基于四位一体精密机械学基础课程创新教学模式研究论文
【摘要】为提高“精密机械学基础”系列课程的教学效果，提出“理论-实验-实践-设计”四位一体创新教学模式。包括“精密机械学基础”课程教学方法研究；创新实践教学研究；强化大作業训练等实践环节；改革“精密机械学基础”课程设计。解决学生理论与实践脱节的问题，提高学生工程设计能力和创新实践能力。获得的成果经验可向全国高校相关机械设计类课程推广。
关键词：四位一体；精密机械学基础；创新教学
【基金项目】本文为黑龙江省教育科学十二五规划课题“精密机械学基础课程四位一体创新教学模式研究”（项目编号：GJC1215023）的阶段性研究成果。
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
【中图分类号】G712 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）14-0012-02
“精密机械学基础”系列课程是一门改革后形成的新体系课程，内容含机械原理、机械设计、公差、理论力学、材料力学、仪器仪表，是哈尔滨工业大学非机类专业的一门机械类骨干课程。目前该课程总学时104（其中授课90学时，实验14学时）。在课程体系改革中，淡化了各门课程的独立地位，找出了它们的内在联系和衔接点，剔除重复性环节，把六门课程整合成一门课程，增强了课程体系的系统性，满足目前国内高等院校教学改革的要求，显示了课程设置的合理与先进。
但课程目前存在一些普遍性的问题：如“精密机械学基础”课程课堂理论教学结束时达不到预期教学效果，学生在进行“精密机械学基础课程”设计、本科毕业设计时，不能将所学精密机械设计理论知识熟练运用到工程实践环节中，导致理论与实践严重脱节。根本原因在于缺乏机械设计和精度设计等实践环节训练，缺失工程设计的创新实践能力。如何提高该门课程的教学效果和质量，培养学生具备理论联系实际能力和创新实践能力，是目前需要迫切解决的问题[1-3]。
针对“精密机械学基础课程”目前教学模式普遍存在的问题，提出以学生为主体，把“理论-实验-实践-设计”四个教学环节集于一体，即四位一体创新教学模式研究，把课堂理论教学与工程实践结合，提高学生工程设计的创新实践能力。该教学模式可应用到国内高等工科院校机械原理、机械设计类课程理论教学和实践教学的改革中[4-5]。
一、建设思路
为提高“精密机械学基础”系列课程的教学效果，提出“理论-实验-实践-设计”四位一体创新教学模式；“理论”指机械设计理论；“实验”指机械设计创新实验；“实践”指大作业训练等实践环节；“设计”指精密机械学基础课程设计。本文研究内容包括：（1）“精密机械学基础”课程教学方法研究；（2）创新实验教学研究，搭建创新实验平台，增设创新性、验证性实验；（3）在授课过程中强化实践环节训练——即机械设计大作业训练，提高学生理论与实践结合能力；（4）“精密机械学基础课程设计”创新教学方法研究，改革课程设计题目和教学模式，提高学生创新能力和工程实践能力。
（一）“精密机械学基础”课程教学方法研究
1.“启发式”教学和“精讲多练”的授课方法采用“精讲多练”和“启发式”教学，教学过程中认真设计教学内容，力求使教学呈现出“学多于教”的局面。采用CAI课件和黑板板书相结合方式授课，教学的最终目的是使学生能够熟练掌握所学的机械设计内容并能应用到生产实践中。
“精密机械学基础”课程的授课对象为本科大二的学生，机械底子薄弱（仅在大一时学过“工程图学”），对机械的兴趣普遍不高。若采用传统的教学方法，即教师采用灌输式的讲课方式，缺少启发和引导，不给学生留有充分的思考余地；或只注重知识的传授和记忆，忽略学生对知识的深入理解和掌握，缺乏对学生创造性思维方式的培养与训练等，这样就达不到预期的教学效果。采用精讲多练的授课方法，“精讲”就是把课程的重点、难点讲解清楚和透彻，但不能把课程内容逐一罗列，而应教学生掌握内容的实质和特点。“多练”，一方面通过练习来加深对课程内容的理解，另一方面要把所学知识和生产、生活实际联系起来，通过书本上所学的知识来解决工程实际问题。endprint
为了使学生具备精密机械系统分析和设计的能力，在教学过程中一定要做到理论联系实际，从实际中提出问题，并能用书本上的基本理论解决问题。比如在讲解联接和机械传动知识点时，以中国航空航天领域尖端核心技术神舟飞船与天宫一号对接技术为例，该技术用到本课程所讲授的联接（螺纹连接，键连接，销钉连接）和机械传动（带传动、丝杠传动、齿轮传动）等等，提高学生学习兴趣。通过形象的工程实例阐明问题，让学生参与进来，共同学习、讨论，从而提高的学生的学习兴趣和积极性，培养了学生的创造性思维能力。
2.多种方法结合授课“精密机械学基础”课程的知识体系多、公式多、图表多、机械结构多、信息量大；授课对象（大二本科生）的机械知识少，对机械结构缺乏感性认识。为适应课时越来越少，课程内容越来越多和越来越新的要求，提高课程教学质量和学习效率，使学生在较少的时间内能够获得更多的知识量，增加对机械结构的感性认识，必须充分利用多媒体教学手段——CAI课件，增加机构动画，将一些复杂的精密机械结构的基本原理、构成和设计特点比较直观生动地展示给学生，提高学生的感性认识。授课时将多媒体PPT、挂图、实物模型、黑板、粉笔有机地融合，采用Powerpoint软件+图片+AVI动画文件+视频相结合方式，动画播放紧密结合学生的听课思路，紧扣教学内容，逐步播放PPT内容，形象生动，能够提高学生注意力和听课效果。多媒体技术已经逐步使教师摆脱粉笔加黑板的传统教学方式，将精力集中在搞好课堂教学、解答学生问题、培养学生创新实践能力上。
3.实行累加式考试方法改革“精密机械学基础”课程改革考试方法，不以一张考卷定成绩。考试采用累加式考试，注重对学生实际能力的考核与评价，注重过程监控、过程管理，引导学生提高自主学习能力和探索精神。平时成绩累加式，敦促学生學好每一个环节内容，掌握好基础，强化基本功。出题与工程实际相联系，与新科技相联系，考查学生的综合能力。累加式考试方法充分调动了学生学习的积极性和主动性，切实提高学生的实际能力，提升教育教学质量。课程累加式考试包括三部分内容：
（1）大作业和实验成绩20分为了适应教学改革，提高教学质量，把理论知识和科学实践结合起来，必须注重实践环节的训练。精密机械学基础课程结合工程实际题目布置学生精密机械设计大作业训练；实验环节训练是增加学生动手能力和创新能力的一个重要环节。针对课程需求，实验室开设多项综合性、设计性实验，紧扣教学大纲要求。
（2）平时作业、报告和出勤成绩10分。
（3）期末成绩70分。
（二）创新实验教学研究——开设综合性和设计性创新实验
实验教学是培养学生综合设计与创新能力的重要途径，综合性的实验对于培养学生综合运用各学科的理论知识、现代分析技术和解决工程实践中实际问题的能力，对充分发挥学生的主观能动性，培养学生综合素质和创新能力有着理论教学不可替代的重要作用。如何利用启发性、综合性及实践性强的实验教学来完善课堂教学的.效果，是本文所要解决的重要问题。
将传统的验证性实验向综合性、设计性创新实验转变，增加“精密机械学基础”课程创新实验教学项目：开设光机电一体化实训系统实验，该实验可使学生掌握常见机构（杆机构、齿轮机构、间歇运动机构、带传动、链传动等）工作原理和设计方法；开设柔性铰链微动工作台实验，使学生掌握弹性支承和弹性导轨工作原理和设计方法；在三坐标测量机上开设精度综合测量实验：精密零件尺寸精度检测实验；零件几何误差及检测实验（包括平面度、圆柱度、圆跳动、全跳动等最新检测方法）；表面粗糙度测量实验；典型零件的精度设计实验（普通螺纹精度、齿轮精度等）。并鼓励学生进行机械创新设计实验：给出工程实际题目，进行零件大作业结构设计，加工零件（在机床或数控铣床上），对所设计零件进行精度测量并检验（三坐标测量机上完成），实现机械设计、机械加工和精度检测一体化训练。
（三）强化实践环节——大作业训练
讲授精密机械设计内容时，注重学生的机械设计能力的培养，即课程大作业的训练。“精密机械学基础”课程下册的重点是精密机械设计能力的培养，偏重大作业的训练，其中包括“光学部件联接”大作业、“轴”零件图和“减速器”部件图大作业、“探照灯”大作业、齿轮精度设计大作业等练习，通过大作业的训练把课本内容和实际工程训练结合起来，可以提高学生机械设计能力。
（四）改革“精密机械学基础”课程设计
课程设计是对“精密机械学基础”课程学习成果的最好检验方法，它考查了学生的理论联系实际的能力、工程设计能力和创新能力。对授课教师而言，学生的设计复杂多样，对教师指导水平要求很高。在设计过程中提倡独立思考的学习精神和严肃认真、有错必改使设计精益求精的工作态度。
结合精密机械学基础系列课程的授课内容，对课程设计教学模式进行创新，采取“多个设计题目选择——分组设计——分组讨论——分阶段检查——多环节累加评分”的教学模式，极大地调动了学生的设计积极性，激发学生的创新设计热情。
为提高学生的创新能力和工程实践能力，精密机械学基础课程设计在原有给定任务（题目）、查资料、定原理（方案）、理论设计（定参数）、结构设计（画总装图和零部件图）和撰写说明书（论文）等环节基础上，增加机械加工和精度检测一体化训练。
学生可选择所设计的典型零件在车床或数控铣床上加工实物，提高学生对机械制造过程的认识，熟悉加工工艺要求。并在三坐标测量机、表面粗糙度仪、影像测量仪等精度检测设备上对所加工的零件进行精度测量（尺寸精度、几何精度和表面微观轮廓精度），使其符合机械精度设计要求，同时学习先进精度检测技术和仪器使用方法，强化创新实践教学环节，完成设计、加工和测量一体化训练，提高学生分析问题和解决问题的能力及创新实践训练。
二、结束语
为了紧密围绕研究型大学的人才培养目标，根据哈尔滨工业大学“十三五”本科教育教学发展规划纲要提出的“厚基础、强实践、严过程、求创新”的人才培养特色，坚持以人为本、立德树人，以质量为核心，以改革促发展、以特色求卓越的教学理念。基于四位一体“精密机械学基础"课程创新教学模式研究从“理论-实验-实践-设计”四方面入手，进行理论教学创新、实验教学创新、强化大作业训练和改革课程设计，培养学生的自主学习能力和工程实践能力，获得的成果经验可惠及全国高校机械原理和机械设计系列课程。
参考文献
[1]吴鸣，熊光晶.以工程能力培养为导向的工程教育改革研究[J].理工高教研究.2010，（3）：54-58.
[2]曾红，李卫民，李铁军.机械工程实验教学的改革与实践.辽宁工业大学学报（社会科学版）.2008，20（5）：105-107.
[3]马惠萍，蒋秀珍，刘永猛，张晓光.机械学基础课程设计创新实践教学的研究.哈尔滨工业大学学报（社会科学版）.2013.12，（增2）：150-152.
[4]赵东海，景剑峰.“教—学—研—读四位一体”人才培养模式的探索与实践.中国大学教学，2015，（2）：16-20.
[5]严乐，米洁.基于CDIO理念的机械基础课程培养模式研究.中国电力教育，2013，（25）：97-98.
作者简介：
马惠萍，1974，女，回族，哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院自动化测试与控制系教师，副教授，博士；研究方向：新一代GPS标准和公差建模技术研究；光纤检测技术研究；通信地址：哈尔滨工业大学310信箱，黑龙江省哈尔滨市150001；
刘颖，1976，女，汉族，哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院自动化测试与控制系教师，助理研究员。硕士研究生。（黑龙江省哈尔滨市150001）
郭玉波，1974，男，汉族，哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院自动化测试与控制系教师，讲师。博士。（黑龙江省哈尔滨市150001）
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