《互换性与技术测量》的实用性创新教学改革探索

万怡男 单瑞霞

(烟台大学文经学院机电系 山东烟台 264005)

《互换性与技术测量》是机械类专业的一门重要的专业基础课。它主要研究机械产品在设计、生产及使用过程中的尺寸精度、几何精度、表面粗糙度等的确定以及制造过程中如何控制其适度的偏差。本课程涉及科目广，综合应用很强，是机械设计和制造的核心技术之一，也是保证产品质量的重要技术。

机械产品的设计思想和意图要靠工程图纸体现，但是图纸只是绘制了产品的理论结构及组成，而产品要满足实际使用要求的另外核心问题：尺寸公差、几何公差、表面粗糙度和配合的类型等只能靠本课程所学习的内容来解决。

《互换性与技术测量》这门课程的最大特点是：概念多、术语多、规定多，非常枯燥难以记住。学生没有学习兴趣，只是为了应付考试。在实际设计过程中，对一些设计及工艺参数不会用、不会选。这种现象就像瓶颈一样严重制约了学生的后续专业课的学习效果，限制了学生综合应用所学知识进行产品设计的能力。

最近几年，很多学校也都在进行相关课程的改革，但是效果并不太理想。为了打造和建设国家及学院要求的金课，实现实用型、创新型人才的培养目标，结合多年来我校的教学实践经验，《互换性与技术测量》课程组对这门课从教学内容到教学方法等进行了全面改革。改革的核心内容概括为：“采用线上线下混合教学加新型实验辅助的教学方法”。所有教改措施都是围绕“实用性、创新性”这一核心主题。主要包括三部分内容：

（1）教学内容的重新设置：使所学内容更具有实用性、更有利于各专业课的联系。

（2）教学方法的改革：实行线上、线下相结合的混合教学方法，培养学生的知识求解能力、创新能力和超前思维能力。

（3）实验内容和实验方法的改革：重新建设和规划实验室，新的实验室除了能够完成基本实验项目外，还要能满足设计新的实验项目的要求。

具体教学改革措施如下。

1 教学内容的设置

本课程的教材一般是前面部分章节讲述尺寸公差、几何公差、表面粗糙度等基本知识，后面部分章节讲述轴、轴承、螺纹、键、齿轮等的典型零件的公差及检测。前后内容跳跃性太大，不系统。我们的教改方案是将尺寸公差、几何公差和表面粗糙度作为本课程的重点，为机械设计精度打下基础，典型零件的公差与检测作为实例进行全课程的贯穿，让学生把所学知识即时地应用到实际设计中，以达到活学活用、即学即用，灵活掌握的目的。

在整个教学过程中以“通用减速器”为主要案例，将减速器的各个零件的各类精度设计及检测贯穿整个教学过程，改变以往课程教学过程中案例零碎、不连贯、不系统、学生难以掌握的状况，使学生在完成本门课的学习后，能合理地完成从零件图到装配图的精度设计。

在教学过程中我们以减速器的轴类零件和箱体零件的尺寸精度设计作为孔、轴尺寸公差与配合设计案例，以减速器的传动轴与箱体及端盖的几何精度设计作为零件几何公差与表面粗糙度案例，以减速器内各种齿轮、键、轴承、螺纹等的尺寸和精度的选择作为典型零件的设计使用要求的案例。

具体操作：以减速器传动轴的设计过程为例。要求学生根据轴上零件（滚动轴承、齿轮等）对轴的精度要求，确定轴的各部位尺寸精度、几何精度和表面粗糙度。对教学内容有序安排如下：

（1）在确定轴的尺寸精度时，主要让学生理解轴的直径的极限偏差，应根据轴上零件与轴颈相配合的关系确定；

①装滚动轴承部位，如何按滚动轴承公差标准设计；

②装齿轮部位,如何按齿轮公差标准设计；

③装联轴器的部位,如何按键联结公差标准设计。

（2）在确定轴的几何精度时，让学生理解包容要求如何确定；轴径的圆柱度公差、圆跳动公差的标注原理，键的对称中心面的平行度公差标注的原理。

①轴颈的径向结合面应采用包容要求是为了保证轴的配合性质。

②与滚动轴承配合的轴颈应标注圆柱度公差是因为轴承套圈是薄壁零件，容易变形，如果轴颈的形位误差不合理很容易引起滚道变形,导致轴承工作时产生较大振动和噪音，所以应对轴颈规定比包容要求更严格的圆柱度公差。

③有定位要求的轴颈或轴肩应标注圆跳动公差，这是因为轴径是轴承、齿轮的径向定位面，轴肩是轴承、齿轮的轴向定位面，为避免装配后轴承、齿轮歪斜影响旋转精度，对轴径或轴肩应规定轴向圆跳动公差。

④键的对称中心面应标注平行度公差是为了保证键宽与键槽宽之间具有足够的接触面积和可装配性，工作负荷均匀，对中性好。

（3）表面粗糙度参数确定主要是根据滚动轴承配合、键槽配合等不同部位的配合要求不同而取值不同。

①滚动轴承配合面表面粗糙度参数值。

②键槽配合表面的粗糙度参数值：配合表面的粗糙度Ra值取1.6～6.3um；非配合表面的粗糙度Ra值取6.3～12.5um。

③与密封件接触的表面粗糙度参数值Ra的上限值一般取为0.8～1.6μm。常用Ra的上限值取为1.6μm。

通过这一系列的训练过程，学生不但掌握了基础理论还学会了在设计中的灵活运用技巧。

2 教学方法的改革

灵活利用现代信息化教学技术与传统教学方式融合，实行线上、线下相结合的混合教学方法。可以分为三步走。

（1）课前预习：设计学习任务和学习目标，并利用solidwork软件制作动画、优秀教师录课并选择网站上优秀视频指导学生完成预习目标。

（2）课中：因材施教采用启发式、互动式、翻转式及云班课等多种教学方法，提高学生的积极性，培养学生解决问题的能力和高阶思维。

（3）课后作业：利用教学平台布置基础型作业和实际应用型作业。实际应用型作业主要是常用机械零部件的设计。例如让学生设计与给定滚动轴的相配合的外壳孔、轴的精度并进行标注；常用键联结的精度设计及标注；齿轮精度设计及标注等多种形式的练习。使学生通过作业掌握基础知识进而提升应用能力，并具有一定的探究性和个性化，满足不同学生的学习需求。

3 实验内容和实验方法的教学改革

良好的教学效果离不开实验的辅助。传统的实验只是完成演示，对学生知识的掌握帮助较小。根据教学内容设置的需要，增添设备，重新规划实验室的建设，建成“创新型”实验室。新建实验室包括虚拟仿真实验室和实体实验室。虚拟实验室通过与相关公司合作采用虚拟现实技术开发而成。虚拟现实是最近几年才出现的新科技，简单说就是通过电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，使操作者产生视觉、听觉、触觉等器官的反应，如同身在操作现场一样，可以身临其境观察三度空间内的事物。目前，虚拟现实技术已经广泛应用于航空航天、机械设计与制造、教学等诸多领域。对于当今社会的教学方式，不能单纯地依靠教师讲授的形式。三维技术应用可以使学习更形象生动，学生更容易理解和掌握。复杂的实验先通过三维课件演示再进行实际的操作,例如，“通用减速器”的拆装及测量实验，首先通过三维课件给学生展示减速器的结构及作用，然后展示手动拆卸和装配的过程：从箱座到主动轴的结合、从动轴的结合到轴套、箱盖、轴承端盖等到端盖螺钉等进行详细的三维展示。在这个过程中进一步展示各类零件的尺寸精度、形状和位置精度及表面粗糙度的要求及作用，以及它们对减速器质量的影响。最后是学生实际拆装操作及进行齿轮、轴、轴承的各参数测量。这样的实验过程使学生对相关参数的设计理解更加透彻。新实验室还可以根据教学内容和要求设计相关实验内容。例如，教师提供轴、齿轮、箱体、轴承端盖的零件图及实际工件让学生根据实验室已有的实验仪器，检测轴、齿轮是否合格等。

通过实验帮助提高课程实施的多样性和有效性，改变学生的学习方式，使学生在实验中学、探究中学。有利于增强学生的探究能力和创新意识，为学生提供更丰富、便捷的学习方式。整个课程结束后，学生也可以根据学习内容完成课程设计并设计相关的实验内容和过程。

当代的大学生和以往的学生相比有更开放的思维，有更多的知识通道，传统的教学方法很难适应学生的需求。当今社会科学技术的飞速发展对人才培养也提出了不同层次的要求，除了为学生打下雄厚的理论知识基础，培养研究型人才外，社会还需要大量的实用性、创新性人才。通过这一系列的教学改革措施，使得我校在培养实用性、创新性人才方面，取得了很好的效果，积累了一定的教学经验。在今后的教学过程中，会努力探索更好的教学模式，把《互换性与技术测量》打造成新工科专业的一门耀眼的金课。