基于应用型车辆工程专业人才培养的互换性与测量技术课程教学设计

王曙道 唐学帮

【摘 要】本文针对互换性与测量技术课程中学生的学习主动性不强、学时不够、授课形式较单一等问题，基于应用型车辆工程专业人才培养目标，从教学内容优化、教学思路和方法改进、实践环节优化等方面论述互换性与测量技术课程的教学设计，以提高教学质量。

【关键词】应用型车辆工程专业 人才培养 互换性与测量技术 教学内容 教学方法

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2018）02C-0146-03

作为世界第一大汽车产销国，汽车产业已成为中国重要的工业支柱产业之一。然而，中国的汽车制造业目前还是大而不强，在一些关键技术、基础工艺等方面仍然比较落后。例如，在技术标准的整体水平方面，标准修改更新速度慢，我国主导制定的国际标准很少，涉及精度设计及互换性的推荐性国家标准都是等同或等效采用ISO，并存在较大的滞后。

在汽车制造行业中，使用互换性标准和机械精度设计极为广泛，也非常重要，从产品开发、工艺、加工、生产管理到使用维修等许多环节都密切相关，同时也是产品质量检验的重要基础。互换性与测量技术课程是车辆工程专业的一门专业主干课程，以产品的测量、质量监控以及精度设计等诸多方面为基本内容，是联系设计类与制造工艺类课程的纽带，其理论性、实践性、实用性都很强。该课程是工科学生学习基础课到专业课学习的重要过渡，同时也是汽车制造企业中PE（Product Engineer/ Process Engineer）、IE（Industrial Engineer）、QE（Quality Engineer）等基层工程师所必备并熟练掌握的重要知识。为了进一步提升毕业生解决实际工程问题的能力，完善面向企业需求的应用型人才培养模式，研究互换性与测量技术课程的教学方法有着重要意义。

一、课程特点及现状分析

互换性与测量技术是高等工科院校车辆工程专业开设的一门技术基础课。它将标准化与计量学的重要知识融合起来，涉及工业工程中的产品开发、工艺、加工、生产管理等许多方面，是与制造工业紧密联系的一门综合性基础学科。它在汽车设计和制造工艺系列课程中有着举足轻重的作用，也是联系相关基础课、专业课和实践课的桥梁，因此是一门车辆工程专业的重要专业基础课。这门课程的鲜明特点是“四多一广”，即名词术语多、标准项目多、抽象概念多、符号代码多，涉及的知识面广，同时，理论性、实践性和实用性都很强。学生在开始学习本课程时，缺乏所需要的专业生产知识和经验，同时也未建立起工业工程相关的概念，还不能迅速适应学习本课程的内容。这就造成课程的难教、难学、难应用的状况。

该课程多采用传统的以教师为主导，学生单向接收信息的教学模式。主要存在以下问题：

第一，由于名词术语、概念多，学习内容抽象，学生在学习时感觉枯燥，加之尚未建立工程思维模式，工程概念和实践能力比较差，较难将学过的理论知识与工程实践结合；很多学生甚至不知道所学的基础理论课有何用途。这就导致学生的学习主动性下降，学习效果不佳。

第二，本门课程理论学时仅为26学时，而实际上需要大约40-50学时。在如此有限的学时内教完所有知识点，还要学生充分掌握并会应用，是完全做不到的。同时，部分教学用书及课件重理论、少实践、少案例，部分内容陈旧，与最新的国家标准存在出入。

第三，授课形式较单一，虽然采用多媒体辅助授课，但主要还是以文字和图片为主，难以将抽象的概念和定义变得形象生动，教学效果有限。若课程讲解缺乏主线，则造成学生所学知识点呈散沙状，不能形成课程知识体系，很容易使学生感到枯燥乏味，知识难以掌握，不知学来何用。实验内容多为对单个元素（孔、螺纹等）进行测量，或学习某种量仪的使用，并未充分与本专业主干紧密联系，这导致学生不知道所学知识具体用在何处，甚至有学而无用的思想。在工厂见习阶段，多为走马观花，即使学生认真观察并积极提问，但受限于时间和现场条件，所学不多且难与课程知识充分联系。

以上问题导致学生实际应用能力差。学生在学习过程中感觉知识点太多，找不到重点，虽然能够听懂基本理论，但在解决实际问题中不知如何应用。这是由于还处于从学生身份到工程技术人员身份的转变过程中，缺乏从工程问题中找到理论模型的能力，也对缺乏工程实际的理解，不了解解决方案在工程实际中的意义。在学习专业课程中难以领会理解相关知识点，比如学习汽车制造工艺学中的加工质量、装配精度等内容时不能将之前所學知识融会贯通，造成学习困难。最终导致在学生的课程设计、毕业设计和方程式赛车设计等活动中广泛存在缺乏精度设计思维，图纸中的尺寸精度、几何精度、表面粗糙度及尺寸链等方面不合理甚至根本未考虑，在工作中出现不考虑加工工艺经济性、基准不统一、不会根据工厂实际选择合理加工精度等问题。

二、课程的设计及教学模式的探索

（一）教学内容优化选择

本课程的教学，不能仅以知识的传授为重点，而应根据本课程的特点，以培养学生的工程思想为核心，紧密联系工程实际，在教学中抓住重点，简化难点。

教学内容的设计上应遵循的原则：一是课程中基本概念及术语必须讲解透彻，适当介绍其出处、产生原因等拓展内容以加深印象；二是课程紧密围绕工程实践能力教育，增加工程实践实例；三是及时引入技术最新发展成果，紧紧围绕国家新标准，并兼顾旧标准，以新国家标准为基准，对于正处于过渡阶段的旧标准内容做简单介绍，同时比较新旧标准，便于学生在生产实践中应用。根据专业方向及就业实际情况，突出重点内容，对于将来应用较少的内容采用简要介绍加自学方式及定期答疑。

因此在教参用书的选择上，除了合理性、准确性等因素，还应注意以下几点：采用国家最新标准，侧重于新标准的理解与应用，强调理论联系实际，侧重分析解决工程实际问题。课程章节内容具体安排如下：绪论（1学时），尺寸精度设计（7学时），测量技术基础（2学时），几何精度设计（6学时），表面粗糙度（2学时），光滑工件尺寸的检验（2学时），滚动轴承配合、键连接、螺纹连接、渐开线圆柱齿轮的互换性及精度设计（共4学时），尺寸链（2学时）；另有实验6学时。

（二）教学思路及方法改进

互换性与测量技术课程是与工程实际很多方面紧密关联的技术基础课，与很多基础课相比，相对缺乏一般理论课的系统性和逻辑性。如果在教学过程中按照教材逐一介绍讲解，则易使学生仅学到一堆分散杂乱的零散知识。因此，教师应掌握课程内在的系统性和逻辑性：课程研究对象从单一几何参数到各种典型零部件及整个机械系统，其主线就是几何精度的设计和检测，各种参数相互独立又有关联。在掌握主线并辅以专业相关的案例进行教学，就比较容易使学生掌握课程内容。

傳统教学方法不论是采用黑板形式还是多媒体形式，都是将课本内容逐字逐句讲解给学生，但是这种以教师和教材为中心的接受性学习方式存在较多不足，学生被动接受教师所输出的信息，学习偏重于死记硬背、浅层理解和简单应用，甚至可能在课堂上打瞌睡、玩手机，根本没有理会教师在讲什么。为了有效调动学生的积极性，促进学生思考，激发学生的学习热情，应合理根据所教内容采取不同的方法，如启发式教学、讨论式教学、案例教学、基于问题的学习法等，促进学生积极采用自主性学习、合作性学习和探究性学习方式。

例如，在第一节课中用好启发式教学法来引起学生的学习兴趣。新课程对学生有一定的新奇感，较容易引起学生的求知欲。教师可以通过学生身边或平时关注的问题来调动学生的兴趣，引导学生思考。比如介绍国产大飞机C919从设计到制造过程是怎样通过图纸传递信息的；汽车是由成千上万个零件组成的，生产线怎样在几十秒钟就产出一台车呢？身边的节能灯坏了，是否任意买一个就能装上使用？为什么有些直径一样的螺杆却不能拧入同样的螺母中？诸如此类问题是学生熟悉但又不能使用专业知识详细解释的。在讲解到优先数知识点时，介绍其从热气球绳索简化的由来并以常用螺纹规格M6、M8、M10、M12、M14、M16来举例说明。这样随着课堂内容的深入，学生带着问题去学习思考，就会感到所学知识并不是完全抽象的，更不是无用的，而是与工程实践有紧密关联的，从而认识到本课程的重要性并激发学习兴趣。

围绕几何精度的设计和检测这个主线，课堂上多采用学生在实践拆装课程中已有一定感性认识的变速箱输入/输出轴、发动机曲轴等零部件举例，结合这些零件上的关键部位讲解相应的尺寸公差和形位公差概念；再利用实验室现有的长、短轴零件，配以完整的零件图，由学生测量相关尺寸后，判断相应的尺寸及公差是否符合，并讨论零件设计时采用哪种公差原则，同时引导学生思考独立原则、包容原则和最大实体原则分别在满足功能要求、工艺性和经济性等方面的不同点，从而加深对理论知识的理解深度并建立起学生在处理问题中的工程思维。

在测量误差的教学中，课堂讲解随机误差和粗大误差后，布置学生自学系统误差的内容，以及相应的思考题，再结合零件测量实验课的内容，对三类误差的特点和性质进行对比，就可以使学生更好地理解如何在实际测量中预防和减少误差影响。

根据泰勒的三个基本准则中统合性的要求，教师还需要打破学科界限与体系，横向联系其他课程。结合学生已学习或正在学习的金属工艺学、机械设计基础、发动机拆装等课程相关内容，融合相关知识点，使学生能将所学知识有机结合并与实践统一。这也要求教师不断学习，提高自身素质，对教学内容不断研读完善，了解最新技术动态，更新知识，做到教与学相辅相成。比如在尺寸链章节中增环和减环的判断是尺寸链计算的重点，但较多教材只讲述增、减环的定义，而没有解释如何判断组成环，这就可以借鉴王宝玺主编的《汽车制造工艺学》中环绕法进行判断并加到教学内容中。在后期汽车设计、汽车制造工艺学等课程教学中，结合专业知识复习精度设计相关内容，突出公差在工程实践中的应用。

在多媒体课件的制作上需要突出启发式教学，不能简单地采用动画、视频，而应以合理、生动的动画调动学生的积极性，在动画切换中留出给学生思考的时间，配合适当的板书等手段，充分发挥多媒体课件应有的作用。同时，充分灵活使用MOOC在线学习平台、问卷星、互动ASP网页等网络资源引导学生进行预习、复习及自学，并及时全面了解学生的学习动态。

重视教学的反思总结工作。教学反思是教学活动中的重要一环，通过不断的反思反省，结合教学考核和评价结果，去芜存菁，不断改进，才能更好地提高教学效果的合理性和有效性。

（三）实践环节优化

通过实习、实验，学生能有更深的感性认识，强化求知欲望，提高动手实践能力；配合适当的实验设置和引导讲解，能提高学生将之前所学知识和实践结合的程度。

在实验环节采用拆装实践课中学生已接触过的零件结合相应的测量装备设置实验内容，并引导学生结合拆装中的松紧程度分析孔轴配合公差带的知识，使学生对公差知识的认识逐步提高到工程层面。

在见习环节中，应事先充分了解所参观的工厂加工工艺，并设定相关的课题，要求学生在见习之前初步分析课题，在见习过程中思考寻找答案，通过分组讨论、小组答辩等方式，使学生所学的理论知识与工程实践真实融合，建立初步的工程概念。

总之，围绕应用技能型人才培养的主题，精心设计教学内容，把握课程主要思想，通过以教促学、以学促教的思路改进教学方法，可有效解决教学内容多和课时不足的矛盾，将实践与学习有机结合，进一步帮助学生积极思考并建立初步的工程思想体系，提高学生解决工程实际问题的能力。掌握几何精度设计及测量技术是提高车辆工程专业学生工作能力的重要组成部分，也是非常重要的基础能力。只有在教学中理论联系实际，不断提高教学质量，才有助于学生工实践能力的培养，成为适应企业需要的工程技术人才。

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（责编 苏 洋）