中外合作班机械精度设计与检测课程初探
中外合作班机械精度设计与检测课程初探
中外合作班机械精度设计与检测课程初探
顾苏怡 陶亦亦 陆春元
笔者所在学校机电系与澳大利亚启思蒙学院建立了合作关系，成立了机电一体化中外合作班，学生毕业后获得本校毕业证书以及澳大利亚政府承认的资格证书。而资格认可标准——培训包，由澳大利亚政府颁布，是一整套国家认可的能力标准、评估指导方针，是为特定的工业、工业部门或企事业单位制定的一系列资格证书。每一个培训包都为培训、认证和评估学生的技巧提供一系列内容，使得学生通过直接的评估或者工作场所表现出的能力获得国家承认的资格。培训包是由工业技能委员会或者企业根据特定工业和工业分支部门确认的培训需要制定的，为了使培训包得到全国的认可，制定者必须提供在工业领域及企业进行广泛研究、专家咨询及获得支持的证据。
按照培训包的要求，为获得澳大利亚政府承认的资格证书，该中外合作班在专业设置、培养目标、课程结构、能力标准、教学模式等方面，都有新的要求和内容。笔者承担了该班的机械精度设计与检测课程，开展了初步探索。
一、教学大纲
1.定位与课程目标
按照培训包要求，机械产品精度设计课程的定位是：培养具有扎实的互换性理论基础知识，理解常用零部件的几何精度设计原则与方法，在机电产品精度设计中能够灵活运用所学知识，具备精度测量基本技能，具有一定的开拓创新精神、良好的社会适应能力和团结协作精神的应用型机械工程人才。
本课程具有学科交叉性强、实践性强、综合应用性强的特点。课程旨在使学生掌握互换性生产原则、公差的规律及标准选用、圆柱结合的精度设计原则及检测技术、零件的形位公差标准及其选用原则、检测技术等相关知识和技能，理解常用零部件的几何精度设计原则与方法，并灵活运用于机电产品设计中。
由于培训包是在工业领域及企业进行广泛研究、咨询行业专家并获得支持后得到的，所以该课程目标必须反映行业需求。课程教学应注重培养学生理论联系实际、关联相关课程知识的能力，让学生熟悉相关学科最新研究成果，具有一定的科技创新意识和能力，为今后解决实际工程问题、开展科学研究及应用奠定坚实的基础。
2.先修与后续课程
本课程是机电一体化专业中必修的主干技术基础课程，在机械工程专业课程体系中起着承上启下的作用。该课程是联系基础课及其他技术基础课与专业课的桥梁，是联系机械设计类课程与制造工艺类课程的纽带，与许多课程诸如机械制图、机械工程材料、机械设计、机械制造基础等有着密切关系。学生在学习本课程之前，应具有识图和制图能力，懂得机械的一般机构原理，掌握机械制造的初步知识。因此，必须将本课程安排在机械制图、机械制造基础、机械设计等课程和教学环节之后。课程的测量技术基础部分涉及到概率的有关知识，因此工程数学也是本课程的先修课。
通过本课程的学习，可以提升学生对理论知识的综合运用能力，使学生掌握公差标准、表面粗糙度的选用原则，并能进行精度设计。将该门课程的内容融入到机械设计课程中，可让学生在设计机器零件的过程中，理论联系实际，真正理解课程的基本概念、理论、原理和方法；能够根据需要，合理地提出零件的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度，为后续的机械制造工艺学等制造课程的学习，以及课程设计、综合实训、毕业设计打下基础。
3.课程的重点（即能力单元）以及解决方法
根据培训包要求，每个能力单元确认了一个分离的工作场合要求，包括了除语言、文字、计算能力之外的作为能力基础的知识和技能，以及职业健康和安全要求。能力单元必须和教学以及评估一致，以保证结果的一致性。本课程的能力单元包含以下部分：
（1）孔、轴尺寸精度标准及配合的选用，孔、轴公差与配合的正确标注；
（2）形位公差标准、公差带的特点以及公差原则，零件形位公差的选择、正确标注；
（3）表面粗糙度的标准、选用及标注；
（4）精度设计原则与方法在光滑极限量规、滚动轴承、键和花键、螺纹、圆柱齿轮中的具体应用；
（5）常用精密测量仪器的应用。
根据培训包要求，以上内容需在教学中利用各种教学途径加以解决，具体方法如下：
一是通过来源于工程的实例，讲清精度设计的原则；
二是多种教学手段并用，利用多媒体教学真实感强的特点，进行多彩多维的形象描述与展示，讲清形状公差带和位置公差带的形状、尺寸公差与位置公差间的关系，使学生能够正确理解形位公差与公差原则；
三是通过课内实验、开放性实验，充分激发学生的自主性、积极性，使某些重点难点问题在实际操作、科技创新的过程中得到有效解决。
4.教学内容
本课程包括理论教学、实验教学两部分，其中理论教学32学时，实验教学（包括课内基础及综合实验）16学时。另外，作为本课程的重要补充，增加一周三坐标测量仪的实训，作为开放性实验环节。
（1）基本理论及基础国标，23学时。内容包括极限与配合、形位公差、微观表面质量基本理论、相关国家标准及标准选择原则和方法，测量器具的原理与测量方法。
（2）精度设计原则与方法应用，9学时。内容包括精度设计原则与方法在光滑极限量规中的具体应用。
（3）实践部分，包含随课实验16学时、一周三坐标测量实训24课时以及毕业实训和毕业设计。
以上内容课时的分配，均与培训包的能力单元一一对应。
二、教材和教学参考资料
1.选用教材
教材是教学目标实现的主要载体， 选择优秀教材是课程教学质量的基本保证。为适应中外合作班的人才培养要求，本着“强调基础、注重能力、突出应用”的原则，根据培训包能力单元要求自编教材。在自编教材的过程中，注重理论与实践的结合，反映学科最新发展水平，采用国家最新标准，语言深入浅出、简明扼要，内容少而精，重点突出，又具有良好的系统性、完整性，而且注意了与先修课程、后续课程相关内容的衔接。
另外，为配合教学、扩大学生的知识面，教师向学生及学校图书馆推荐了多种教学参考书籍。为了促进学生的研究性学习和自主学习，了解学科最新发展状况，教师注重在教学过程中向学生介绍与教学内容密切相关的最新国家标准。
2.配套的实验教材
培训包的教学，尤其注重实践环节，强调在工作现场解决实际问题，完成某个具体的工作任务。完备的实验教材为此提供了有力的支撑。笔者学校选择了一些综合性强、设计性强、工程背景较强的实验进行重新设计，自编《机械产品精度设计测量实训指导讲义》，由学校教材科负责印制。自编讲义将课程实验内容分为基础实验和开放式综合实验两部分，基础实验包含传统的实验教学内容，意在强化学生对基础知识的掌握；在综合实验模块中，将机械产品精度设计与技术测量的相关教学内容以及关联课程的内容结合起来，建立综合实验平台，意在培养学生综合应用知识的能力。自编讲义将理论教学与实验室装备紧密结合起来，具有很强的针对性和实用性。
三、教学方法
教学方法的多样性，是澳大利亚职业教育的一大特点，中外合作班的教学也秉承了这一特点，具体表现为以下三个方面。
1.注重职业能力培养，改革实验教学
突出能力本位，以培养学生实际测量操作能力、实验数据处理能力和对国家公差标准的实际应用能力为目标，打造实验室实习、企业岗位实习相互衔接的特色实践教学体系。通过安排学生去专业设计制造检具的企业实训、在毕业设计中进行精度设计等环节，达到学习与实际应用及开发环境的完全接轨。
2.应用现代化教学技术手段
在教学过程中，笔者对单一的讲授式教学法进行了改革和创新。在课堂教学中，较多地利用了多媒体教学设备和课件，加大了授课信息量，精简了课时，提高了教学的直观性、趣味性。这样，知识更为直观地展现在学生面前，学生更易接受。沿袭澳大利亚相对宽松的课堂环境，采用启发式、小组讨论式、演讲式、3～5分钟小测试等多种教学方式，实现教师与学生的双向互动，引导学生主动思考，培养学生的质疑精神。
3.遵循多科目融合的教学规律
本课程涉及产品的设计、制造、检测、质量控制等诸多方面。在生产实际中，机电产品能否满足功能要求，能否在保证产品质量的前提下实现低成本生产制造，这对产品零部件的精度制造起着举足轻重的作用。正确合理的精度应用是企业获得最佳技术经济效益、增强市场竞争能力的关键所在。因此，在教学内容的安排上，应注重机械类各门课程知识的融入，培养学生的实际动手能力。笔者讲授的课程还有机械制造基础和三坐标测量仪实训，因此笔者经常将这些课程相互联系起来，使学生对整个零件的设计、制造、检测过程有明确的认识和总体的把握。
四、考核评估方法
培训包对每个能力单元所需要达到的知识和技能标准都有详细的说明，对于要求提供的证据材料也逐一进行了描述。评估可以在课堂上、实验中进行，或者在实训、工作模拟等场合进行。比如教师在学生课堂讨论时进行直接观察或者借助于摄像机、照相机进行间接观察，观察学生在参与讨论、团队合作中的表现。也可将学生分组，对每组中个别学生进行面对面的交流评估，以检验其知识掌握的程度。实训中可借助具体的任务进行评估，比如让学生测量指定零件的某个几何量，并对测量结果进行表达，或者已知某个零件的具体要求，请学生提出其尺寸精度、形位精度和表面质量要求，这就是通过设置任务来检验学生的设计能力和解决实际问题的能力。还可开展学生的自我评估，采用问卷调查等方式进行评估等。总的来说，应灵活运用各种评估方法，对学生的技能、知识、解决问题的能力、价值观和态度等各个方面进行综合评估，以保证考核评估结果公正、真实、有效。
如何将中国已有的职业教育经验与澳大利亚多年来以行业为主导的职业教育特点相结合，将我国的职业教育办得更有特色，使学生更能适应职业发展需要，是一个长期而艰巨的任务，必须在不断的实践探索中积累经验，反思创新，才能实现职业教育新的突破。
（作者单位：苏州市职业大学）