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对《互换性与测量技术》课程教学改革的几点思考

摘要：本文对《互换性与测量技术》的教学改革提出几点思考。指出在强调精度设计的同时不能淡化互换性和标准化的意义；目前本课程有多种教学模式，为保持本学科的系统性和完整性，笔者认为本课程仍应单独设置；实验课应加强学生精度设计能力的锻炼；各相关课程间应进行协调，一般内容不重复，重点内容不遗漏。
　　关键词：互换性；标准化；精度设计；教学模式
　　
　　一、前言
　　
　　《互换性与测量技术》是机械类专业的一门重要的技术基础课。近年来，随着高等教育的改革和机械类专业教学内容的发展与变化，本学科的教学改革进入了一个新的历史时期，国内不少高校进行了许多积极的探索，总结出许多好的教学方法与改革思路。笔者曾多年在企业从事产品设计与开发工作，目前也在高校承担互换性与测量技术的教学工作。

在此想就个人的一些切身体会，谈谈对《互换性与测量技术》课程教学改革的几点思考。
　　
　　二、关于互换性与精度设计在课程中的定位问题
　　
　　近年来，围绕《互换性与测量技术》课程内容与体系的改革，不少高校已将《互换性与测量技术》课程改为《几何精度设计与检测》，目的在于培养学生的综合设计能力，改变过去传统教学中只侧重标准的讲解与宣贯的灌输式教学方式。这种思路应充分肯定。
　　互换性与精度设计确实是两个完全不同的概念。互换性指同一规格的零部件按规定的技术要求制造，不需经过任何挑选或修配就能够互相替换使用，而且替换后能达到规定的功能要求。互换性要靠公差来保证，公差则需要标准化，标准化是互换性生产的基础。互换性是对重复生产零件的要求，只要按照统一的设计生产，就可实现互换性。精度设计则要求经济地满足零件的功能要求，无论零件是否要求互换，必须规定一定的公差。公差大，精度低，但加工容易，公差小，精度高，但加工难度大。互换性给定公差强调的是统一，精度设计给定公差强调的则是合理。
　　《互换性与测量技术》课程的主要内容是尺寸公差、形状和位置公差、表面粗糙度。工程应用的目标是在机械图上合理标注。合理标注的实质是合理的精度设计，所以课程的核心还是精度设计，新的教学体系应该加强精度设计的概念，提高学生的综合设计能力。但在强调精度设计的时候不能淡化互换性与标准化的重要意义。由于互换性在产品设计、制造、使用和维修过程中的巨大作用，已成为现代制造业中一个普遍运用的原则。精度设计是在满足零件的功能要求的前提下对互换性标准的选择与应用，即使在不要求互换的场合，在设计制造等各种环节，也需要遵循互换性与标准化的原则。
　　《互换性与测量技术》课程内容在生产实际中有着大量的运用，但在其他课程中鲜有介绍，学生普遍缺乏这方面知识。随着全球经济一体化的到来，我国各项标准逐步与国际接轨，掌握标准化知识已成为时代的需要。这有利于开阔学生的眼界和知识面，对将来从事工程技术与管理工作非常有益，符合企业对人才知识结构的要求。笔者认为：在教学中，不应将互换性与精度设计人为的分割开来，应让学生在充分了解互换性原则和各项基础标准的前提下合理的进行精度设计。
　　
　　三、关于新的教学模式
　　
　　目前《互换性与测量技术》课程的教学改革，在国内各高校有几种不同的模式：一是在原《互换性与测量技术》课程内容基础上拓展提高、组合后仍单独设课；二是将课程提高到机械精度设计的高度组合、拓展设置成一门课程；三是把教学内容分成几块，穿插到《机械制图》、《金工实习》、《机械设计》等课程中合作完成教学任务[1]。
　　笔者以为：第一种模式基本保持了原《互换性与测量技术》课程体系主要内容，系统阐述了互换性与测量技术的基本知识，分析介绍了我国极限与配合的新标准、工程应用以及测量技术的基本原理。这种课程体系把标准化与计量学领域有关知识紧密结合在一起，具有学科化特点，形成了自身的系统性和完整性[2]。学生通过本课程的学习，可系统掌握互换性与测量技术的基本知识与几何精度设计的基本原则与方法。

　　随着新的教学要求的提出及课程教学学时的减少，原来模式中认知性内容多、创造性内容少、以介绍基础公差标准为主的教学体系已不能完全适应发展要求，应该进行改革与创新。在有限的学时内要想获得良好的教学效果，必须优化教学内容，改进教学方法，采用多种教学手段。标准方面的内容主要从应用的角度去讲，其构成原理可适当简略，重点在互换性的原理与精度设计的基本概念与方法上，其中又以尺寸公差、形位公差、表面粗糙度为重点。有了这些基础，其它章节均可略讲。学生可通过练习、实验和综合实践环节进一步提高综合设计能力。
　　第二种模式是针对《互换性与测量技术》课程的教学内容改革而重新拓展设置成《几何精度设计与检测》课程。该课程已有多种版本的教材，大多在绪论中了强化了几何精度设计的相关内容，并增加一些典型零件几何精度设计综合应用实例，但大部分章节与原教材体系没有实质变化。也有的版本对原教材体系进行了大刀阔斧的改革，基本摆脱了以介绍基础公差标准为主的教学体系，但这种形式目前无论从教学还是学生自学角度看都还有些难度，有待进一步提高和完善。
　　第三种模式把教学内容分成几块，穿插到《机械制图》、《金工实习》、《机械设计》等课程中合作完成教学任务。这种模式虽然避免了原来模式中各相关课程之间的交叉与重复，但打破了本课程的系统性和完整性，同时也增加了各相关课程之间的协调与配合难度，较难保证分块教学后的内容衔接与教学质量。
　　
　　四、实践性环节的改革
　　
　　《互换性与测量技术》课程的教学改革，总体思路是培养学生的综合设计能力，而综合设计能力的提高必须通过实际应用的锻炼。本课程的应用性很强，机械类图纸中大部分符号都与本课程有关，对今后从事机械设计与制造的学生尤为重要。在当今市场经济形势下，社会需要能快速胜任工作，知识综合运用能力强、动手能力强的实用性人才。因此本课程必须很好的把握理论与实际的关系，在讲清基本概念的前提下，特别注重理论联系实际，强调学生的实际应用能力。
　　从本课程的现实教学效果看，学生对精度设计与互换性标准的实际应用能力普遍较弱。在课程设计、毕业设计中，不知道怎样正确的运用国家标准进行精度设计；图样标注五花八门、漏洞百出，或者照葫芦画瓢，知其然不知其所以然。造成这种状况的一个重要原因是：课程教学内容缺乏应用性实践环节，学习内容没有通过相应实践环节消化、巩固。受学时数限制，课堂教学只能讲一些精度设计与标准运用的基本原则，学生对所学知识综合应用能力的锻炼，主要靠课程设计、毕业设计等后续教学环节。而后续教学环节随着教学内容与重点的转移，教师还是学生都难以对先开课程给予特别关注。
　　针对这一问题，已有高校探索在本课程中专门增设实践性教学环节——精度设计检测一条龙课程设计[3]，但上述方案存在时间安排与课时的矛盾。因此笔者赞同把机械零件课程设计与几何精度设计内容结合起来，作为一个综合性的课程设计。机械零件的课程设计题目一般是减速器设计，这类课题包含了很多典型零件精度设计的内容，是理想的精度设计课题。如作为综合性的课程设计，明确提出精度设计的具体要求，学生可通过一个环节，得到完整的设计能力的锻炼。
　　在《互换性与测量技术》课程中，实验课占有较大的比重，是教学的重要组成部分。实验的目的是使学生进一步掌握和巩固课堂上所学的公差理论，初步熟悉某些计量器具的正确使用方法。本课程的所有实验内容都是对尺寸、形位、表面粗糙度三项基本几何精度中具体项目的测量，这些实验可使学生较快获得有关内容的感性认识，加深对课堂上所学的基础理论的理解，并锻炼了学生的动手能力。不足的是，目前这些实验与精度设计的联系还较少，多数实验为验证式实验，没有很好发挥学生的主观能动性，缺乏综合设计能力的锻炼。