问题驱动教学模式在机械制造工艺学中的应用

　　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。

　　《制造业自动化》由北京机械工业自动化研究所主办，《制造业自动化》杂志是自动化领域的综合性技术期刊，在行业内具有广泛的影响力。杂志社聘请制造业自动化领域的社会知名人士和技术专家组成(bian)(wei)会，确保稿件的科技性、理论性和前沿性。

　　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)理论建模與分析

　　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销孔负荷显著增加，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。