鄧克,高文斌,劉濤
(安徽工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,安徽 馬鞍山 243002)
“互換性測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)”是機(jī)械類(lèi)及近機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課,是和機(jī)械工業(yè)緊密聯(lián)系的基礎(chǔ)學(xué)科。課程教授內(nèi)容主要包含幾何量公差參數(shù)和誤差檢測(cè)兩方面,包括互換性簡(jiǎn)介、標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)先數(shù)系、光滑圓柱體結(jié)合的互換性及檢測(cè)、測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)、光滑極限量規(guī)設(shè)計(jì)、幾何公差及檢測(cè)、表面粗糙度及檢測(cè)、滾動(dòng)軸承互換性、鍵和花鍵互換性及檢測(cè)、普通螺紋結(jié)合互換性及檢測(cè)、漸開(kāi)線圓柱齒輪傳動(dòng)互換性及檢測(cè)等。教學(xué)內(nèi)容來(lái)源于相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),教學(xué)目的是宣傳和貫徹國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),掌握有關(guān)互換性的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、常用零(部)件的精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)。課程是從事機(jī)電類(lèi)各崗位工作人員必備的知識(shí)與技能,是聯(lián)系基礎(chǔ)課與實(shí)踐教學(xué)、專(zhuān)業(yè)課的紐帶[1]。
“互換性測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)”課程具有以下特點(diǎn):標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目多,包括相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、各公差偏差標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等;符號(hào)代號(hào)多,包括各種極限與配合代號(hào)、形位公差符號(hào)、表面粗糙度符號(hào)等;抽象概念多,如極限與配合、公差原則、誤差相關(guān)概念等;名詞術(shù)語(yǔ)多,如各種尺寸術(shù)語(yǔ)、要素術(shù)語(yǔ)、測(cè)量技術(shù)術(shù)語(yǔ)等;知識(shí)點(diǎn)抽象且實(shí)踐性強(qiáng),例如在采用包容要求時(shí)尺寸公差與幾何公差的相互關(guān)系、特點(diǎn)和應(yīng)用;涉及知識(shí)面廣,課程內(nèi)容還涉及到“機(jī)械制圖”中的圖樣表達(dá)和標(biāo)注、“機(jī)械設(shè)計(jì)”中的典型機(jī)械零件基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用、“機(jī)械原理”中的機(jī)械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)等。這些特點(diǎn)決定了“互換性測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)必須不斷探究、采用與課程特點(diǎn)相適應(yīng)的教學(xué)方式和手段,才能對(duì)癥下藥地掃除那些與教學(xué)不適應(yīng)的攔路石,事半功倍地達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。
案例式教學(xué)最早來(lái)自于結(jié)合具體場(chǎng)合情形景象的課程教學(xué),目前已成為極具效果、應(yīng)用廣泛的教育培訓(xùn)方法。其通過(guò)設(shè)置直觀形象的特定場(chǎng)合和情境,使課程中的隱性知識(shí)顯性化,將顯性知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閭€(gè)體的內(nèi)在認(rèn)知,促進(jìn)課程知識(shí)與內(nèi)在認(rèn)知的相互結(jié)合與轉(zhuǎn)化。
案例式教學(xué)是通過(guò)教師精心策劃與指導(dǎo),根據(jù)教學(xué)目的設(shè)計(jì)典型案例,運(yùn)用案例講授知識(shí),并調(diào)動(dòng)學(xué)生參與到案例分析、討論與實(shí)踐中,提高其分析和解決具體工程問(wèn)題的能力,培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際能力、主動(dòng)學(xué)習(xí)方法、溝通能力、創(chuàng)新思維和合作精神[2]。案例式教學(xué)需要根據(jù)各個(gè)專(zhuān)業(yè)及課程的特點(diǎn),結(jié)合每章節(jié)的教學(xué)計(jì)劃、具體內(nèi)容和相關(guān)教學(xué)要求,選擇合適的案例,將專(zhuān)業(yè)知識(shí)內(nèi)容和應(yīng)用體現(xiàn)在所選案例內(nèi),并采用教師與學(xué)員互動(dòng)的教學(xué)模式,簡(jiǎn)化授課方式、豐富授課內(nèi)容、加深學(xué)習(xí)印象,調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性,讓學(xué)生能夠理解和掌握相關(guān)教學(xué)內(nèi)容并學(xué)以致用。
案例式教學(xué)有如下優(yōu)點(diǎn)。
1)引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)和提升能力。
課堂所學(xué)知識(shí)不完全等同于能力,學(xué)生應(yīng)該將知識(shí)轉(zhuǎn)化為思考和應(yīng)用能力。如果學(xué)生只注重課本知識(shí)的學(xué)習(xí)而缺乏應(yīng)用和實(shí)踐能力的培養(yǎng),就會(huì)不利于自己將來(lái)職業(yè)和工作的發(fā)展,并且也對(duì)社會(huì)和國(guó)家的發(fā)展產(chǎn)生不良后果,影響創(chuàng)新性和可持續(xù)發(fā)展性,案例式教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)員的專(zhuān)業(yè)思維,鍛煉實(shí)踐能力,起到引導(dǎo)和強(qiáng)化的作用。學(xué)員通過(guò)縝密、審慎地思考,提出自己的思考結(jié)論,即案例問(wèn)題的解決方案,這是學(xué)生能力的提升過(guò)程。通過(guò)反復(fù)多次的案例練習(xí),學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力和應(yīng)用能力將獲得很大的提高,提升了學(xué)習(xí)效果和質(zhì)量。
2)加強(qiáng)師生雙向交流。
在案例教學(xué)中,學(xué)生首先是閱讀和了解案例,然后回憶或查閱案例中涉及的各種理論知識(shí),這實(shí)際上促進(jìn)了他們積極主動(dòng)的理解知識(shí),在獲得相關(guān)理論知識(shí)的支持之后,學(xué)生要表述自己的觀點(diǎn),這加強(qiáng)了學(xué)生和教師之間的交流。同時(shí),學(xué)生的回答要由老師引導(dǎo)、分析和總結(jié),這促使了老師根據(jù)學(xué)生的不同理解方向,多角度、廣縱深地思考,并將新的思考結(jié)論增加到教學(xué)內(nèi)容中。這種教學(xué)形式促進(jìn)了師生之間的雙向交流,學(xué)生向教師提出了自己的見(jiàn)解和疑惑,教師也對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀和掌握情況有了更清晰的了解,便于調(diào)整教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng),課程教學(xué)中共同獲益。
3)激發(fā)學(xué)生思考的主動(dòng)性和獨(dú)立性。
在案例教學(xué)中,由于學(xué)生需要自己思考、研判和論證方案,每個(gè)案例參與者都要對(duì)自己和別人的方案思索和判定,使得學(xué)習(xí)內(nèi)容和過(guò)程由單一枯燥變?yōu)榫唧w生動(dòng),發(fā)表觀點(diǎn)這一環(huán)節(jié)的設(shè)定也給學(xué)生創(chuàng)造了適當(dāng)?shù)膲毫吞魬?zhàn),從內(nèi)部和外部?jī)煞矫娑紝⒓ぐl(fā)學(xué)生思考的主動(dòng)性和獨(dú)立性。此外,案例教學(xué)后續(xù)的交流總結(jié)過(guò)程也非常有益,通過(guò)對(duì)案例的研討,教師學(xué)生共同相互學(xué)習(xí),學(xué)生主動(dòng)交流、互相激勵(lì),使得落后的學(xué)生產(chǎn)生上進(jìn)心,激發(fā)超越自我的內(nèi)在動(dòng)力,更為積極地思考案例,主動(dòng)地學(xué)習(xí)和應(yīng)用課程知識(shí)。
“互換性測(cè)量技術(shù)”課程的理論性和實(shí)踐性很強(qiáng),機(jī)械專(zhuān)業(yè)原教學(xué)模式和方法已不適應(yīng)高素質(zhì)應(yīng)用和“技術(shù)技能型”人才的培養(yǎng)要求,主要有以下表現(xiàn)。
1)傳統(tǒng)教學(xué)方法都是按教材知識(shí)邏輯講授課程內(nèi)容,以理論知識(shí)學(xué)習(xí)為主,沿用了本科院校“學(xué)術(shù)型”人才的培養(yǎng)模式,講述理論知識(shí)全面系統(tǒng),但與工程應(yīng)用的聯(lián)系和綜合應(yīng)用重視不足,不適應(yīng)培養(yǎng)目標(biāo)和課程應(yīng)用需要。
2)課程屬于純工科課程,概念符號(hào)多、理論內(nèi)容較多、專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng),又涉及機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)等課程知識(shí),整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程相對(duì)單調(diào)枯燥,且課時(shí)一般被壓縮為32學(xué)時(shí),學(xué)生如果理論基礎(chǔ)不夠扎實(shí)、學(xué)習(xí)能力一般,就會(huì)使得學(xué)習(xí)困難、學(xué)習(xí)效果不佳。
3)原教學(xué)方式主要采用老師在上面講、學(xué)生在下面聽(tīng)的灌輸式教學(xué),教學(xué)方法單一,缺少師生互動(dòng),致使學(xué)生缺少學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性,導(dǎo)致學(xué)生在課程學(xué)完后雖對(duì)互換性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有一定了解,但理解不到位,缺少深刻認(rèn)知,實(shí)踐應(yīng)用能力明顯欠缺[2]。
4)互換性教材基本都采用偏重于理論知識(shí)體系構(gòu)建及名詞術(shù)語(yǔ)解釋的傳統(tǒng)編寫(xiě)模式,編寫(xiě)模式缺乏創(chuàng)新性、偏重概念理論介紹,編寫(xiě)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系的緊密性和融合度不足,各章節(jié)也基本“自成一體,互不干涉”,對(duì)各知識(shí)點(diǎn)在工程中的關(guān)聯(lián)及綜合性應(yīng)用也缺少歸納和訓(xùn)練,不利于培養(yǎng)“中國(guó)制造2025”需求的技術(shù)人才。
為進(jìn)一步提升機(jī)械專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量,適應(yīng)新時(shí)代國(guó)家和社會(huì)對(duì)機(jī)械人才的專(zhuān)業(yè)能力要求,提升教學(xué)質(zhì)量和效果,就需進(jìn)行改革,在“互換性”課程教學(xué)中研究應(yīng)用案例式教學(xué),將理論教學(xué)中復(fù)雜難懂的抽象概念結(jié)合所選案例進(jìn)行講解,使相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)更易于理解和掌握,提高學(xué)員在工程中的應(yīng)用能力和綜合分析能力,為今后從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造及機(jī)加工工藝等工作打下良好基礎(chǔ)[3]。
1)適應(yīng)培養(yǎng)目標(biāo)和專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)。
教學(xué)中所選案例應(yīng)符合專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和課程培養(yǎng)目標(biāo),案例選擇的優(yōu)劣將對(duì)教學(xué)效果產(chǎn)生直接的影響。案例要選用與機(jī)械專(zhuān)業(yè)相關(guān)的案例,要能覆蓋課程主要知識(shí)點(diǎn),兼顧與別的課程的聯(lián)系,并對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)具有借鑒和參考作用。例如學(xué)習(xí)尺寸公差與配合時(shí),術(shù)語(yǔ)概念多、記憶理解困難,此時(shí)可選用實(shí)際的機(jī)械中孔軸配合零部件為案例,對(duì)應(yīng)介紹相關(guān)術(shù)語(yǔ)和概念,使學(xué)生在感性認(rèn)識(shí)實(shí)際的機(jī)械孔軸配合零部件、加強(qiáng)理論與實(shí)踐結(jié)合、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的同時(shí),對(duì)照工程圖案例學(xué)習(xí)梳理,更加易于理解,通過(guò)對(duì)案例的不斷歸納總結(jié)和練習(xí),掌握孔軸配合零件的尺寸精度設(shè)計(jì)方法。
2)選用專(zhuān)業(yè)典型案例。
案例教學(xué)是通過(guò)案例分析討論、總結(jié)評(píng)述進(jìn)行教學(xué),因而在選擇案例時(shí)應(yīng)精心選擇,選取適合的機(jī)械專(zhuān)業(yè)典型性案例,方能更有助于加深理解和掌握知識(shí)點(diǎn),更具有示范意義和普遍適用性。例如學(xué)習(xí)尺寸公差與配合時(shí),可以選取典型的工程中常用的減速器的孔軸配合件、夾具鉆具;學(xué)習(xí)幾何公差精度設(shè)計(jì)時(shí),可以選取滾動(dòng)軸承的精度設(shè)計(jì)案例;學(xué)習(xí)表面粗糙度時(shí),可以選取漸開(kāi)線圓柱齒輪的精度設(shè)計(jì)案例等。
3)引入工程和生產(chǎn)實(shí)際案例。
案例貼近生產(chǎn)工程實(shí)際,有利于提高對(duì)原本抽象枯燥概念的學(xué)習(xí)興趣,有助于學(xué)生學(xué)以致用,將所學(xué)課程知識(shí)應(yīng)用到以后的生產(chǎn)生活中,有助于學(xué)生加深對(duì)所學(xué)課程知識(shí)的理解和掌握,舉一反三、開(kāi)拓思維,提升學(xué)習(xí)獲得感和成就感,提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果[4]。例如在學(xué)習(xí)量塊知識(shí)時(shí),選用工程中常用的總塊數(shù)為83塊的一套量塊,學(xué)習(xí)如何組合量塊、構(gòu)成所需尺寸的方法;學(xué)習(xí)零件精度設(shè)計(jì)時(shí),選擇生產(chǎn)中經(jīng)常涉及到的減速器輸出軸、內(nèi)外螺紋聯(lián)接副、平鍵或花鍵聯(lián)接等精度設(shè)計(jì)案例。
教師根據(jù)教學(xué)案例設(shè)計(jì)重點(diǎn)討論內(nèi)容,通過(guò)分析案例的工程背景、設(shè)計(jì)要求和包含的精度知識(shí)點(diǎn),鼓勵(lì)學(xué)生深入剖析案例,應(yīng)用所學(xué)課程理論知識(shí)和設(shè)計(jì)原則,提出并討論各自不同見(jiàn)解,對(duì)各求解方案優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析討論,應(yīng)用理論和設(shè)計(jì)原則,最終解決問(wèn)題。案例的分析求解過(guò)程是在教師引導(dǎo)下,讓學(xué)生更加全面深入地理解案例知識(shí)點(diǎn),激發(fā)學(xué)員對(duì)知識(shí)的探索欲望,極大地調(diào)動(dòng)主動(dòng)性和積極性,培養(yǎng)了分析并解決問(wèn)題的能力。
例如圖1案例,減速器中有一傳動(dòng)軸與一零件孔采用鍵聯(lián)接,對(duì)該鍵聯(lián)接進(jìn)行精度設(shè)計(jì)。首先讓學(xué)生分析應(yīng)用場(chǎng)合,根據(jù)鍵在軸槽和輪轂槽中均固定、裝拆方便、對(duì)中性好等要求,軸和輪轂孔選用基孔制和過(guò)渡配合,根據(jù)國(guó)標(biāo)推薦優(yōu)先配合及精密定位配合的特征,軸和輪轂孔的配合公差帶選用H7/k6;由于該減速器承受載荷不大,確定選用平鍵和正常聯(lián)接配合,由軸徑?40 mm查平鍵標(biāo)準(zhǔn)尺寸表,選定鍵公稱(chēng)尺寸為12 mm×8 mm,得到軸槽寬度b的尺寸公差為N9,輪轂槽寬度b的尺寸公差為JS9,鍵槽深度基本尺寸及所有對(duì)應(yīng)極限偏差。
圖1 孔軸平鍵聯(lián)接精度設(shè)計(jì)
鍵聯(lián)接精度設(shè)計(jì)除了按上述過(guò)程設(shè)計(jì)尺寸公差以外,還要設(shè)計(jì)軸和輪轂孔的形狀或位置公差,選擇軸和輪轂孔的各處的表面粗糙度參數(shù)。為保證鍵易于裝配入鍵槽,鍵兩側(cè)的工作面能與鍵槽側(cè)面有足夠多的接觸面積,對(duì)軸上和輪轂上的鍵槽都規(guī)定對(duì)稱(chēng)度公差,被測(cè)要素是鍵寬b,基準(zhǔn)是軸心線,公差值按照GB/T 1184—1996“形狀和位置公差未注公差值”中對(duì)稱(chēng)度7~9級(jí)選取,由鍵寬12 mm、對(duì)稱(chēng)度公差等級(jí)7級(jí)確定對(duì)稱(chēng)度公差值為0.012 mm,最后根據(jù)國(guó)標(biāo)推薦,將鍵槽側(cè)面的表面粗糙度參數(shù)值取值為Ra3.2 μm,鍵槽底面的表面粗糙度參數(shù)值取值為Ra6.3 μm;將上述精度尺寸、參數(shù)標(biāo)注在零件圖中,完成此案例設(shè)計(jì)。
1)案例教學(xué)前準(zhǔn)備。
案例教學(xué)的教學(xué)準(zhǔn)備非常重要,除了按其專(zhuān)業(yè)認(rèn)真選取教學(xué)案例、擬訂案例教學(xué)計(jì)劃、問(wèn)題討論、求解方法以外,還要考慮到案例教學(xué)過(guò)程中可能會(huì)遇到的各種情況,做好預(yù)案準(zhǔn)備,預(yù)先準(zhǔn)備好與案例相關(guān)的資料、理論知識(shí)和應(yīng)對(duì)方法,這就要求教師要有豐富的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的儲(chǔ)備,并且要考慮周到,計(jì)劃周全,同時(shí)兼具豐富的課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)把握能力。
2)案例演示和討論。
案例教學(xué)時(shí)教師將所要研習(xí)案例通過(guò)多媒體進(jìn)行演示,介紹案例的工程背景、設(shè)計(jì)要求和所包含精度設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn),然后結(jié)合案例工程圖樣提出若干重點(diǎn)問(wèn)題,發(fā)動(dòng)學(xué)生圍繞問(wèn)題思考討論、發(fā)表各自不同見(jiàn)解,這個(gè)階段重點(diǎn)是鼓勵(lì)學(xué)生暢所欲言,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)討論熱情,不要陷入冷場(chǎng)、教師自說(shuō)自話的情境。
3)案例分析和總結(jié)。
教師對(duì)學(xué)生的討論結(jié)果進(jìn)行歸納,分析案例的重點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)及不同求解方案的優(yōu)缺點(diǎn),肯定正確認(rèn)識(shí)、否定錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)[5],深入分析案例和提出問(wèn)題,應(yīng)用課程理論知識(shí)和設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)方法去解決問(wèn)題,進(jìn)行課堂總結(jié),提出需要注意的學(xué)習(xí)要點(diǎn)和重點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程要求教師能準(zhǔn)確應(yīng)對(duì),思維敏捷清晰,分析問(wèn)題切中要害,論述講解到位。
例如:圖2為車(chē)床主軸箱局部裝配工程圖樣,教師先展示該圖,讓學(xué)生分析各組成零件名稱(chēng)、作用和裝配關(guān)系,再讓學(xué)生進(jìn)一步思考軸與軸承內(nèi)圈、軸承外圈與帶輪內(nèi)孔、隔套與帶輪內(nèi)孔、端蓋凸緣與帶輪內(nèi)孔這4處應(yīng)采用的配合類(lèi)型和公差,提出“如果公差等級(jí)和配合設(shè)計(jì)不合理,會(huì)出現(xiàn)何種后果”等問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生思考探討,學(xué)生在教師引導(dǎo)下進(jìn)行思考后,根據(jù)所學(xué)理論知識(shí)提出并討論各自不同見(jiàn)解。
圖2 車(chē)床主軸箱局部裝配圖
學(xué)生提出的配合類(lèi)型和公差選擇方案不盡相同,有的主張采用間隙配合,有的認(rèn)為過(guò)盈配合較適合,還有的傾向于過(guò)渡配合,所選用的基準(zhǔn)制和公差配合也各種各樣,有的選基孔制,有的選基軸制,還有的采用非基準(zhǔn)制。教師先針對(duì)性地分析各種配合類(lèi)型的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合,按照基準(zhǔn)制選擇原則,與標(biāo)準(zhǔn)件相配合時(shí)要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)確定基準(zhǔn)制,軸承為標(biāo)準(zhǔn)件,故確定軸與軸承內(nèi)圈采用基孔制,軸承外圈與帶輪內(nèi)孔采用基軸制。為便于拆裝,將隔套、端蓋凸緣與帶輪內(nèi)孔的兩處配合采用間隙較大的非基準(zhǔn)制,再根據(jù)公稱(chēng)尺寸、軸承配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)確定尺寸公差帶。通過(guò)案例分析講解,教師既幫助學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固了課程內(nèi)容,又結(jié)合案例加強(qiáng)了對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系、理解和實(shí)際應(yīng)用,針對(duì)性地指正了學(xué)生認(rèn)知中的錯(cuò)誤,加深了對(duì)尺寸公差配合的理解和掌握。
案例式教學(xué)是通過(guò)案例研討、師生交流學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方式。教師和學(xué)員通過(guò)思考分析,研究各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性,得出結(jié)論或案例問(wèn)題解決方法,并通過(guò)自己或者他人的思考來(lái)拓寬視野,從而豐富自己的知識(shí),加深對(duì)知識(shí)的理解。案例式教學(xué)的應(yīng)用對(duì)于提高機(jī)械專(zhuān)業(yè)“互換性測(cè)量技術(shù)”課程的教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)創(chuàng)新型的應(yīng)用人才,具有重要價(jià)值。通過(guò)對(duì)案例式教學(xué)的應(yīng)用研究和教學(xué)實(shí)踐,“互換性測(cè)量技術(shù)”課程教學(xué)取得了良好效果。