盛精 张炳荣 易了 陈鼎

摘  要：为提高核心课程的教学质量，对其教学内容开展教学设计是非常必要的。以客车制造工艺学课程中“定位误差分析与计算”一节为例，从课程的教学目标出发，阐明该教学内容的教学任务;针对教学内容特点，指出采用的教学手段与教学方法，强调情感目标融入教学的方法;根据具体的教学内容，制定课前、课中和课后教学内容的组织过程。通过实施上述的教学计划，取得显著的教学效果，表明该教学设计的可行性与有效性。

关键词：核心课程;客车制造工艺学;定位误差分析与计算;教学目标;教学设计

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）15-0131-05

Abstract： In order to improve the teaching quality of core courses， it is necessary to develop teaching design for its teaching content. Taking the section of "analysis and calculation of positioning error" in the course of Bus Manufacturing Technology as an example. Starting from the teaching objectives of the course， the teaching tasks of the teaching content were clarified in this paper. According to the characteristics of teaching content， the teaching means and teaching methods used were pointed out， and the method of integrating emotional goals into teaching was emphasized. Based on the specific teaching content， the organization process of teaching content before， during and after class was formulated. Through the implementation of the above teaching plan， remarkable teaching results have been achieved， which shows the feasibility and effectiveness of the instructional design.

Keywords： core courses; Bus Manufacturing Technology; positioning error analysis and calculation; teaching objectives; instructional design

随着人们对汽车品质追求的不断提升，汽车产品的精密/超精密制造技术得到迅速发展，高性能的工艺装备则首当其冲。众所周知，夹具广泛地应用于机械加工领域，作为工艺装备之一的夹具引起的误差是产品制造误差的主要来源[1]。夹具定位误差是夹具误差的重要组成部分，而定位误差值直接影响工件的尺寸、形状和位置精度。因此，合理设计夹具精度，对于提高企业制造水平与市场竞争能力具有重要意义[2-3]。

高等院校肩负着培养未来企业工程技术人员的重任。在讲授汽车产品制造技术的过程中，车辆工程专业的夹具设计知识在厦门理工学院是由客车制造工艺学核心课程完成教学的，而定位误差代分析与计算是该课程的一项重点、难点内容。然而，在定位误差分析与计算一节的教学过程中存在的主要问题有：教材中视图偏少，文字说明过于简洁;学生缺乏工程知识，学习主动性差;教师讲解过程呆板，采用的案例不足等。这些问题造成该知识点的教学效果与目标有偏差。

在定位误差分析与计算的教学研究方面，刘坚等[4]在阐明工件用圆孔定位的定位误差常规计算表达的基础上，提出了其修正方法;宋新华等[5]对比了几种关于定位误差的定义，强调了工序基准、定位基准和对刀基准（后称三个基准）对计算误差的重要性;樊琳[6]研究了工件、定位元件与三个基准对基准不重合误差和基准位移误差之间的关联;李水良等[7]对比了几种定位误差的定义，认为理解概念是正确计算定位误差的前提。不难看出，这些研究是对教材知识点的挖掘与拓展，确切地说是对教材内容的补充，对学生深入理解该教学内容的确有一定的辅助作用。但是，前面提及的教学问题并没有得到较好的解决。从相关文献可知，教学设计对于各课程内容的教学具有很大的提升作用[8-9]。为此，本研究拟从定位误差分析与计算教学内容着手，注重教学图例、课程思政、案例教学等，探索该内容的教学，以期为该教学内容提供一种解决方案。

一、教学任务

（一）教学内容

选取客车制造工艺学的教学内容为“定位误差分析与计算”，隶属“工件的装夹和机床夹具”章的一节[10]。

（二）教学目标

客车制造工艺学的课程目标与毕业要求指标点之间的对应关系见表1。从表1出发，针对定位误差分析与计算内容的教学，分析对应的课程目标1、课程目标2、课程目标3和课程目标4的教学目标：（1）能准确找出工序基准、定位基准（定位基面）;（2）会分析基准不重合误差、基準位移误差产生的原因;（3）可以正确计算工件基准不重合误差与基准位移误差，以及定位误差。

（三）教学内容的重点、难点和疑点

重点：工序基准和定位基准判断;造成基准不重合误差、基准位移误差产生的原因分析。

难点：基准不重合误差、基准位移误差与定位误差的计算。

疑点：基准不重合误差、基准位移误差“+”或“-”合成定位误差的问题。

（四）情感目标（课程思政）融入的策略

首先，通过展现工序基准和定位基准在夹具/工艺设计和汽车产品制造中的应用，体现专业伦理;对造成基准不重合误差、基准位移误差产生的原因分析过程，呈现出科学精神。其次，通过课堂问题思考、案例分析和课后作业，以及后续实践课程开展的夹具设计、工艺设计，强化品德修养和人格养成。然后，通过基准不重合误差、基准位移误差，以及定位误差的正确计算，再次显现科学精神。最后，引出高精密制造、中国制造2025与本教学内容之间的关联事例，进而凸显家国情怀。

二、教学方法与教学手段

（一）教学方法

以讲授法为主线，辅以讨论法、边讲边测、任务驱动、项目探究、及时纠错多种教学方法。使丰富的教学资源与线下多种教学手段相融合，夯实教学重点，攻克教学难点，优化教学效果。结合教学目标和教学内容，课前学生自主学习，课中教师采用多种教学方法教学，课后巩固知识。

（二）教学手段与教学环境

以中国大学MOOC作为课前预热、课后拓展平台，线下以智慧雨课堂作为课中教学平台。课后辅导、答疑通过办公室线下和腾讯QQ线上实现。提供课程资源：中国大学MOOC网络资源——国家精品课机械制造工艺学、机械制造基础和汽车制造工艺，以及团队建设的我校网络课程客车制造工艺、虚拟仿真实验教学平台。

除了科研成果，建成“福建省客车及特种车辆研发协同创新中心”、福建省客车先进设计制造重点实验室，以及厦门市和校级重点实验室12个，都可以让科研反哺教学。此外，我院拥有“厦门理工学院-林德叉车（中国）有限公司”国家级工程实践教育中心、“车辆工程”国家级实验教学示范中心，以及省、校级实践教学基地10个;学校和学院拥有与课程相关图书和电子图书3 600余册。另外，学校、学院出台了多个支持学习的政策。上述软硬环境都为本教学内容的教学提供了良好的教学环境。

三、教学实施过程

（一）课前发布预习任务

学生利用教材、PPT、中国大学MOOC机械制造工艺学、机械制造基础等学习资源进行课前预习。了解定位误差的定义、组成以及基准不重合误差和基准位移误差的概念及其产生的原因，让学生带着问题进入课堂。

（二）课中师生内化知识

教学第一阶段：回顾上次课知识并发现问题。教师提问工件为什么要定位？工件用什么实现定位？通过雨课堂工具，让学生发弹幕回答上述问题，与学生互动。

教学第二阶段：提出问题并导入教学内容。提出“批量加工工件时，工件在定位后，其工序尺寸会变动吗？”导入本次课讲授的内容。推出案例，分析工序尺寸变动的原因如图1、图2所示。在对影响因素进行分析、归纳后，引入基准不重合误差、基准位移误差和定位误差概念。

教學第三阶段： 分析和解决问题。以案例中的心轴定位内孔为例边讲边练，分析该案例包含基准不重合误差、基准位移误差（难点问题），并讨论如何正确计算该两类误差，如图3所示。强调定位误差与基准不重合误差、基准位移误差的正确表达如图4所示。

前面案例误差原因是独立的，循序渐进地将复杂工程问题引入。讨论外圆定位加工键槽，键槽底部位置尺寸（三种工序基准）的定位误差。通过讨论，在基准不重合误差、基准位移误差计算的难点问题解决后如图5、图6所示，定位误差该如何计算？（提出又一难点问题）。

设置讨论环节，学生先分析。教师在评判学生结论后，放弃教材上复杂的几何推导计算式的方法，采用了图示法如图7、图8所示，把复杂问题简单化，攻克难点。引出疑点问题：两类误差是“+”还是“-”以合成定位误差？指出工序基准如果在定位基面上时，两类误差有因素产生耦合效应。

教学第四阶段：学生练习与演示。首先给出一个简单的课堂练习，以平面作为定位元件时，定位误差的分析与计算如图9所示，然后，将工序基准变至大圆下母线，突出难点问题，对比两者结果。设置讨论环节：提出思考问题：V型块定位方案中，两类误差是“+”还是“-”以合成定位误差？夯实疑点问题的解决如图10所示。

在课中，应用智慧雨课堂，边讲边测（设置单选题、多选题），让学生快速响应如何求解两类误差的问题。可迅速得到学生答案，发现问题，并及时纠错。

教学第五阶段：总结梳理。教师总结定位误差分析与计算的重点、难点和疑点，给出小结。再推送定位误差过大造成零件超差报废的案例，阐明高精密制造与制造强国的关联，融入科学精神、家国情怀。最后，提问“定位误差采用什么措施控制？定位误差是否有上限要求，若有，是多少？”引发学生好奇，为下次课教学内容提前预告。

（三）课后作业知识巩固

布置课后教材练习作业和线上网络资源提供的自测题，巩固本次课所学知识。设置课后线下在办公室和线上QQ的方式，全天候辅导学生学习和答疑。

四、教学设计实施后的效果

按教学设计开展课堂教学近四年，在关于定位误差分析与计算的不论是作业正确率，还是考试得分率，每年都保持着较高的水准。表明学生对该知识点的掌握程度较好，达成课程的知识目标;基于问题、案例的教学方式提升了学生应用工程知识解决实际问题的能力，初步实现了能力目标;把课程思政元素融入课程教学中，对学生的科学精神和专业伦理、品德修养和人格养成、政治认同和家国情怀都有不同程度的提高，达到了本课程的情感目标，并且学生主动学习的积极性有明显的增强。通过将本内容教学设计方法拓展至客车制造工艺学课程中其他重点和难点知识，该课程的考试成绩稳中有升。

近几年，在“挑战杯”大学生课外科技学术作品竞赛、大学生机械创新设计大赛、大学生工程训练综合能力竞赛等国家级、省市级学科竞赛，获奖59项。在中国大学生方程式汽车大赛上，获得全国总冠军1次、亚军1次，一等奖2次;在巴哈赛事中，获全国总冠军2次，一等奖1次。这些参赛作品的设计、制作都离不开定位误差分析与计算以及该课程涉及的相关知识支持。

五、总结与展望

本研究以厦门理工学院车辆工程专业核心课程——客车制造工艺学中定位误差分析与计算内容的教学为例，开展了教学设计探讨，总结与展望如下：

1. 明确教学任务。依据课程的教学目标，分析具体教学内容中的知识点，分别规划各课程教学目标对应的各项教学内容教学目标;指明教学重点、难点和疑点;并拟定在具体教学过程中教学内容的情感目标融入方法。

2. 设计教学手段与教学方法。充分利用已开发的线上线下教育教学资源，尤其重视科研资源的运用与拓展。注重因材施教，采用匹配的、多样的教学方法。今后将构建以学生为中心，以成果为导向的教学评价体系，不断优化教育教学资源配置。

3. 精心策划教学过程。认真组织课前、课中和课后教师采用的教学方法、教學手段，同时安排学生要完成的任务，看重与学生的互动效应，及时掌握学生对知识点的学习情况，形成闭环教学环境。

4. 教学效果明显。通过对该教学内容的教学设计并实施，发现学生对该内容的理解增强、解决复杂工程问题能力逐步提升。该方法推广到客车制造工艺学其他教学内容上，发现该课程的教学效果显著提升。另外，学生自主学习增加，并踊跃参加国家、省市各类比赛，取得了骄人的成绩，教学目标、情感目标渐渐达成。

参考文献：

[1]高红俐，朱楷勇，龚澳，等.高频谐振疲劳机载荷测量误差建模分析及试验夹具优化设计[J].中国机械工程，2019，30（22）：2675-2682.

[2]郑伟，孙见君，马晨波，等.汽车轮毂加工夹具的研究现状及展望[J].吉林大学学报（工学版），2022，52（1）：25-36.

[3]秦国华，邱剑鹏，王华敏，等.基于最大公共子图挖掘和装夹性能分析的夹具耦合设计方法[J].机械工程学报，2019，55（17）：185-199.

[4]刘坚，宋韬.《工件用圆柱孔定位的定位误差分析》教学方法的探讨[J].轻工科技，2014，30（9）：156-157.

[5]宋新华，徐政坤，宋斌.定位误差的原因和性质及计算方法[J].装备制造技术，2009（2）：63-64.

[6]樊琳.工件定位误差与“三个基准”关系的分析计算[J].装备制造技术，2007（7）：127-128.

[7]李水良，马心坦.全方位讲授“定位误差”[J].中国现代教育装备，2011（13）：65-67.

[8]李志义，王泽武.成果导向的课程教学设计[J].高教发展与评估，2021，37（3）：91-98.

[9]徐胜媛.“通过模拟实验探究膜的透性”实验的教学设计[J].生物学教学，2021，46（1）：46-48.

[10]王宝玺.汽车制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，2007：35-43.