基於四位一體精密機械學基礎課程創新教學模式研究論文
【摘要】為提高“精密機械學基礎”系列課程的教學效果，提出“理論-實驗-實踐-設計”四位一體創新教學模式。包括“精密機械學基礎”課程教學方法研究；創新實踐教學研究；強化大作業訓練等實踐環節；改革“精密機械學基礎”課程設計。解決學生理論與實踐脫節的問題，提高學生工程設計能力和創新實踐能力。獲得的成果經驗可向全國高校相關機械設計類課程推廣。
關鍵詞：四位一體；精密機械學基礎；創新教學
【基金專案】本文為黑龍江省教育科學十二五規劃課題“精密機械學基礎課程四位一體創新教學模式研究”（專案編號：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 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）14-0012-02
“精密機械學基礎”系列課程是一門改革後形成的新體系課程，內容含機械原理、機械設計、公差、理論力學、材料力學、儀器儀表，是哈爾濱工業大學非機類專業的一門機械類骨幹課程。目前該課程總學時104（其中授課90學時，實驗14學時）。在課程體系改革中，淡化了各門課程的獨立地位，找出了它們的內在聯絡和銜接點，剔除重複性環節，把六門課程整合成一門課程，增強了課程體系的系統性，滿足目前國內高等院校教學改革的要求，顯示了課程設定的合理與先進。
但課程目前存在一些普遍性的問題：如“精密機械學基礎”課程課堂理論教學結束時達不到預期教學效果，學生在進行“精密機械學基礎課程”設計、本科畢業設計時，不能將所學精密機械設計理論知識熟練運用到工程實踐環節中，導致理論與實踐嚴重脫節。根本原因在於缺乏機械設計和精度設計等實踐環節訓練，缺失工程設計的創新實踐能力。如何提高該門課程的教學效果和質量，培養學生具備理論聯絡實際能力和創新實踐能力，是目前需要迫切解決的問題[1-3]。
針對“精密機械學基礎課程”目前教學模式普遍存在的問題，提出以學生為主體，把“理論-實驗-實踐-設計”四個教學環節集於一體，即四位一體創新教學模式研究，把課堂理論教學與工程實踐結合，提高學生工程設計的創新實踐能力。該教學模式可應用到國內高等工科院校機械原理、機械設計類課程理論教學和實踐教學的改革中[4-5]。
一、建設思路
為提高“精密機械學基礎”系列課程的教學效果，提出“理論-實驗-實踐-設計”四位一體創新教學模式；“理論”指機械設計理論；“實驗”指機械設計創新實驗；“實踐”指大作業訓練等實踐環節；“設計”指精密機械學基礎課程設計。本文研究內容包括：（1）“精密機械學基礎”課程教學方法研究；（2）創新實驗教學研究，搭建創新實驗平臺，增設創新性、驗證性實驗；（3）在授課過程中強化實踐環節訓練——即機械設計大作業訓練，提高學生理論與實踐結合能力；（4）“精密機械學基礎課程設計”創新教學方法研究，改革課程設計題目和教學模式，提高學生創新能力和工程實踐能力。
（一）“精密機械學基礎”課程教學方法研究
1.“啟發式”教學和“精講多練”的授課方法採用“精講多練”和“啟發式”教學，教學過程中認真設計教學內容，力求使教學呈現出“學多於教”的局面。採用CAI課件和黑板板書相結合方式授課，教學的最終目的是使學生能夠熟練掌握所學的機械設計內容並能應用到生產實踐中。
“精密機械學基礎”課程的授課物件為本科大二的學生，機械底子薄弱（僅在大一時學過“工程圖學”），對機械的興趣普遍不高。若採用傳統的教學方法，即教師採用灌輸式的講課方式，缺少啟發和引導，不給學生留有充分的思考餘地；或只注重知識的傳授和記憶，忽略學生對知識的深入理解和掌握，缺乏對學生創造性思維方式的培養與訓練等，這樣就達不到預期的教學效果。採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，但不能把課程內容逐一羅列，而應教學生掌握內容的實質和特點。“多練”，一方面透過練習來加深對課程內容的理解，另一方面要把所學知識和生產、生活實際聯絡起來，透過書本上所學的知識來解決工程實際問題。endprint
為了使學生具備精密機械系統分析和設計的能力，在教學過程中一定要做到理論聯絡實際，從實際中提出問題，並能用書本上的基本理論解決問題。比如在講解聯接和機械傳動知識點時，以中國航空航天領域尖端核心技術神舟飛船與天宮一號對接技術為例，該技術用到本課程所講授的聯接（螺紋連線，鍵連線，銷釘連線）和機械傳動（帶傳動、絲槓傳動、齒輪傳動）等等，提高學生學習興趣。透過形象的工程例項闡明問題，讓學生參與進來，共同學習、討論，從而提高的學生的學習興趣和積極性，培養了學生的創造性思維能力。
2.多種方法結合授課“精密機械學基礎”課程的知識體系多、公式多、圖表多、機械結構多、資訊量大；授課物件（大二本科生）的機械知識少，對機械結構缺乏感性認識。為適應課時越來越少，課程內容越來越多和越來越新的要求，提高課程教學質量和學習效率，使學生在較少的時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手段——CAI課件，增加機構動畫，將一些複雜的精密機械結構的基本原理、構成和設計特點比較直觀生動地展示給學生，提高學生的感性認識。授課時將多媒體PPT、掛圖、實物模型、黑板、粉筆有機地融合，採用Powerpoint軟體+圖片+AVI動畫檔案+影片相結合方式，動畫播放緊密結合學生的聽課思路，緊扣教學內容，逐步播放PPT內容，形象生動，能夠提高學生注意力和聽課效果。多媒體技術已經逐步使教師擺脫粉筆加黑板的傳統教學方式，將精力集中在搞好課堂教學、解答學生問題、培養學生創新實踐能力上。
3.實行累加式考試方法改革“精密機械學基礎”課程改革考試方法，不以一張考卷定成績。考試採用累加式考試，注重對學生實際能力的考核與評價，注重過程監控、過程管理，引導學生提高自主學習能力和探索精神。平時成績累加式，敦促學生學好每一個環節內容，掌握好基礎，強化基本功。出題與工程實際相聯絡，與新科技相聯絡，考查學生的綜合能力。累加式考試方法充分調動了學生學習的積極性和主動性，切實提高學生的實際能力，提升教育教學質量。課程累加式考試包括三部分內容：
（1）大作業和實驗成績20分為了適應教學改革，提高教學質量，把理論知識和科學實踐結合起來，必須注重實踐環節的訓練。精密機械學基礎課程結合工程實際題目佈置學生精密機械設計大作業訓練；實驗環節訓練是增加學生動手能力和創新能力的一個重要環節。針對課程需求，實驗室開設多項綜合性、設計性實驗，緊扣教學大綱要求。
（2）平時作業、報告和出勤成績10分。
（3）期末成績70分。
（二）創新實驗教學研究——開設綜合性和設計性創新實驗
實驗教學是培養學生綜合設計與創新能力的重要途徑，綜合性的實驗對於培養學生綜合運用各學科的理論知識、現代分析技術和解決工程實踐中實際問題的能力，對充分發揮學生的主觀能動性，培養學生綜合素質和創新能力有著理論教學不可替代的重要作用。如何利用啟發性、綜合性及實踐性強的實驗教學來完善課堂教學的.效果，是本文所要解決的重要問題。
將傳統的驗證性實驗向綜合性、設計性創新實驗轉變，增加“精密機械學基礎”課程創新實驗教學專案：開設光機電一體化實訓系統實驗，該實驗可使學生掌握常見機構（杆機構、齒輪機構、間歇運動機構、帶傳動、鏈傳動等）工作原理和設計方法；開設柔性鉸鏈微動工作臺實驗，使學生掌握彈性支承和彈性導軌工作原理和設計方法；在三座標測量機上開設精度綜合測量實驗：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；典型零件的精度設計實驗（普通螺紋精度、齒輪精度等）。並鼓勵學生進行機械創新設計實驗：給出工程實際題目，進行零件大作業結構設計，加工零件（在機床或數控銑床上），對所設計零件進行精度測量並檢驗（三座標測量機上完成），實現機械設計、機械加工和精度檢測一體化訓練。
（三）強化實踐環節——大作業訓練
講授精密機械設計內容時，注重學生的機械設計能力的培養，即課程大作業的訓練。“精密機械學基礎”課程下冊的重點是精密機械設計能力的培養，偏重大作業的訓練，其中包括“光學部件聯接”大作業、“軸”零件圖和“減速器”部件圖大作業、“探照燈”大作業、齒輪精度設計大作業等練習，透過大作業的訓練把課本內容和實際工程訓練結合起來，可以提高學生機械設計能力。
（四）改革“精密機械學基礎”課程設計
課程設計是對“精密機械學基礎”課程學習成果的最好檢驗方法，它考查了學生的理論聯絡實際的能力、工程設計能力和創新能力。對授課教師而言，學生的設計複雜多樣，對教師指導水平要求很高。在設計過程中提倡獨立思考的學習精神和嚴肅認真、有錯必改使設計精益求精的工作態度。
結合精密機械學基礎系列課程的授課內容，對課程設計教學模式進行創新，採取“多個設計題目選擇——分組設計——分組討論——分階段檢查——多環節累加評分”的教學模式，極大地調動了學生的設計積極性，激發學生的創新設計熱情。
為提高學生的創新能力和工程實踐能力，精密機械學基礎課程設計在原有給定任務（題目）、查資料、定原理（方案）、理論設計（定引數）、結構設計（畫總裝圖和零部件圖）和撰寫說明書（論文）等環節基礎上，增加機械加工和精度檢測一體化訓練。
學生可選擇所設計的典型零件在車床或數控銑床上加工實物，提高學生對機械製造過程的認識，熟悉加工工藝要求。並在三座標測量機、表面粗糙度儀、影像測量儀等精度檢測裝置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計要求，同時學習先進精度檢測技術和儀器使用方法，強化創新實踐教學環節，完成設計、加工和測量一體化訓練，提高學生分析問題和解決問題的能力及創新實踐訓練。
二、結束語
為了緊密圍繞研究型大學的人才培養目標，根據哈爾濱工業大學“十三五”本科教育教學發展規劃綱要提出的“厚基礎、強實踐、嚴過程、求創新”的人才培養特色，堅持以人為本、立德樹人，以質量為核心，以改革促發展、以特色求卓越的教學理念。基於四位一體“精密機械學基礎"課程創新教學模式研究從“理論-實驗-實踐-設計”四方面入手，進行理論教學創新、實驗教學創新、強化大作業訓練和改革課程設計，培養學生的自主學習能力和工程實踐能力，獲得的成果經驗可惠及全國高校機械原理和機械設計系列課程。
參考文獻
[1]吳鳴，熊光晶.以工程能力培養為導向的工程教育改革研究[J].理工高教研究.2010，（3）：54-58.
[2]曾紅，李衛民，李鐵軍.機械工程實驗教學的改革與實踐.遼寧工業大學學報（社會科學版）.2008，20（5）：105-107.
[3]馬惠萍，蔣秀珍，劉永猛，張曉光.機械學基礎課程設計創新實踐教學的研究.哈爾濱工業大學學報（社會科學版）.2013.12，（增2）：150-152.
[4]趙東海，景劍峰.“教—學—研—讀四位一體”人才培養模式的探索與實踐.中國大學教學，2015，（2）：16-20.
[5]嚴樂，米潔.基於CDIO理念的機械基礎課程培養模式研究.中國電力教育，2013，（25）：97-98.
作者簡介：
馬惠萍，1974，女，回族，哈爾濱工業大學電氣工程及自動化學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標準和公差建模技術研究；光纖檢測技術研究；通訊地址：哈爾濱工業大學310信箱，黑龍江省哈爾濱市150001；
劉穎，1976，女，漢族，哈爾濱工業大學電氣工程及自動化學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，哈爾濱工業大學電氣工程及自動化學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）