精神的培养。

参考文献：

[1]杨善国.《几何精度设计与检测》课程交互式教学探析.中国校外教育，2013（1）：105

[2]杨善国.提高《几何精度设计与检测》课程教学实效之我见.中国科教创新导刊，2013（7）：108，110

[3]韩正铜，杨善国.机械精度设计与检测（第2版）.徐州：中国矿业大学出版社，2013

[4]甘永立.几何量公差与检测（第9版）.上海：上海科学技术出版社，2011

作者简介：

杨修德（1957-），男，山东鱼台人，中国矿业大學机电工程学院，高级工程师，本科，主要从事机械工程专业实验教学工作。

杨善国（1970-），男，安徽安庆人，中国矿业大学机电工程学院，副教授，博士，主要从事机械设计及理论专业教学和科研工作。