论文部分内容阅读
【摘要】机械制造工艺学是具有较强工程性和实践性的机械类专业核心课程，本文针对该课程教学面临的问题，研究了问题驱动教学模式的教学改革应用。实践发现，采用问题驱动式教学模式能够有效地提高学生的学习兴趣、课程参与度和学习效果，而且对学生自主学习能力以及实际问题的探究能力有较好锻炼。
【关键词】问题驱动 教学改革 教学模式
【基金项目】湖北省高等学校省级教学研究项目“基于制造业信息化特色的工业工程专业研究生培养模式研究”，（项目编号：2014237）；2017武汉科技大学教学研究项目：面向综合能力提升的服务型工程训练体系改革与实践（项目编号：2017X062）。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）04-0209-02
一、问题驱动式教学模式的构建
（一）课程内容的提出与导入
学生在生活中熟知或在现实生活中了解较多的实际话题能够更好更迅速地建构知识的意义，生发于亲身体验的思考能够比灌输的经验讲授能够更到位地触碰学生的兴趣点。问题驱动式教学模式在课程内容的提出阶段就强调营造现实情境吸引学生的学习热情。学生感兴趣的背景话题可以通过多种媒介提出，诸如视频片段、虚拟模型和现场照片等，亦可由教师描述。目的都是引导学生思考话题对应在实际工程中的背景。这一过程需要教师的循循善诱，启发学生逐步地发现与课程内容相关的问题上。由问题驱动工程背景能够在课程开始就设法抓住学生的兴趣点，以及训练学生在现实生活中发现工程问题的能力。
（二）理论建模与分析
由发现问题自然过渡到解决问题，问题驱动式教学模式注重由学生运用力学、物理和数学等背景知识自主地分析工程问题，建立对应的理论模型，抽象出工程背景对应的相关理论。这一阶段既需要教师为学生提供准确适当的基础资料，也需要教师在过程中积极引导与师生互动。基础资料要与课程内容密切相关，具有较好的指导性，可由教师提前梳理和准备，或由教师引导学生自主搜索与整理。师生互动过程要引导学生将问题逐层分解到足够解决的程度，为学生的思考过程提供支撑和自信。在这一过程的优化设计不仅可以很好地促进和提高学生综合运用学科理论知识与技术方法对工程问题进行系统表达、模型建立和分析求解等方面的能力。
（三）专业知识的归纳与总结
在应用一般理论到解决特殊问题之后，进一步引导学生从特殊问题中归纳总结出具有普遍性意义的专业知识。在问题驱动教学模式中，教师引导学生对理论模型与分析结果等进行整理及归纳，总结得出工程背景所蕴含的具有指导意义的专业知识，该过程有助于学生深刻领会专业知识点的内涵与意义。
（四）实际问题的探究与解决
分析现实问题，学习理论知识是一个从实际到理论的过程，是学生学习与认知的第一次跨越。而应用理论知识探究与解决新的实际问题是一个从理论回到实际的过程，是学生学习与认知的又一次跨越。作为第一次跨越的补充和发展，第二次跨越还是教学意义所在。问题驱动教学模式引导学生将所学的理论知识拓展或迁移运用到新对象的该类问题中，学生通过自主探索，综合运用学科理论知识与技术方法，锻炼自身探究解决工程中的实际问题以及进行科学研究的能力。
二、问题驱动教学在机械制造工艺学中的应用
（一）课程导入部分
简要回顾上节课所学知识，即工件在机床夹具中的定位中的相关知识，并通过设问“如何衡量定位精度？”引出本节课的话题，让学生知道章节内容之间的联系，为引起学生对本节定位误差的学习兴趣做铺垫。接此话题，选择汽车发动机中的活塞零件作为举例引入课程内容，通过动画形式展出汽车发动机的工作过程，并以“发动机是汽车的心脏”、“活塞是发动机的中枢”的形象比喻，提升课程内容对学生的吸引力。从汽车性能要求到发动机性能要求日益提高，再到活塞高速高压高温的恶劣工作环境，接着到作为支承部分的活塞銷孔负荷显著增加，逐步引出核心零件中的关键工序。然后提问“如何保证活塞销孔的加工精度？”激发学生的好奇心。让学生思考列举活塞加工中的各种误差源，顺势引入“定位误差”，并通过分析让学生体会到“定位误差分析与计算”对于零件加工误差控制的重要性。
（二）理论分析部分
通过让学生思考如何理解和定义定位误差进入课程的理论分析部分，从引起的过程和数值的大小两方面逐步引导学生的回答，直到学生理解引起的过程是工件定位过程中的不准确，数值的大小是工序基准沿工序尺寸的最大偏离量。接下来自然地引出问题“工序基准偏离理想位置包括哪些原因？”也就是产生定位误差的因素包括哪些。对此，结合一个简单的实际生产案例，比如在一批盘形零件上铣削键槽，让学生结合这个案例进行分析。该实例的定位元件与定位方法较为简单，其定位基准分析和工序尺寸的工序基准分析都比较容易，方便学生通过实例判断出定位产生定位误差包括两项基准不重合和定位基准位移两种因素。这个过程需要强调“工序基准”、“定位基准”两个概念，通过学生的思考与联系达到熟练掌握这两类基准之间的区别，并能够准确地分析和确定出工序基准和定位基准。
然后逐步引导学生分析两种因素单独引起的定位误差。让学生通过思考理解清楚第一种是通过定位方式判断定位基准→通过工序尺寸的定义判断工序基准→确定两基准间尺寸公差。第二种是要通过提问影响定位基准位移的子因素，让学生思考回答出定位元件公差、定位基面公差、定位副的配合间隙这三项子因素；接着综合这三项子因素，引出同时考虑这三项制造误差时的定位副制造误差；最后，由学生分析工件的受力和运动，提问“什么情况下会出现移动量最大？”，并自然地得出定位基准的最大移动量，即计算出由定位基准位移产生的定位误差。在进行因素分析以后，再提问这两类因素并存时定位误差的如何计算。引导学生思考定位误差的合成计算方法，在此过程要分三种不同情况详细分析了应用合成法计算定位误差中正负号的判定方法。 （三）归纳总结部分
在完成理论分析后，对分析的结果进行归纳总结，给出“基准不重合误差”和“基准位移误差”两个概念。由学生根据上述分析自己总结出这两个概念的定义。即基准不重合误差是工序尺寸方向上工序基准与定位基准的尺寸公差，基准位移误差是工序尺寸方向上定位基准的最大位移量。然后总结出两种研究方法，一个是逐步分解方法，即把定位误差的计算这一整体问题分解为基准不重合误差计算、基准位移误差计算以及这两项误差的合成这三个小问题，化难为简，利于分析和解决；另一个是定位误差分析过程中所用到的“先分析再合成”的研究方法。通过这一总结，让学生体会和掌握如何将问题逐步分解以解决，以及“先分析再合成”的研究方法，利于学生从学习中培养研究能力。在此基础上，和学生一起总结基准不重合误差和基准位移误差的通用计算步骤，以及典型结构夹具定位误差的计算步骤。接下来引导学生通过理解定位误差产生的原因去分析减小定位误差的主要措施，由第一种因素分析出基准重合设计原则，由第二种因素分析出通过控制定位副精度与配合间隙的方法。
最后，由学生通过归纳总结明确课程内容、课程重点和课程难点。其中，课程内容主要包括三点：工件在机床夹具中定位时的定位误差的概念；定位误差产生的原因；定位误差的基本计算方法及其控制措施。课程重点为：定位误差产生的原因分析；定位误差的计算方法。课程难点为：由定位基准与工序基准不重合引起定位误差的原理分析；由定位基准位移引起定位误差的原理分析。
（四）探究思考部分
以課程导入部分的实例，即发动机活塞销孔镗削加工，以其销孔位置尺寸定位误差计算作为第一道思考题，让学生应用所学的知识点，尝试分析和计算实际生产过程中的定位误差，应用归纳和总结的知识进行案例分析。然后进行适度迁移，列出第二道思考题，选用新的对象齿轮坯内孔的键槽，计算其定位误差。该思考题与第一道之间具有较大程度的相通之处。可检验和巩固学生对定位误差分析与计算知识的理解和掌握。此后进一步扩展到一面两孔定位这一典型定位方法的定位误差，培养学生掌握运用基本知识和理论解决实际工艺技术问题的基本方法和能力。最后，抛出问题“除合成法以外是否有其他计算方法”为下节课内容埋下伏笔。并列出本节课内容的拓展学习需要参考的文献，利于学生查阅和深入学习，引导学生课下钻研。
三、结语
2016年，我们对本校普通班级和试点班学生分别应用传统讲授模式和问题驱动式教学模式开展课程教学组织的实验。在通过问题驱动组织课程内容和推进教学时，课程全过程伴随着提问、思考与引导，通过引导学生积极思考有效吸引了学生的注意力，提高了学生的课程参与度，并锻炼了学生分析与解决问题的能力。通过学生反馈，试点班学生对课程内容具有更大的学习兴趣，而且对知识点的理解更加透彻。
参考文献：
[1]齐继阳.“机械制造工艺学”教学模式的探索[J].中国大学教学， 2012 （2）.
[2]刘春洁.问题驱动式教学在《高等数学》 教学中的应用[J].科技展望，2014.
[3]刘廷章， 艾叶.研究生课程的问题驱动教学方法研究[J]. 黑龙江高教研究， 2008 （11）.
【关键词】问题驱动 教学改革 教学模式
【基金项目】湖北省高等学校省级教学研究项目“基于制造业信息化特色的工业工程专业研究生培养模式研究”，（项目编号：2014237）；2017武汉科技大学教学研究项目：面向综合能力提升的服务型工程训练体系改革与实践（项目编号：2017X062）。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）04-0209-02
一、问题驱动式教学模式的构建
（一）课程内容的提出与导入
学生在生活中熟知或在现实生活中了解较多的实际话题能够更好更迅速地建构知识的意义，生发于亲身体验的思考能够比灌输的经验讲授能够更到位地触碰学生的兴趣点。问题驱动式教学模式在课程内容的提出阶段就强调营造现实情境吸引学生的学习热情。学生感兴趣的背景话题可以通过多种媒介提出，诸如视频片段、虚拟模型和现场照片等，亦可由教师描述。目的都是引导学生思考话题对应在实际工程中的背景。这一过程需要教师的循循善诱，启发学生逐步地发现与课程内容相关的问题上。由问题驱动工程背景能够在课程开始就设法抓住学生的兴趣点，以及训练学生在现实生活中发现工程问题的能力。
（二）理论建模与分析
由发现问题自然过渡到解决问题，问题驱动式教学模式注重由学生运用力学、物理和数学等背景知识自主地分析工程问题，建立对应的理论模型，抽象出工程背景对应的相关理论。这一阶段既需要教师为学生提供准确适当的基础资料，也需要教师在过程中积极引导与师生互动。基础资料要与课程内容密切相关，具有较好的指导性，可由教师提前梳理和准备，或由教师引导学生自主搜索与整理。师生互动过程要引导学生将问题逐层分解到足够解决的程度，为学生的思考过程提供支撑和自信。在这一过程的优化设计不仅可以很好地促进和提高学生综合运用学科理论知识与技术方法对工程问题进行系统表达、模型建立和分析求解等方面的能力。
（三）专业知识的归纳与总结
在应用一般理论到解决特殊问题之后，进一步引导学生从特殊问题中归纳总结出具有普遍性意义的专业知识。在问题驱动教学模式中，教师引导学生对理论模型与分析结果等进行整理及归纳，总结得出工程背景所蕴含的具有指导意义的专业知识，该过程有助于学生深刻领会专业知识点的内涵与意义。
（四）实际问题的探究与解决
分析现实问题，学习理论知识是一个从实际到理论的过程，是学生学习与认知的第一次跨越。而应用理论知识探究与解决新的实际问题是一个从理论回到实际的过程，是学生学习与认知的又一次跨越。作为第一次跨越的补充和发展，第二次跨越还是教学意义所在。问题驱动教学模式引导学生将所学的理论知识拓展或迁移运用到新对象的该类问题中，学生通过自主探索，综合运用学科理论知识与技术方法，锻炼自身探究解决工程中的实际问题以及进行科学研究的能力。
二、问题驱动教学在机械制造工艺学中的应用
（一）课程导入部分
简要回顾上节课所学知识，即工件在机床夹具中的定位中的相关知识，并通过设问“如何衡量定位精度？”引出本节课的话题，让学生知道章节内容之间的联系，为引起学生对本节定位误差的学习兴趣做铺垫。接此话题，选择汽车发动机中的活塞零件作为举例引入课程内容，通过动画形式展出汽车发动机的工作过程，并以“发动机是汽车的心脏”、“活塞是发动机的中枢”的形象比喻，提升课程内容对学生的吸引力。从汽车性能要求到发动机性能要求日益提高，再到活塞高速高压高温的恶劣工作环境，接着到作为支承部分的活塞銷孔负荷显著增加，逐步引出核心零件中的关键工序。然后提问“如何保证活塞销孔的加工精度？”激发学生的好奇心。让学生思考列举活塞加工中的各种误差源，顺势引入“定位误差”，并通过分析让学生体会到“定位误差分析与计算”对于零件加工误差控制的重要性。
（二）理论分析部分
通过让学生思考如何理解和定义定位误差进入课程的理论分析部分，从引起的过程和数值的大小两方面逐步引导学生的回答，直到学生理解引起的过程是工件定位过程中的不准确，数值的大小是工序基准沿工序尺寸的最大偏离量。接下来自然地引出问题“工序基准偏离理想位置包括哪些原因？”也就是产生定位误差的因素包括哪些。对此，结合一个简单的实际生产案例，比如在一批盘形零件上铣削键槽，让学生结合这个案例进行分析。该实例的定位元件与定位方法较为简单，其定位基准分析和工序尺寸的工序基准分析都比较容易，方便学生通过实例判断出定位产生定位误差包括两项基准不重合和定位基准位移两种因素。这个过程需要强调“工序基准”、“定位基准”两个概念，通过学生的思考与联系达到熟练掌握这两类基准之间的区别，并能够准确地分析和确定出工序基准和定位基准。
然后逐步引导学生分析两种因素单独引起的定位误差。让学生通过思考理解清楚第一种是通过定位方式判断定位基准→通过工序尺寸的定义判断工序基准→确定两基准间尺寸公差。第二种是要通过提问影响定位基准位移的子因素，让学生思考回答出定位元件公差、定位基面公差、定位副的配合间隙这三项子因素；接着综合这三项子因素，引出同时考虑这三项制造误差时的定位副制造误差；最后，由学生分析工件的受力和运动，提问“什么情况下会出现移动量最大？”，并自然地得出定位基准的最大移动量，即计算出由定位基准位移产生的定位误差。在进行因素分析以后，再提问这两类因素并存时定位误差的如何计算。引导学生思考定位误差的合成计算方法，在此过程要分三种不同情况详细分析了应用合成法计算定位误差中正负号的判定方法。 （三）归纳总结部分
在完成理论分析后，对分析的结果进行归纳总结，给出“基准不重合误差”和“基准位移误差”两个概念。由学生根据上述分析自己总结出这两个概念的定义。即基准不重合误差是工序尺寸方向上工序基准与定位基准的尺寸公差，基准位移误差是工序尺寸方向上定位基准的最大位移量。然后总结出两种研究方法，一个是逐步分解方法，即把定位误差的计算这一整体问题分解为基准不重合误差计算、基准位移误差计算以及这两项误差的合成这三个小问题，化难为简，利于分析和解决；另一个是定位误差分析过程中所用到的“先分析再合成”的研究方法。通过这一总结，让学生体会和掌握如何将问题逐步分解以解决，以及“先分析再合成”的研究方法，利于学生从学习中培养研究能力。在此基础上，和学生一起总结基准不重合误差和基准位移误差的通用计算步骤，以及典型结构夹具定位误差的计算步骤。接下来引导学生通过理解定位误差产生的原因去分析减小定位误差的主要措施，由第一种因素分析出基准重合设计原则，由第二种因素分析出通过控制定位副精度与配合间隙的方法。
最后，由学生通过归纳总结明确课程内容、课程重点和课程难点。其中，课程内容主要包括三点：工件在机床夹具中定位时的定位误差的概念；定位误差产生的原因；定位误差的基本计算方法及其控制措施。课程重点为：定位误差产生的原因分析；定位误差的计算方法。课程难点为：由定位基准与工序基准不重合引起定位误差的原理分析；由定位基准位移引起定位误差的原理分析。
（四）探究思考部分
以課程导入部分的实例，即发动机活塞销孔镗削加工，以其销孔位置尺寸定位误差计算作为第一道思考题，让学生应用所学的知识点，尝试分析和计算实际生产过程中的定位误差，应用归纳和总结的知识进行案例分析。然后进行适度迁移，列出第二道思考题，选用新的对象齿轮坯内孔的键槽，计算其定位误差。该思考题与第一道之间具有较大程度的相通之处。可检验和巩固学生对定位误差分析与计算知识的理解和掌握。此后进一步扩展到一面两孔定位这一典型定位方法的定位误差，培养学生掌握运用基本知识和理论解决实际工艺技术问题的基本方法和能力。最后，抛出问题“除合成法以外是否有其他计算方法”为下节课内容埋下伏笔。并列出本节课内容的拓展学习需要参考的文献，利于学生查阅和深入学习，引导学生课下钻研。
三、结语
2016年，我们对本校普通班级和试点班学生分别应用传统讲授模式和问题驱动式教学模式开展课程教学组织的实验。在通过问题驱动组织课程内容和推进教学时，课程全过程伴随着提问、思考与引导，通过引导学生积极思考有效吸引了学生的注意力，提高了学生的课程参与度，并锻炼了学生分析与解决问题的能力。通过学生反馈，试点班学生对课程内容具有更大的学习兴趣，而且对知识点的理解更加透彻。
参考文献：
[1]齐继阳.“机械制造工艺学”教学模式的探索[J].中国大学教学， 2012 （2）.
[2]刘春洁.问题驱动式教学在《高等数学》 教学中的应用[J].科技展望，2014.
[3]刘廷章， 艾叶.研究生课程的问题驱动教学方法研究[J]. 黑龙江高教研究， 2008 （11）.