面向卓越工程師培養的“機械制造裝備設計”專業課的教學改革

摘要：本文論述了“機械制造裝備設計”專業課在面向卓越工程師培養計劃進行中所存在的問題，并針對這些問題闡述了教學改革的思想和在工作中實施的教學改革方式與方法，經過幾年的實踐，通過用人單位及社會反映，結果表明我們的教學改革具有良好的效果。

關鍵詞：卓越工程師；專業課；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A ？搖文章編號：1674-9324（2013）18-0021-03

“機械制造裝備設計”是工科院校機械工程自動化專業學生必修的一門專業課，不僅需要溫習前期所學多門基礎理論課知識，而且要接受新的專業課理論知識，另外它還是一門實踐性很強的課程，它要求以機械制造過程所需的裝備為對象，闡述機床設計、夾具設計、刀具設計、物流倉儲裝置設計、專用工業機器人等搬運工具設計和自動化生產線設計的基本理論，使學生能夠將理論應用于典型的案例工作中，初步具備機械制造裝備的設計能力、實踐動手能力、綜合分析和解決實際問題的能力。

“卓越工程師”培養計劃是教育部2009年推出的一項教育改革項目，旨在培養工科專業各類層次學生，使其達到知識、能力與素質等新的要求，需要以實際工程為背景，以工程技術為主線，培養造就一大批創新能力強、適應企業發展需要的多種類型的優秀工程師。

我校自2010年開始，以鐵路部門需求專業為對象，實施了依托產學研合作的“3+1”培養模式改革試點，幾年來的實踐表明，我們的產學研合作“3+1”培養模式具有鮮明的獨特性，專業課教授采取傳統的形式或方法已經不適應新的培養要求，故必須進行有針對性的教學改革，才能切實支撐“3+1”培養模式的實施和人才培養目標的實現。

一、課程現狀及存在的問題

“機械制造裝備設計”課程強調知識綜合性和實用性，培養綜合分析解決生產實際問題的能力，這正是“卓越工程師”培養計劃所要求的，但是目前傳統的教學方式或方法并不易達到這一目的，存在的主要問題如下：

1.現有課程內容體系是建立在知識的系統性和完整性之上的，沿用傳統的教學理念，新材料、新技術和新工藝方面的知識點較少，所用教材缺乏生產實際要求的內容。

2.現有課程實驗教學多為演示性內容，學生缺少自己動手和動腦思考的機會，難于通過實驗悟出機械制造裝備中有關部分的結構、力學性能、熱性能和實際應用之間的內在聯系。

3.企業的就業需求決定了我們學校的“卓越工程師3+1”的培養模式具有其獨特性，每家企業需要多個專業的學生構成一個培養班，而且每個專業的學生數是動態變化的，有時兩三個，有時八九個，這樣采用集中大課講授方式已經不妥。

4.現行的課程教學限于課時安排和教學大綱的要求，靈活性不足，缺少學生自主的研究性學習內容，主動積極學習的能力培養方面比較欠缺。

二、課程建設與教學改革

課程建設是一項長期而艱巨的工作，需要不懈的努力和不斷的改革，才能取得良好的效果。“機械制造裝備設計”是一門歷史發展悠久的專業課程，幾十年來其教學內容、形式一直在不斷地變化與改革中，而卓越工程師培養計劃要求其適應社會需求而再進行教學改革，我們對此進行了如下的教改工作。

（一）教學內容更新

結合當前高等教育的改革形勢和卓越工程師培養計劃的目標要求，我們走訪了五家具有代表性的企業，收集意見和建議，了解其對課程教學內容的需要，并且查閱了國內外有關本課程的教學資料，通過調研討論等一系列活動，明確了課程的最新基本目標和任務，提出了強化教學內容的先進性和應用性，明確了重要知識點，形成了新的各章教學內容體系。

（1）機械制造裝備設計方法，主要講授機械制造裝備設計的類型、方法和評價。

（2）金屬切削機床設計，主要講授與金屬切削機床設計有關的基礎理論知識，如機床運動學原理、工件表面形成方法、機床功能原理圖設計、剛度、抗振性、熱變形、噪聲、磨損和低速運動平穩性，金屬切削機床總體設計方法和總體結構方案設計及機床主傳動系統、進給傳動系統、主軸部件、支承件、導軌、機床刀架和自動換刀裝置的設計。

（3）工業機器人及其作業線設計，主要講授工業機器人及其分類、工業機器人運動學設計、動力學設計方法、工業機器人機械系統設計和控制系統的設計方法。

（4）機床夾具設計，主要講授機床夾具設計的要求、夾具功能、夾具機構、刀具導向機構，分析典型機床夾具結構。

（5）物流系統設計，主要講授物流系統的功能和應滿足的要求、物流系統總體及上料裝置設計、機床間工件傳送裝置設計和倉儲系統設計方法。

（6）機械加工生產線總體設計，主要講授機械加工生產線設計應遵循的原則、基本組成、生產工藝方案設計、生產線工藝方案制定原則、總體設計方法、加工設備的選型、生產率及經濟性核算和柔性制造系統的設計特點。

（二）教學方法和教學手段改革

（1）從國家戰略需求的高度激發學生學習熱情。為使學生充分認識到裝備制造業是國家的重要支柱產業，在緒論中以近幾年鐵路高速發展所需重大裝備為例，詳細講解動車制造所需重大裝備設計制造中的關鍵技術與難點問題，激發學生的學習興趣，鼓勵學生學好機械制造裝備設計這門課程，面對強大的市場和國家戰略需求，學生有責任和義務發展中國自己的制造裝備產業，搶占技術的制高點。

（2）引入最新研究成果豐富授課內容。①在講解《機床支承件》這一單元時，主講老師結合自己的科研成果，分析目前常用支承件材料性能，總結其各自的優缺點，提出應用復合混凝土技術制造精密機床支承件的優越性，其不但技術性能優良，而且制造成本低廉環保，符合國家發展綠色制造的戰略要求。②在講授機床夾具設計環節時，引入教師科研工作中經典的機床夾具實例，圖文并茂地講解夾具定位布局優化技術以及設計中應注意的問題，開拓學生的視野，增強學生對實際工作的感知力，同時吸引學生對今后實際工作的向往。③在講授《物流》這一章時，鑒于課本上的內容非常凝練和概括，為便于學生直觀理解，結合工程中的實際案例“汽車生產廠新線物流系統設計思路和方法”進行有針對性的講解，使學生的印象加深，更加符合學生的認知規律。④緊跟機械制造裝備的發展趨勢，在增大演示實驗比例的同時，讓學生們盡可能動手參與實驗，引發學生的深度思考與理解。

鑒于數控加工和工業機器人裝備的廣泛應用，開設工業機器人和五軸數控加工演示實驗的同時，讓學生盡可能在指導教師的引導下動手參與實驗，使學生了解這些先進裝備的基本原理、國內外差距以及結構設計、自動控制和運動幾何規劃在先進裝備開發與操作中的重要性。

（4）應用現代教育技術和現代化教學手段。由于講授內容增加和學時減少，促使我們改進傳統授課方式。針對教材自制了內容豐富的多媒體課件，在電子教案中，不僅有大量的機床單元部件等實物圖片，還有刀庫自動換刀、部分加工中心、自動立體倉庫的錄像演示。采用板書、多媒體、視頻與網絡等多種教學手段完成教學。

（5）教學方法、作業、考試等教改措施。作業形式多樣化，除了常規作業以外，還要有學生進工廠的參觀學習心得、參加工程實際項目的總結報告等。考試由實驗成績、作業和筆試三部分組成。根據每章節內容的不同，分別采用直觀感知教學法、抽象思維和形象思維并行教學法、啟發式教學法、師生互動教學法、交互分析教學法、多彩描述突出重點法和個性表述法等。

上述教學方法在每個教學環節中分別不同程度地得到了體現，以形象逼真的啟發式教學，為學生創造了一種分析理解問題、歸納和推理、聯想或想象的思維空間，并輔以精心設計的題目，包括課堂作業、課程設計、實驗各個教學環節的題目，找到了一條達到教學目標的有效途徑。它具有交互性、集成性、自適應性和可編輯等特點，大大地提高了教學效果及效率。

三、結束語

本文通過“機械制造裝備設計”專業課的教學改革，針對傳統教學中不適應卓越工程師培養計劃要求的問題，提出了該課程的教學改革的思想和在工作中實施的教學改革方式與方法，經過幾年的實踐，不僅提高了教師系統化并多樣化教學能力，而且使學生的學習積極性和主動性有了較大提高，綜合分析和解決實際問題的能力培養環節也得到了進一步加強，通過調研就業于社會的幾屆“3+1”卓越工程師畢業生及所在單位的反饋意見，證明我們的專業課教學改革是成功的，收到了良好的效果。

參考文獻：

[1]林健.面向“卓越工程師”培養的課程體系和教學內容改革[J].高等工程教育研究，2011，（5）：1-9.

[2]梁利東，許德章，于華.機制專業卓越工程師培養模式下的教學內容和實施方案的研究[J].科技創新導報，2011，（29）：187-188.

[3]劉建強.德國應用科學大學模式對實施“卓越工程師培養計劃”的啟示[J].中國高教研究，2010，（6）：50-52.

[4]李延斌，高有華，田方，姜彤.面向培養卓越工程師的機械設計基礎課程改革[J].實驗技術與管理，2012，（4）：231-233.