面向工程教育的“互换性与技术测量”教学改革

[摘 要] 为达成工程教育专业认证标准，按照本校机械设计制造及自动化专业的培养目标，根据“互换性与技术测量”课程特点，调整本课程现有的知识体系和讲授方式，在优化理论教学内容、开展层次化实践教学和完善考核模式三方面进行改革，并通过课程达成度评价形成教学效果闭环评价体系。教学实践效果表明，这项教学改革可以使本课程有效满足工程教育专业认证对创新型人才培养的需要，有助于互换性基础理论向解决复杂工程问题能力的有效转化，达到工程教育专业认证要求的工学结合目标。

[关键词] 互换性与技术测量;工程教育专业认证;教学改革

[基金项目] 2018年度兰州理工大学高等教育研究项目“面向工程教育认证的‘互换性与技术测量教学模式与考核方式综合改革探索”（GJ2018C-7）

[作者简介] 宁会峰（1977—），男，陕西凤翔人，博士，兰州理工大学机电工程学院副教授，主要从事精密加工技术、特种装备及自动化研究。

[中图分类号] TG801   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）26-0053-03    [收稿日期] 2021-04-08

一、引言

“互换性与技术测量”课程涉及机械产品设计、制造、质量控制和生产组织管理等各个环节，是机械类和近机类专业学生能力培养的重要基础课程[1]。通过这门课程的学习，可以培养和提升学生从事机械设计与制造必须具备的机械产品配合、机械零件精度设计与分析的基本知识和技能，使其具备机械工程师最基本的职业素养和能力。

在机械类本科学生的专业学习中，如何加强学生工程素养和能力的培养，如何逐步完善创新性、应用型人才培养模式，如何有效提升学生解决复杂工程问题的能力，成为教学研究的重要课题。为了适应工程教育专业认证新要求，国内高校对此进行了许多积极探索，已经总结出许多好的教学方法和改革思路[2]。在歷经多次教学改革与培养方案修订后，目前本校“互换性与技术测量”总课时为32个（其中理论课28学时，实验课4学时）。如何在有限的课时内达到良好的教学效果，使课程达到应有的教学目的，是该课程新一轮教学改革的主要任务。本课程组从优化理论教学内容、丰富实践教学层次、完善考核方式三个方面着手，以提高教学质量为目标，开展了层次化教学改革实验，提升了教学效果。

二、传统课程教学存在的问题

本课程具有“四多一广二强”的鲜明特点，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，学科交叉性强，综合应用性强。但学生的学习积极性不高，学习效果不佳，很难将所学知识应用到解决复杂机械工程问题中去。究其原因，主要存在如下问题。

1.教材的理论性过强。本课程教材内容很多来源于相关标准，理论深度较高，也有较大的理解难度，而且大量出现易于混淆的专业名词、术语等，对初学者而言难以分辨和理解，给学习造成很大困难。

2.实验教学体系落后。本课程的实验以轴类、箱体类、螺纹、齿轮零件测量为主，测量设备以简单的量仪和量具为主，实验设备落后和内容单一，难以满足工程教育专业认证对课程的要求。

3.课时不足。由于专业教学课程体系的结构性调整，各学校专业课的课时均在不同程度上减少，但原有教学内容并没有调整，如果简单采用照本宣科的讲授方式，必然因课时不足导致教学效果不好。

4.考核方式单一。学生为通过考试，大多死记硬背，存在学得好不一定考得好、学不好也能考得好的状况。纵然考试成绩高，但依然缺乏以所学知识应用于实践的能力。

三、基于工程教育专业认证的教学改革

（一）优化理论教学内容

针对课程在理论教学过程中的问题，课程组对原有教学内容进行了适当的调整与优化。面对学时不足的现状，为了在有限的学时内把课程内容讲清楚，需要根据“面向工程教育要求”，结合学生培养的需要，对课程内容进行适度的取舍，力争做到主次分明。

1.互换性的理论部分以够用为度、适用为限，适当压缩课堂理论教学时间。在教学过程中，对机械产品设计过程中用不到或较少用到的内容（如圆锥的配合与公差、螺纹的配合与公差、量规设计等）可以不讲或少讲;对理论性较强的内容（如优先、常用配合选择等内容）只讲授结论，将相关原理作为课后拓展内容，由学生课后学习，引导学生学会分析问题和解决问题的方法。

2.强化培养学生选择和使用标准的能力。在课堂上，先由教师演示再指导学生练习查阅标准，将配合的选择、公差值的选择和计算、表面粗糙度选择作为学生必须掌握的内容，加强正确标注轴类、盘类、箱体类、叉架类典型零件的训练。

3.专业课程有机衔接。利用先修的金工实习、机械设计等课程所学内容弥补学生工程实践能力的欠缺，如结合金工实习中学生亲手操作的车、铣、刨等典型机械加工工艺，引导学生理解公差的内涵、几何误差产生的原因等;将相关内容和后修的“机械制造技术基础”课程中机械工程规程设计结合起来。通过这种瞻前顾后式的教学，可以强化本课程在专业知识体系中的地位，有利于提升学生对本课程更深层次的理解。

4.将工程案例引入课堂教学。本课程组教师中大多数有企业工作经历和完成企业委托科研项目的经历。课程组要求教师结合自身工程实践背景，加大工程应用案例的讲解，加深学生对重点和难点问题的理解。

（二）探索多种实践教学模式

课程实验是理解、掌握、贯通课程知识的重要环节，但目前的实践教学环节仅仅局限在2个实验，实验过程中自始至终都是教师在“手把手地教”，学生基本上处于被动地位，难以充分调动学生的积极性。

课程组在综合调研了本校现有实验设备后，提出采用多层级的实践教学方式，使学生能够根据本专业培养要求，并结合自身兴趣和能力选择训练层次。实践教学包括三个层次：（1）基本技能训练。以传统的轴类零件尺寸参数测量、几何参数测量、表面粗糙度测量三个实验为主，使学生掌握量仪的基本功能和使用方法，具备基本的实验技能和数据处理分析方法。（2）专项能力训练。以箱体类零件综合参数测量、齿轮轴（含螺纹、键槽）综合参数测量为主，使学生掌握平面度、圆柱度、同轴度、对称度、跳动度等几何参数测量方法和齿轮、螺纹参数的测量，进一步提高学生满足多参数复杂测量要求的能力。（3）综合能力训练。结合典型的机器部件拆装实验（如减速器拆装），采用开放的教学模式，通过拆、测、绘、装的一体化训练，让学生自己设计实验方案，引导学生讨论机械产品制造误差对使用性能的影响，提高学生机械零件精度设计的能力。