基于四位一體精密機械學(xué)基礎課程創(chuàng )新教學(xué)模式研究論文
【摘要】為提高“精密機械學(xué)基礎”系列課程的教學(xué)效果，提出“理論-實(shí)驗-實(shí)踐-設計”四位一體創(chuàng )新教學(xué)模式。包括“精密機械學(xué)基礎”課程教學(xué)方法研究；創(chuàng )新實(shí)踐教學(xué)研究；強化大作業(yè)訓練等實(shí)踐環(huán)節；改革“精密機械學(xué)基礎”課程設計。解決學(xué)生理論與實(shí)踐脫節的問(wèn)題，提高學(xué)生工程設計能力和創(chuàng )新實(shí)踐能力。獲得的成果經(jīng)驗可向全國高校相關(guān)機械設計類(lèi)課程推廣。
關(guān)鍵詞：四位一體；精密機械學(xué)基礎；創(chuàng )新教學(xué)
【基金項目】本文為黑龍江省教育科學(xué)十二五規劃課題“精密機械學(xué)基礎課程四位一體創(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(lèi)號】G712 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）14-0012-02
“精密機械學(xué)基礎”系列課程是一門(mén)改革后形成的新體系課程，內容含機械原理、機械設計、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(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)機械類(lèi)骨干課程。目前該課程總學(xué)時(shí)104（其中授課90學(xué)時(shí)，實(shí)驗14學(xué)時(shí)）。在課程體系改革中，淡化了各門(mén)課程的獨立地位，找出了它們的內在聯(lián)系和銜接點(diǎn)，剔除重復性環(huán)節，把六門(mén)課程整合成一門(mén)課程，增強了課程體系的系統性，滿(mǎn)足目前國內高等院校教學(xué)改革的要求，顯示了課程設置的合理與先進(jìn)。
但課程目前存在一些普遍性的問(wèn)題：如“精密機械學(xué)基礎”課程課堂理論教學(xué)結束時(shí)達不到預期教學(xué)效果，學(xué)生在進(jìn)行“精密機械學(xué)基礎課程”設計、本科畢業(yè)設計時(shí)，不能將所學(xué)精密機械設計理論知識熟練運用到工程實(shí)踐環(huán)節中，導致理論與實(shí)踐嚴重脫節。根本原因在于缺乏機械設計和精度設計等實(shí)踐環(huán)節訓練，缺失工程設計的創(chuàng )新實(shí)踐能力。如何提高該門(mén)課程的教學(xué)效果和質(zhì)量，培養學(xué)生具備理論聯(lián)系實(shí)際能力和創(chuàng )新實(shí)踐能力，是目前需要迫切解決的問(wèn)題[1-3]。
針對“精密機械學(xué)基礎課程”目前教學(xué)模式普遍存在的問(wèn)題，提出以學(xué)生為主體，把“理論-實(shí)驗-實(shí)踐-設計”四個(gè)教學(xué)環(huán)節集于一體，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(shí)踐結合，提高學(xué)生工程設計的創(chuàng )新實(shí)踐能力。該教學(xué)模式可應用到國內高等工科院校機械原理、機械設計類(lèi)課程理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的改革中[4-5]。
一、建設思路
為提高“精密機械學(xué)基礎”系列課程的教學(xué)效果，提出“理論-實(shí)驗-實(shí)踐-設計”四位一體創(chuàng )新教學(xué)模式；“理論”指機械設計理論；“實(shí)驗”指機械設計創(chuàng )新實(shí)驗；“實(shí)踐”指大作業(yè)訓練等實(shí)踐環(huán)節；“設計”指精密機械學(xué)基礎課程設計。本文研究?jì)热莅ǎ海?）“精密機械學(xué)基礎”課程教學(xué)方法研究；（2）創(chuàng )新實(shí)驗教學(xué)研究，搭建創(chuàng )新實(shí)驗平臺，增設創(chuàng )新性、驗證性實(shí)驗；（3）在授課過(guò)程中強化實(shí)踐環(huán)節訓練——即機械設計大作業(yè)訓練，提高學(xué)生理論與實(shí)踐結合能力；（4）“精密機械學(xué)基礎課程設計”創(chuàng )新教學(xué)方法研究，改革課程設計題目和教學(xué)模式，提高學(xué)生創(chuàng )新能力和工程實(shí)踐能力。
�。ㄒ唬熬軝C械學(xué)基礎”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(guò)程中認真設計教學(xué)內容，力求使教學(xué)呈現出“學(xué)多于教”的局面。采用CAI課件和黑板板書(shū)相結合方式授課，教學(xué)的最終目的是使學(xué)生能夠熟練掌握所學(xué)的機械設計內容并能應用到生產(chǎn)實(shí)踐中。
“精密機械學(xué)基礎”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(shí)學(xué)過(guò)“工程圖學(xué)”），對機械的興趣普遍不高。若采用傳統的教學(xué)方法，即教師采用灌輸式的講課方式，缺少啟發(fā)和引導，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與訓練等，這樣就達不到預期的教學(xué)效果。采用精講多練的授課方法，“精講”就是把課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)講解清楚和透徹，但不能把課程內容逐一羅列，而應教學(xué)生掌握內容的實(shí)質(zhì)和特點(diǎn)�！岸嗑殹�，一方面通過(guò)練習來(lái)加深對課程內容的理解，另一方面要把所學(xué)知識和生產(chǎn)、生活實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)書(shū)本上所學(xué)的知識來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題。endprint
為了使學(xué)生具備精密機械系統分析和設計的能力，在教學(xué)過(guò)程中一定要做到理論聯(lián)系實(shí)際，從實(shí)際中提出問(wèn)題，并能用書(shū)本上的基本理論解決問(wèn)題。比如在講解聯(lián)接和機械傳動(dòng)知識點(diǎn)時(shí)，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(xiāo)釘連接）和機械傳動(dòng)（帶傳動(dòng)、絲杠傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)）等等，提高學(xué)生學(xué)習興趣。通過(guò)形象的工程實(shí)例闡明問(wèn)題，讓學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，共同學(xué)習、討論，從而提高的學(xué)生的學(xué)習興趣和積極性，培養了學(xué)生的創(chuàng )造性思維能力。
2.多種方法結合授課“精密機械學(xué)基礎”課程的知識體系多、公式多、圖表多、機械結構多、信息量大；授課對象（大二本科生）的機械知識少，對機械結構缺乏感性認識。為適應課時(shí)越來(lái)越少，課程內容越來(lái)越多和越來(lái)越新的要求，提高課程教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習效率，使學(xué)生在較少的時(shí)間內能夠獲得更多的知識量，增加對機械結構的感性認識，必須充分利用多媒體教學(xué)手段——CAI課件，增加機構動(dòng)畫(huà)，將一些復雜的精密機械結構的基本原理、構成和設計特點(diǎn)比較直觀(guān)生動(dòng)地展示給學(xué)生，提高學(xué)生的感性認識。授課時(shí)將多媒體PPT、掛圖、實(shí)物模型、黑板、粉筆有機地融合，采用Powerpoint軟件+圖片+AVI動(dòng)畫(huà)文件+視頻相結合方式，動(dòng)畫(huà)播放緊密結合學(xué)生的聽(tīng)課思路，緊扣教學(xué)內容，逐步播放PPT內容，形象生動(dòng)，能夠提高學(xué)生注意力和聽(tīng)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教學(xué)方式，將精力集中在搞好課堂教學(xué)、解答學(xué)生問(wèn)題、培養學(xué)生創(chuàng )新實(shí)踐能力上。
3.實(shí)行累加式考試方法改革“精密機械學(xué)基礎”課程改革考試方法，不以一張考卷定成績(jì)�？荚嚥捎美奂邮娇荚�，注重對學(xué)生實(shí)際能力的考核與評價(jià)，注重過(guò)程監控、過(guò)程管理，引導學(xué)生提高自主學(xué)習能力和探索精神。平時(shí)成績(jì)累加式，敦促學(xué)生學(xué)好每一個(gè)環(huán)節內容，掌握好基礎，強化基本功。出題與工程實(shí)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動(dòng)了學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)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容：
�。�1）大作業(yè)和實(shí)驗成績(jì)20分為了適應教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量，把理論知識和科學(xué)實(shí)踐結合起來(lái)，必須注重實(shí)踐環(huán)節的訓練。精密機械學(xué)基礎課程結合工程實(shí)際題目布置學(xué)生精密機械設計大作業(yè)訓練；實(shí)驗環(huán)節訓練是增加學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng )新能力的一個(gè)重要環(huán)節。針對課程需求，實(shí)驗室開(kāi)設多項綜合性、設計性實(shí)驗，緊扣教學(xué)大綱要求。
�。�2）平時(shí)作業(yè)、報告和出勤成績(jì)10分。
�。�3）期末成績(jì)70分。
�。ǘ﹦�(chuàng )新實(shí)驗教學(xué)研究——開(kāi)設綜合性和設計性創(chuàng )新實(shí)驗
實(shí)驗教學(xué)是培養學(xué)生綜合設計與創(chuàng )新能力的重要途徑，綜合性的實(shí)驗對于培養學(xué)生綜合運用各學(xué)科的理論知識、現代分析技術(shù)和解決工程實(shí)踐中實(shí)際問(wèn)題的能力，對充分發(fā)揮學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，培養學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng )新能力有著(zhù)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(shí)踐性強的實(shí)驗教學(xué)來(lái)完善課堂教學(xué)的.效果，是本文所要解決的重要問(wèn)題。
將傳統的驗證性實(shí)驗向綜合性、設計性創(chuàng )新實(shí)驗轉變，增加“精密機械學(xué)基礎”課程創(chuàng )新實(shí)驗教學(xué)項目：開(kāi)設光機電一體化實(shí)訓系統實(shí)驗，該實(shí)驗可使學(xué)生掌握常見(jiàn)機構（桿機構、齒輪機構、間歇運動(dòng)機構、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)等）工作原理和設計方法；開(kāi)設柔性鉸鏈微動(dòng)工作臺實(shí)驗，使學(xué)生掌握彈性支承和彈性導軌工作原理和設計方法；在三坐標測量機上開(kāi)設精度綜合測量實(shí)驗：精密零件尺寸精度檢測實(shí)驗；零件幾何誤差及檢測實(shí)驗（包括平面度、圓柱度、圓跳動(dòng)、全跳動(dòng)等最新檢測方法）；表面粗糙度測量實(shí)驗；典型零件的精度設計實(shí)驗（普通螺紋精度、齒輪精度等）。并鼓勵學(xué)生進(jìn)行機械創(chuàng )新設計實(shí)驗：給出工程實(shí)際題目，進(jìn)行零件大作業(yè)結構設計，加工零件（在機床或數控銑床上），對所設計零件進(jìn)行精度測量并檢驗（三坐標測量機上完成），實(shí)現機械設計、機械加工和精度檢測一體化訓練。
�。ㄈ⿵娀瘜�(shí)踐環(huán)節——大作業(yè)訓練
講授精密機械設計內容時(shí)，注重學(xué)生的機械設計能力的培養，即課程大作業(yè)的訓練�！熬軝C械學(xué)基礎”課程下冊的重點(diǎn)是精密機械設計能力的培養，偏重大作業(yè)的訓練，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)、齒輪精度設計大作業(yè)等練習，通過(guò)大作業(yè)的訓練把課本內容和實(shí)際工程訓練結合起來(lái)，可以提高學(xué)生機械設計能力。
�。ㄋ模└母铩熬軝C械學(xué)基礎”課程設計
課程設計是對“精密機械學(xué)基礎”課程學(xué)習成果的最好檢驗方法，它考查了學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際的能力、工程設計能力和創(chuàng )新能力。對授課教師而言，學(xué)生的設計復雜多樣，對教師指導水平要求很高。在設計過(guò)程中提倡獨立思考的學(xué)習精神和嚴肅認真、有錯必改使設計精益求精的工作態(tài)度。
結合精密機械學(xué)基礎系列課程的授課內容，對課程設計教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng )新，采取“多個(gè)設計題目選擇——分組設計——分組討論——分階段檢查——多環(huán)節累加評分”的教學(xué)模式，極大地調動(dòng)了學(xué)生的設計積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )新設計熱情。
為提高學(xué)生的創(chuàng )新能力和工程實(shí)踐能力，精密機械學(xué)基礎課程設計在原有給定任務(wù)（題目）、查資料、定原理（方案）、理論設計（定參數）、結構設計（畫(huà)總裝圖和零部件圖）和撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)（論文）等環(huán)節基礎上，增加機械加工和精度檢測一體化訓練。
學(xué)生可選擇所設計的典型零件在車(chē)床或數控銑床上加工實(shí)物，提高學(xué)生對機械制造過(guò)程的認識，熟悉加工工藝要求。并在三坐標測量機、表面粗糙度儀、影像測量?jì)x等精度檢測設備上對所加工的零件進(jìn)行精度測量（尺寸精度、幾何精度和表面微觀(guān)輪廓精度），使其符合機械精度設計要求，同時(shí)學(xué)習先進(jìn)精度檢測技術(shù)和儀器使用方法，強化創(chuàng )新實(shí)踐教學(xué)環(huán)節，完成設計、加工和測量一體化訓練，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力及創(chuàng )新實(shí)踐訓練。
二、結束語(yǔ)
為了緊密?chē)@研究型大學(xué)的人才培養目標，根據哈爾濱工業(yè)大學(xué)“十三五”本科教育教學(xué)發(fā)展規劃綱要提出的“厚基礎、強實(shí)踐、嚴過(guò)程、求創(chuàng )新”的人才培養特色，堅持以人為本、立德樹(shù)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�；谒奈灰惑w“精密機械學(xué)基礎"課程創(chuàng )新教學(xué)模式研究從“理論-實(shí)驗-實(shí)踐-設計”四方面入手，進(jìn)行理論教學(xué)創(chuàng )新、實(shí)驗教學(xué)創(chuàng )新、強化大作業(yè)訓練和改革課程設計，培養學(xué)生的自主學(xué)習能力和工程實(shí)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計系列課程。
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作者簡(jiǎn)介：
馬惠萍，1974，女，回族，哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院自動(dòng)化測試與控制系教師，副教授，博士；研究方向：新一代GPS標準和公差建模技術(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(dòng)化學(xué)院自動(dòng)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(dòng)化學(xué)院自動(dòng)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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