“机械精度设计基础”课程建设改革与探索

曲东越，刘 崇，展勇

（哈尔滨工程大学 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001）

“机械精度设计基础”是我国各大高等院校工科机械类、仪器仪表类和近机类专业的重要专业基础必修课之一，是联系机械设计类课程与机械制造工艺类课程的纽带。机械精度设计是机械产品设计中不可缺少的重要部分，与生产实际紧密相连，熟练掌握机械精度设计的理论与方法，是学生成为机械行业专门技术人才的基本前提。尽管各高校在“机械精度设计基础”的教学内容、教学模式及考核方式等方面开展了改革和实践，但是对课程的认识和教学研究尚未达成广泛的共识，还存在许多问题有待进一步研究与探讨。本文分析总结了现阶段教学中存在的问题，以哈尔滨工程大学机电工程学院的专业核心课“机械精度设计基础”为例，在课程定位、教材建设、教学模式和内容、思想政治融入和课程考核等方面进行了改革和实践，旨在提高教学效率和质量，提高学生创新能力和解决实际工程问题的能力。

一、现阶段“机械精度设计基础”课程教学中存在的问题

（一）以学生为中心，基于工程实践项目课程建设亟待加强

传统的“机械精度设计基础”授课以教师为中心，重在知识的传授，内容比较抽象、乏味，学生一般对目前的授课方式接受度不高。同时，“机械精度设计基础”又是一门具有很强实践性的课程，与生产实践密切相连。传统教学方法依教材章节讲授，理论和实践联系不够紧密，重理论轻实践、缺乏综合性、实用性，难以调动学生学习的兴趣，不能灵活运用所学知识解决工程实际问题。由于培养模式的不完善，学生容易出现以下问题：（1）不能充分认识到精度设计在机械产品设计中的重要性。重方案、结构设计，轻视、忽略精度设计。（2）机械精度设计能力不足。不能合理确定精度设计项目与参数，灵活运用所学专业知识开展机械产品精度设计。（3）不能正确运用相关的精度设计标准与规范。设计工作中不能合理、灵活运用相关标准解决工程实际问题。

（二）课程对工程教育专业认证标准中的毕业要求支持不足

工程教育认证的核心理念是以学生为中心，课程设置、教学目标、教学方式、质量评价等活动都必须围绕学生工程能力的培养来进行，使学生在毕业及毕业后具有适应社会、就业竞争、深入发展、终身学习的能力。“机械精度设计基础”是大类培养的核心专业平台课，课程需支持若干个毕业要求，但当前“机械精度设计基础”课程无论是课程模式还是教学内容都未能很好地支撑工程教育专业认证标准中的毕业要求。

（三）课程、教材未能及时融入科技发展的最新成果

教材作为高校开展教学的基本工具，既是知识传授的重要载体，也是引导教学方向、保障教学质量的关键因素之一，在教学发展中发挥着不可替代的作用。当前“机械精度设计基础”大部分教材的内容既没有根据学生需求与科技发展来充分设计新的教学案例，也没有体现标准与规范的快速更新，存在大量的同质化现象。随着时代的发展，暴露出以下几点问题：（1）经典教材的内容注重理论，无法满足具有较强实践动手能力和创新能力的应用型人才培养要求。（2）技术发展使得标准、规范快速更新，原有教材缺少对前沿科技的讲解，未能及时融入相关领域的最新发展成果。（3）由于科技快速发展，尽管很多理论没有过时，但是教学案例等都已不适应时代发展的要求。

（四）授课内容重理论、轻实践

当前教学模式以课堂教学为主，理论教学内容比重相对较大，精度设计与技术测量的实践环节相对较少，应根据课程重点、难点，精选、提炼教学内容，在有限的学时内实现以提高实际应用能力为主的教学目标。

（五）课程教学融入思想政治教育亟须加强

课程思政是新时代教育的使命和根本任务。在传统“机械精度设计基础”教学中，专注专业知识与理论的讲解，没有深入挖掘背后所蕴含的丰富思政元素，忽略了对学生综合能力和价值观进行全面培养和正确引领。在考核中注重专业知识，未体现思想政治教育部分，不能充分评价思想政治素质培养的效果。

二、“机械精度设计基础”课程建设

针对当前课程教学中存在的问题，秉持以学生为中心、以实际工程问题为导向、紧贴工程教育专业认证标准，哈尔滨工程大学对“机械精度设计基础”课程进行了探索和改革。

（一）课程定位与目标

通过“机械精度设计基础”课程的学习，学生应掌握机械精度设计的基础知识和技能，合理地确定各种零件的精度，能够分析和解决工程实际问题，具备应用技术标准和技术资料对机械产品进行精度设计和检测的能力，为日后从事机械设计及制造工作奠定良好的基础。突出培育求真务实、实践创新、精益求精的价值观，“机械精度设计基础”课程目标为以下几点。

1.通过讲述互换性、标准化的概念，以及机械零部件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度的基本原理和设计方法，使学生了解典型零件极限与配合的组成和应用，合理地确定各种零件的精度，获得机械精度设计方面的基本知识，辨别机电产品设计、生产中出现的技术、工艺、质量等问题。

2.通过实验课程，熟悉几何量测量的基础知识、测量方法和常用计量器具的使用方法，掌握典型零件精度测量方法。能够正确分析、处理并解释实验数据，能够分析实验结果以获得合理有效的结论。

3.通过本课程的学习，能够恰当选用或开发满足特定需求的工程工具和仪器设备进行测量、测试与分析。

（二）课程与工程教育专业认证标准中毕业要求的支撑关系

根据工程教育专业认证标准中对毕业生的毕业要求，培养学生自学能力、提出问题和解决问题的能力，结合本专业多年来人才培养的实践，该课程支撑毕业要求有3个指标点。毕业要求指标点1-2：能够运用相关的工程基础知识和专业知识辨别机电产品设计、生产中出现的技术、工艺、质量等问题；毕业要求指标点4-3：能够选用或搭建实验装置安全开展实验并正确采集数据；毕业要求指标点4-4：能够分析实验结果以获得合理有效的结论。

（三）教材建设

2019年，新的国家标准《产品几何技术规范（GPS）——基础概念、原则和规则》全面替代原有的技术标准。新教材《基于新一代产品几何技术规范（GPS）的精度设计》全面引入新一代国家标准和规范，紧扣教学大纲及人才培养计划，教材内容满足学生的认知需求。新编教材内容主要包括产品几何技术规范（GPS）与标准简介；产品几何、尺寸精度设计规范；产品表面结构设计规范；基于计量学的产品测量技术；典型机械产品的精度设计等内容。每部分内容都以工程实例作为引子，提高学生的学习兴趣，辅助学生理解抽象的理论知识。在主要章节中都综合使用工程案例教授本章的知识点，使学生能够学会运用理论知识解决工程实际问题。

新教材内容具有以下特点：（1）该书以精度设计与检测为主线贯穿各章节，注重知识的科学性和系统性，强调传授知识和设计能力培养的紧密结合。（2）根据我国国家标准实时性强的特点，该书全部采用最新国家标准。（3）在内容安排上，该书包含了传统教材的基本教学内容，但各章内容相对独立，适用面广，既可用于多学时教学，也可用于少学时教学，便于根据各专业不同的教学要求进行选用。（4）该书为突出重点、理顺难点，每章节末设置了思考题，使学生能够更好地巩固和理解所学内容。

（四）授课模式与内容建设

传统的“机械精度设计基础”教学方法是教师讲授为主，学生往往被动接收，教师与学生之间缺少交流和互动。这种教学方法既不符合当前以学生为中心、以成果为导向、持续改进的工程教育专业认证理念，也满足不了在机械工程及相关领域从事机电产品设计制造、科技开发、应用研究、运行管理等方面工作的复合型高级工程技术人才的专业培养目标。

“机械精度设计基础”教学模式以学生为中心，学生处于主导地位，以实际工程问题为牵引，学生在解决问题过程中主动学习，发挥学生的主体地位，由传统的跟着教师学转变为自主学习，提高学生的求知欲和学习兴趣。采用提出问题—分析问题—解决问题的教学模式，精心设计教学实例和问题，引导学生讨论交流，利用相关理论、标准和规范合理灵活解决工程实际问题，改变“教师讲，学生听”的被动局面，使学生成为教学活动的主导者，从而提高教学效率和质量，提高学生创新能力和解决工程实际问题的能力。

“机械精度设计基础”教学特点为理论和实践相结合，课堂教学是为了使学生掌握基于新一代产品几何技术规范的精度设计原则与方法，具备读图、识图能力；掌握以计量学为基础的几何测量技术与测量数据处理方法。具体内容包括产品尺寸精度设计内容及工程内涵；产品几何精度设计特点与工程内涵；产品表面结构设计与评价；尺寸链解算；基于计量学的几何测量技术；典型机械零件（轴承、键、齿轮）的精度设计等。

授课通过多媒体讲解引入定义，介绍产品几何技术规范（GPS）中相关精度设计术语及概念；讲授精度设计项目的基本内容（包括公差带形状、大小、方向、位置等）；结合零件二维图纸、三维模型实例，解读各项精度设计内容标注的工程含义；采用课后作业、随堂设计练习等多种形式，根据实例零件功能要求，学生完成精度设计内容，并给出测量方案；师生通过在线交流或线下讨论实例零件精度设计结果、测量方案及不确定度，给出合理精度设计表达。教学过程将课堂讲授、课后练习、课堂讨论及测量实操实验等多个环节有机结合，利用多媒体、网络技术向学生展示精度设计的结果将对产品质量产生重要影响。

（五）课程思政建设

“培养什么人，是教育的首要问题”。课程思政是解决首要问题的根本举措。“机械精度设计基础”是一门实践性很强的专业基础课程。在课程建设上，以立德树人为根本任务，充分发掘课程教学的德育内涵，基于专业背景和特点，突出培育求真务实、实践创新、精益求精的价值观。实施过程中以课程知识点为载体，将爱国、敬业、诚信等社会主义核心价值观，遵守相关国家标准、规范、责任意识等工程伦理素质融入课程教学。使课程在实现知识传授、能力培养基本功能的基础上，承担起价值引领功能，培养出学生踏实严谨、追求卓越的优秀品质。

（六）课程考核与评价

“机械精度设计基础”课程考核采用阶段性评价和综合性考核相结合的方式，具体实施方法为课程的过程考核和期末闭卷考试。过程考核分值包括平时成绩、实践环节，占比超过50%，实践环节包括实验环节和基于实际工程项目的精度设计工作，目的是全面考查实践能力的培养效果，同时过程考核还包括思政元素评价。综合性考核方式为期末闭卷方式，题型既包括填空、选择、判断等标准化试题，也有简答、设计计算试题，考查学生对所学概念和常用公差项目的特点、要求是否认知清晰，理解正确，能否综合运用所学知识。

结语

在“机械精度设计基础”课程改革和建设中，教学过程突出“产出导向”的教学模式，紧密结合最新产品几何技术规范，通过增加图纸、模型实例解读，产品质量分析等教学内容，将课堂讲授、课后练习、课堂讨论及测量实操实验等多个环节有机结合。教学过程以学生为中心，利用多媒体、网络技术，向学生展示精度设计的结果对于产品质量的影响，以形成面向新一代产品几何设计规范的能力为导向，实现不断提升学生适应现代制造科技发展的能力和素质。