問題驅(qū)動教學(xué)模式在機(jī)械制造工藝學(xué)中的應(yīng)用

　　機(jī)械制造工藝學(xué)是具有較強(qiáng)工程性和實(shí)踐性的機(jī)械類專業(yè)核心課程，本文針對該課程教學(xué)面臨的問題，研究了問題驅(qū)動教學(xué)模式的教學(xué)改革應(yīng)用。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，采用問題驅(qū)動式教學(xué)模式能夠有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、課程參與度和學(xué)習(xí)效果，而且對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力以及實(shí)際問題的探究能力有較好鍛煉。

　　《制造業(yè)自動化》由北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所主辦，《制造業(yè)自動化》雜志是自動化領(lǐng)域的綜合性技術(shù)期刊，在行業(yè)內(nèi)具有廣泛的影響力。雜志社聘請制造業(yè)自動化領(lǐng)域的社會知名人士和技術(shù)專家組成(bian)(wei)會，確保稿件的科技性、理論性和前沿性。

　　一、問題驅(qū)動式教學(xué)模式的構(gòu)建

　　(一)課程內(nèi)容的提出與導(dǎo)入

　　學(xué)生在生活中熟知或在現(xiàn)實(shí)生活中了解較多的實(shí)際話題能夠更好更迅速地建構(gòu)知識的意義，生發(fā)于親身體驗(yàn)的思考能夠比灌輸?shù)慕?jīng)驗(yàn)講授能夠更到位地觸碰學(xué)生的興趣點(diǎn)。問題驅(qū)動式教學(xué)模式在課程內(nèi)容的提出階段就強(qiáng)調(diào)營造現(xiàn)實(shí)情境吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生感興趣的背景話題可以通過多種媒介提出，諸如視頻片段、虛擬模型和現(xiàn)場照片等，亦可由教師描述。目的都是引導(dǎo)學(xué)生思考話題對應(yīng)在實(shí)際工程中的背景。這一過程需要教師的循循善誘，啟發(fā)學(xué)生逐步地發(fā)現(xiàn)與課程內(nèi)容相關(guān)的問題上。由問題驅(qū)動工程背景能夠在課程開始就設(shè)法抓住學(xué)生的興趣點(diǎn)，以及訓(xùn)練學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)現(xiàn)工程問題的能力。

　　(二)理論建模與分析

　　由發(fā)現(xiàn)問題自然過渡到解決問題，問題驅(qū)動式教學(xué)模式注重由學(xué)生運(yùn)用力學(xué)、物理和數(shù)學(xué)等背景知識自主地分析工程問題，建立對應(yīng)的理論模型，抽象出工程背景對應(yīng)的相關(guān)理論。這一階段既需要教師為學(xué)生提供準(zhǔn)確適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)資料，也需要教師在過程中積極引導(dǎo)與師生互動。基礎(chǔ)資料要與課程內(nèi)容密切相關(guān)，具有較好的指導(dǎo)性，可由教師提前梳理和準(zhǔn)備，或由教師引導(dǎo)學(xué)生自主搜索與整理。師生互動過程要引導(dǎo)學(xué)生將問題逐層分解到足夠解決的程度，為學(xué)生的思考過程提供支撐和自信。在這一過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以很好地促進(jìn)和提高學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)科理論知識與技術(shù)方法對工程問題進(jìn)行系統(tǒng)表達(dá)、模型建立和分析求解等方面的能力。

　　(三)專業(yè)知識的歸納與總結(jié)

　　在應(yīng)用一般理論到解決特殊問題之后，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生從特殊問題中歸納總結(jié)出具有普遍性意義的專業(yè)知識。在問題驅(qū)動教學(xué)模式中，教師引導(dǎo)學(xué)生對理論模型與分析結(jié)果等進(jìn)行整理及歸納，總結(jié)得出工程背景所蘊(yùn)含的具有指導(dǎo)意義的專業(yè)知識，該過程有助于學(xué)生深刻領(lǐng)會專業(yè)知識點(diǎn)的內(nèi)涵與意義。

　　(四)實(shí)際問題的探究與解決

　　分析現(xiàn)實(shí)問題，學(xué)習(xí)理論知識是一個(gè)從實(shí)際到理論的過程，是學(xué)生學(xué)習(xí)與認(rèn)知的第一次跨越。而應(yīng)用理論知識探究與解決新的實(shí)際問題是一個(gè)從理論回到實(shí)際的過程，是學(xué)生學(xué)習(xí)與認(rèn)知的又一次跨越。作為第一次跨越的補(bǔ)充和發(fā)展，第二次跨越還是教學(xué)意義所在。問題驅(qū)動教學(xué)模式引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的理論知識拓展或遷移運(yùn)用到新對象的該類問題中，學(xué)生通過自主探索，綜合運(yùn)用學(xué)科理論知識與技術(shù)方法，鍛煉自身探究解決工程中的實(shí)際問題以及進(jìn)行科學(xué)研究的能力。

　　二、問題驅(qū)動教學(xué)在機(jī)械制造工藝學(xué)中的應(yīng)用

　　(一)課程導(dǎo)入部分

　　簡要回顧上節(jié)課所學(xué)知識，即工件在機(jī)床夾具中的定位中的相關(guān)知識，并通過設(shè)問“如何衡量定位精度?”引出本節(jié)課的話題，讓學(xué)生知道章節(jié)內(nèi)容之間的聯(lián)系，為引起學(xué)生對本節(jié)定位誤差的學(xué)習(xí)興趣做鋪墊。接此話題，選擇汽車發(fā)動機(jī)中的活塞零件作為舉例引入課程內(nèi)容，通過動畫形式展出汽車發(fā)動機(jī)的工作過程，并以“發(fā)動機(jī)是汽車的心臟”、“活塞是發(fā)動機(jī)的中樞”的形象比喻，提升課程內(nèi)容對學(xué)生的吸引力。從汽車性能要求到發(fā)動機(jī)性能要求日益提高，再到活塞高速高壓高溫的惡劣工作環(huán)境，接著到作為支承部分的活塞銷孔負(fù)荷顯著增加，逐步引出核心零件中的關(guān)鍵工序。然后提問“如何保證活塞銷孔的加工精度?”激發(fā)學(xué)生的好奇心。讓學(xué)生思考列舉活塞加工中的各種誤差源，順勢引入“定位誤差”，并通過分析讓學(xué)生體會到“定位誤差分析與計(jì)算”對于零件加工誤差控制的重要性。

　　(二)理論分析部分

　　通過讓學(xué)生思考如何理解和定義定位誤差進(jìn)入課程的理論分析部分，從引起的過程和數(shù)值的大小兩方面逐步引導(dǎo)學(xué)生的回答，直到學(xué)生理解引起的過程是工件定位過程中的不準(zhǔn)確，數(shù)值的大小是工序基準(zhǔn)沿工序尺寸的最大偏離量。接下來自然地引出問題“工序基準(zhǔn)偏離理想位置包括哪些原因?”也就是產(chǎn)生定位誤差的因素包括哪些。對此，結(jié)合一個(gè)簡單的實(shí)際生產(chǎn)案例，比如在一批盤形零件上銑削鍵槽，讓學(xué)生結(jié)合這個(gè)案例進(jìn)行分析。該實(shí)例的定位元件與定位方法較為簡單，其定位基準(zhǔn)分析和工序尺寸的工序基準(zhǔn)分析都比較容易，方便學(xué)生通過實(shí)例判斷出定位產(chǎn)生定位誤差包括兩項(xiàng)基準(zhǔn)不重合和定位基準(zhǔn)位移兩種因素。這個(gè)過程需要強(qiáng)調(diào)“工序基準(zhǔn)”、“定位基準(zhǔn)”兩個(gè)概念，通過學(xué)生的思考與聯(lián)系達(dá)到熟練掌握這兩類基準(zhǔn)之間的區(qū)別，并能夠準(zhǔn)確地分析和確定出工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)。

　　然后逐步引導(dǎo)學(xué)生分析兩種因素單獨(dú)引起的定位誤差。讓學(xué)生通過思考理解清楚第一種是通過定位方式判斷定位基準(zhǔn)→通過工序尺寸的定義判斷工序基準(zhǔn)→確定兩基準(zhǔn)間尺寸公差。第二種是要通過提問影響定位基準(zhǔn)位移的子因素，讓學(xué)生思考回答出定位元件公差、定位基面公差、定位副的配合間隙這三項(xiàng)子因素;接著綜合這三項(xiàng)子因素，引出同時(shí)考慮這三項(xiàng)制造誤差時(shí)的定位副制造誤差;最后，由學(xué)生分析工件的受力和運(yùn)動，提問“什么情況下會出現(xiàn)移動量最大?”，并自然地得出定位基準(zhǔn)的最大移動量，即計(jì)算出由定位基準(zhǔn)位移產(chǎn)生的定位誤差。在進(jìn)行因素分析以后，再提問這兩類因素并存時(shí)定位誤差的如何計(jì)算。引導(dǎo)學(xué)生思考定位誤差的合成計(jì)算方法，在此過程要分三種不同情況詳細(xì)分析了應(yīng)用合成法計(jì)算定位誤差中正負(fù)號的判定方法。