基于四位一體精密機械學(xué)基礎(chǔ)課程創(chuàng)新教學(xué)模式研究論文
【摘要】為提高“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”系列課程的教學(xué)效果，提出“理論-實驗-實踐-設(shè)計”四位一體創(chuàng)新教學(xué)模式。包括“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)方法研究；創(chuàng)新實踐教學(xué)研究；強化大作業(yè)訓(xùn)練等實踐環(huán)節(jié)；改革“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”課程設(shè)計。解決學(xué)生理論與實踐脫節(jié)的問題，提高學(xué)生工程設(shè)計能力和創(chuàng)新實踐能力。獲得的成果經(jīng)驗可向全國高校相關(guān)機械設(shè)計類課程推廣。
關(guān)鍵詞：四位一體；精密機械學(xué)基礎(chǔ)；創(chuàng)新教學(xué)
【基金項目】本文為黑龍江省教育科學(xué)十二五規(guī)劃課題“精密機械學(xué)基礎(chǔ)課程四位一體創(chuàng)新教學(xué)模式研究”（項目編號：GJC1215023）的階段性研究成果。
Research on innovative teaching mode of Fundamentals of Precision Mechanics course based on four-in-one
Ma Huiping， Wang Xiaoming， Guo Yubo， Ye Dong， Liu Ying
School of Electrical Engineering and Automation， Harbin Institute of Technology
【Abstract】 “Four-in-one” innovative teaching mode of "Theory - Experiment - Practice - Design" is proposed for improving the teaching effect of Fundamentals of Precision Mechanics course. The main content includes the course teaching methods， innovation practice teaching， intensive course project training and the innovation of course design. To solve the problem of alienation of theory from practice， the research can improve students' engineering design ability and innovative practice ability. The results obtained can be promoted to the National College of mechanical design courses.
【key words】Four-in-one；Fundamentals of Precision Mechanics；innovative teaching
【中圖分類號】G712 【文獻標(biāo)識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）14-0012-02
“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”系列課程是一門改革后形成的新體系課程，內(nèi)容含機械原理、機械設(shè)計、公差、理論力學(xué)、材料力學(xué)、儀器儀表，是哈爾濱工業(yè)大學(xué)非機類專業(yè)的一門機械類骨干課程。目前該課程總學(xué)時104（其中授課90學(xué)時，實驗14學(xué)時）。在課程體系改革中，淡化了各門課程的獨立地位，找出了它們的內(nèi)在聯(lián)系和銜接點，剔除重復(fù)性環(huán)節(jié)，把六門課程整合成一門課程，增強了課程體系的系統(tǒng)性，滿足目前國內(nèi)高等院校教學(xué)改革的要求，顯示了課程設(shè)置的合理與先進。
但課程目前存在一些普遍性的問題：如“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”課程課堂理論教學(xué)結(jié)束時達不到預(yù)期教學(xué)效果，學(xué)生在進行“精密機械學(xué)基礎(chǔ)課程”設(shè)計、本科畢業(yè)設(shè)計時，不能將所學(xué)精密機械設(shè)計理論知識熟練運用到工程實踐環(huán)節(jié)中，導(dǎo)致理論與實踐嚴(yán)重脫節(jié)。根本原因在于缺乏機械設(shè)計和精度設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練，缺失工程設(shè)計的創(chuàng)新實踐能力。如何提高該門課程的教學(xué)效果和質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生具備理論聯(lián)系實際能力和創(chuàng)新實踐能力，是目前需要迫切解決的問題[1-3]。
針對“精密機械學(xué)基礎(chǔ)課程”目前教學(xué)模式普遍存在的問題，提出以學(xué)生為主體，把“理論-實驗-實踐-設(shè)計”四個教學(xué)環(huán)節(jié)集于一體，即四位一體創(chuàng)新教學(xué)模式研究，把課堂理論教學(xué)與工程實踐結(jié)合，提高學(xué)生工程設(shè)計的創(chuàng)新實踐能力。該教學(xué)模式可應(yīng)用到國內(nèi)高等工科院校機械原理、機械設(shè)計類課程理論教學(xué)和實踐教學(xué)的改革中[4-5]。
一、建設(shè)思路
為提高“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”系列課程的教學(xué)效果，提出“理論-實驗-實踐-設(shè)計”四位一體創(chuàng)新教學(xué)模式；“理論”指機械設(shè)計理論；“實驗”指機械設(shè)計創(chuàng)新實驗；“實踐”指大作業(yè)訓(xùn)練等實踐環(huán)節(jié)；“設(shè)計”指精密機械學(xué)基礎(chǔ)課程設(shè)計。本文研究內(nèi)容包括：（1）“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)方法研究；（2）創(chuàng)新實驗教學(xué)研究，搭建創(chuàng)新實驗平臺，增設(shè)創(chuàng)新性、驗證性實驗；（3）在授課過程中強化實踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練——即機械設(shè)計大作業(yè)訓(xùn)練，提高學(xué)生理論與實踐結(jié)合能力；（4）“精密機械學(xué)基礎(chǔ)課程設(shè)計”創(chuàng)新教學(xué)方法研究，改革課程設(shè)計題目和教學(xué)模式，提高學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實踐能力。
（一）“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)方法研究
1.“啟發(fā)式”教學(xué)和“精講多練”的授課方法采用“精講多練”和“啟發(fā)式”教學(xué)，教學(xué)過程中認真設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，力求使教學(xué)呈現(xiàn)出“學(xué)多于教”的局面。采用CAI課件和黑板板書相結(jié)合方式授課，教學(xué)的最終目的是使學(xué)生能夠熟練掌握所學(xué)的機械設(shè)計內(nèi)容并能應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中。
“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”課程的授課對象為本科大二的學(xué)生，機械底子薄弱（僅在大一時學(xué)過“工程圖學(xué)”），對機械的興趣普遍不高。若采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，即教師采用灌輸式的講課方式，缺少啟發(fā)和引導(dǎo)，不給學(xué)生留有充分的思考余地；或只注重知識的傳授和記憶，忽略學(xué)生對知識的深入理解和掌握，缺乏對學(xué)生創(chuàng)造性思維方式的培養(yǎng)與訓(xùn)練等，這樣就達不到預(yù)期的教學(xué)效果。采用精講多練的授課方法，“精講”就是把課程的重點、難點講解清楚和透徹，但不能把課程內(nèi)容逐一羅列，而應(yīng)教學(xué)生掌握內(nèi)容的實質(zhì)和特點。“多練”，一方面通過練習(xí)來加深對課程內(nèi)容的理解，另一方面要把所學(xué)知識和生產(chǎn)、生活實際聯(lián)系起來，通過書本上所學(xué)的知識來解決工程實際問題。endprint
為了使學(xué)生具備精密機械系統(tǒng)分析和設(shè)計的能力，在教學(xué)過程中一定要做到理論聯(lián)系實際，從實際中提出問題，并能用書本上的基本理論解決問題。比如在講解聯(lián)接和機械傳動知識點時，以中國航空航天領(lǐng)域尖端核心技術(shù)神舟飛船與天宮一號對接技術(shù)為例，該技術(shù)用到本課程所講授的聯(lián)接（螺紋連接，鍵連接，銷釘連接）和機械傳動（帶傳動、絲杠傳動、齒輪傳動）等等，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過形象的工程實例闡明問題，讓學(xué)生參與進來，共同學(xué)習(xí)、討論，從而提高的學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。
2.多種方法結(jié)合授課“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”課程的知識體系多、公式多、圖表多、機械結(jié)構(gòu)多、信息量大；授課對象（大二本科生）的機械知識少，對機械結(jié)構(gòu)缺乏感性認識。為適應(yīng)課時越來越少，課程內(nèi)容越來越多和越來越新的要求，提高課程教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率，使學(xué)生在較少的時間內(nèi)能夠獲得更多的知識量，增加對機械結(jié)構(gòu)的感性認識，必須充分利用多媒體教學(xué)手段——CAI課件，增加機構(gòu)動畫，將一些復(fù)雜的精密機械結(jié)構(gòu)的基本原理、構(gòu)成和設(shè)計特點比較直觀生動地展示給學(xué)生，提高學(xué)生的感性認識。授課時將多媒體PPT、掛圖、實物模型、黑板、粉筆有機地融合，采用Powerpoint軟件+圖片+AVI動畫文件+視頻相結(jié)合方式，動畫播放緊密結(jié)合學(xué)生的聽課思路，緊扣教學(xué)內(nèi)容，逐步播放PPT內(nèi)容，形象生動，能夠提高學(xué)生注意力和聽課效果。多媒體技術(shù)已經(jīng)逐步使教師擺脫粉筆加黑板的傳統(tǒng)教學(xué)方式，將精力集中在搞好課堂教學(xué)、解答學(xué)生問題、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力上。
3.實行累加式考試方法改革“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”課程改革考試方法，不以一張考卷定成績。考試采用累加式考試，注重對學(xué)生實際能力的考核與評價，注重過程監(jiān)控、過程管理，引導(dǎo)學(xué)生提高自主學(xué)習(xí)能力和探索精神。平時成績累加式，敦促學(xué)生學(xué)好每一個環(huán)節(jié)內(nèi)容，掌握好基礎(chǔ)，強化基本功。出題與工程實際相聯(lián)系，與新科技相聯(lián)系，考查學(xué)生的綜合能力。累加式考試方法充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，切實提高學(xué)生的實際能力，提升教育教學(xué)質(zhì)量。課程累加式考試包括三部分內(nèi)容：
（1）大作業(yè)和實驗成績20分為了適應(yīng)教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，把理論知識和科學(xué)實踐結(jié)合起來，必須注重實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。精密機械學(xué)基礎(chǔ)課程結(jié)合工程實際題目布置學(xué)生精密機械設(shè)計大作業(yè)訓(xùn)練；實驗環(huán)節(jié)訓(xùn)練是增加學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的一個重要環(huán)節(jié)。針對課程需求，實驗室開設(shè)多項綜合性、設(shè)計性實驗，緊扣教學(xué)大綱要求。
（2）平時作業(yè)、報告和出勤成績10分。
（3）期末成績70分。
（二）創(chuàng)新實驗教學(xué)研究——開設(shè)綜合性和設(shè)計性創(chuàng)新實驗
實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計與創(chuàng)新能力的重要途徑，綜合性的實驗對于培養(yǎng)學(xué)生綜合運用各學(xué)科的理論知識、現(xiàn)代分析技術(shù)和解決工程實踐中實際問題的能力，對充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力有著理論教學(xué)不可替代的重要作用。如何利用啟發(fā)性、綜合性及實踐性強的實驗教學(xué)來完善課堂教學(xué)的.效果，是本文所要解決的重要問題。
將傳統(tǒng)的驗證性實驗向綜合性、設(shè)計性創(chuàng)新實驗轉(zhuǎn)變，增加“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”課程創(chuàng)新實驗教學(xué)項目：開設(shè)光機電一體化實訓(xùn)系統(tǒng)實驗，該實驗可使學(xué)生掌握常見機構(gòu)（桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)、帶傳動、鏈傳動等）工作原理和設(shè)計方法；開設(shè)柔性鉸鏈微動工作臺實驗，使學(xué)生掌握彈性支承和彈性導(dǎo)軌工作原理和設(shè)計方法；在三坐標(biāo)測量機上開設(shè)精度綜合測量實驗：精密零件尺寸精度檢測實驗；零件幾何誤差及檢測實驗（包括平面度、圓柱度、圓跳動、全跳動等最新檢測方法）；表面粗糙度測量實驗；典型零件的精度設(shè)計實驗（普通螺紋精度、齒輪精度等）。并鼓勵學(xué)生進行機械創(chuàng)新設(shè)計實驗：給出工程實際題目，進行零件大作業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計，加工零件（在機床或數(shù)控銑床上），對所設(shè)計零件進行精度測量并檢驗（三坐標(biāo)測量機上完成），實現(xiàn)機械設(shè)計、機械加工和精度檢測一體化訓(xùn)練。
（三）強化實踐環(huán)節(jié)——大作業(yè)訓(xùn)練
講授精密機械設(shè)計內(nèi)容時，注重學(xué)生的機械設(shè)計能力的培養(yǎng)，即課程大作業(yè)的訓(xùn)練。“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”課程下冊的重點是精密機械設(shè)計能力的培養(yǎng)，偏重大作業(yè)的訓(xùn)練，其中包括“光學(xué)部件聯(lián)接”大作業(yè)、“軸”零件圖和“減速器”部件圖大作業(yè)、“探照燈”大作業(yè)、齒輪精度設(shè)計大作業(yè)等練習(xí)，通過大作業(yè)的訓(xùn)練把課本內(nèi)容和實際工程訓(xùn)練結(jié)合起來，可以提高學(xué)生機械設(shè)計能力。
（四）改革“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”課程設(shè)計
課程設(shè)計是對“精密機械學(xué)基礎(chǔ)”課程學(xué)習(xí)成果的最好檢驗方法，它考查了學(xué)生的理論聯(lián)系實際的能力、工程設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。對授課教師而言，學(xué)生的設(shè)計復(fù)雜多樣，對教師指導(dǎo)水平要求很高。在設(shè)計過程中提倡獨立思考的學(xué)習(xí)精神和嚴(yán)肅認真、有錯必改使設(shè)計精益求精的工作態(tài)度。
結(jié)合精密機械學(xué)基礎(chǔ)系列課程的授課內(nèi)容，對課程設(shè)計教學(xué)模式進行創(chuàng)新，采取“多個設(shè)計題目選擇——分組設(shè)計——分組討論——分階段檢查——多環(huán)節(jié)累加評分”的教學(xué)模式，極大地調(diào)動了學(xué)生的設(shè)計積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計熱情。
為提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力，精密機械學(xué)基礎(chǔ)課程設(shè)計在原有給定任務(wù)（題目）、查資料、定原理（方案）、理論設(shè)計（定參數(shù)）、結(jié)構(gòu)設(shè)計（畫總裝圖和零部件圖）和撰寫說明書（論文）等環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上，增加機械加工和精度檢測一體化訓(xùn)練。
學(xué)生可選擇所設(shè)計的典型零件在車床或數(shù)控銑床上加工實物，提高學(xué)生對機械制造過程的認識，熟悉加工工藝要求。并在三坐標(biāo)測量機、表面粗糙度儀、影像測量儀等精度檢測設(shè)備上對所加工的零件進行精度測量（尺寸精度、幾何精度和表面微觀輪廓精度），使其符合機械精度設(shè)計要求，同時學(xué)習(xí)先進精度檢測技術(shù)和儀器使用方法，強化創(chuàng)新實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，完成設(shè)計、加工和測量一體化訓(xùn)練，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力及創(chuàng)新實踐訓(xùn)練。
二、結(jié)束語
為了緊密圍繞研究型大學(xué)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)“十三五”本科教育教學(xué)發(fā)展規(guī)劃綱要提出的“厚基礎(chǔ)、強實踐、嚴(yán)過程、求創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)特色，堅持以人為本、立德樹人，以質(zhì)量為核心，以改革促發(fā)展、以特色求卓越的教學(xué)理念。基于四位一體“精密機械學(xué)基礎(chǔ)"課程創(chuàng)新教學(xué)模式研究從“理論-實驗-實踐-設(shè)計”四方面入手，進行理論教學(xué)創(chuàng)新、實驗教學(xué)創(chuàng)新、強化大作業(yè)訓(xùn)練和改革課程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和工程實踐能力，獲得的成果經(jīng)驗可惠及全國高校機械原理和機械設(shè)計系列課程。
參考文獻
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作者簡介：
馬惠萍，1974，女，回族，哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動化學(xué)院自動化測試與控制系教師，副教授，博士；研究方向：新一代GPS標(biāo)準(zhǔn)和公差建模技術(shù)研究；光纖檢測技術(shù)研究；通信地址：哈爾濱工業(yè)大學(xué)310信箱，黑龍江省哈爾濱市150001；
劉穎，1976，女，漢族，哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動化學(xué)院自動化測試與控制系教師，助理研究員。碩士研究生。（黑龍江省哈爾濱市150001）
郭玉波，1974，男，漢族，哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動化學(xué)院自動化測試與控制系教師，講師。博士。（黑龍江省哈爾濱市150001）
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