基于應用創新能力培養的機械制造綜合實踐教學改革探索

鄭德星

摘 要： 本文分析了當前機械制造綜合實踐教學中存在的問題，以應用創新能力培養為主線，融合現代教育技術，對現有實踐教學進行了整合和擴充。增加了檢測及熱處理工藝設計等內容，增加并強化了對數控加工工藝設計的訓練，將三維CAD/CAM/CAE軟件融入機械制造綜合實踐環節，借助WAVE技術及標準件庫來輔助完成工藝規程與夾具設計。探索了以項目教學為依托、借助開放實驗室、以職業資格認證為考核目標、將綜合實踐和課堂教學相融合的松散和集中相結合的實踐教學模式。

關鍵詞： 機械制造 綜合實踐 應用創新 改革探索

培養應用創新型人才是“十二五”的重點[1]。應用創新能力培養以培養學生較強的自主學習能力、崗位適應性，具有技術創新和技術開發的二次能力為目標，培養學生的自主創新精神和創新能力[2-3]。實踐教學在應用創新人才的培養中占有重要的地位[4]。機械制造綜合實踐是和《機械制造工程學》課程理論教學配合進行的獨立集中性實踐教學，是機械制造技術由理論層次提升到應用層次、培養學生應用創新能力的關鍵環節[5-6]。通過本實踐環節，要求學生應用《機械制造工程學》及其相關課程的理論和生產實習的實踐知識，學會編制工藝規程，并進行專用夾具設計。

筆者針對當前機械制造綜合實踐教學中存在的問題，以應用創新能力培養為主線，融合現代教育技術，提出了以項目教學為依托、以職業資格認證為考核目標、采用分段考核、將綜合實踐和課堂教學相融合的松散和集中相結合的實踐教學模式。

1.當前機械制造工藝與夾具實踐教學中存在問題

1.1時間短，任務重。

機械制造工程學課程內容多而廣，注重制造流程的講解，但涉及有些具體內容又顯得不夠，這就造成了理論和工程實踐之間脫節，從而影響了教學效果。

1.2內容相對陳舊。

當前機械制造工程學課程實踐教學是以傳統機械加工為主線進行的，涵蓋了機械制造工程學課程中的大部分內容，但對現代制造技術——數控加工工藝設計的訓練很少甚至沒有，從而嚴重影響學生對先進制造技術的熟悉和掌握。

1.3忽略對熱處理工藝的訓練。

一直以來，多數院校機制專業只是簡單開設了金屬材料及熱處理課程，缺乏熱處理的集中實踐環節。學生普遍對材料的基本性質、如何選擇零件材料、怎樣進行熱處理及制定熱處理工藝等缺乏基本知識。

1.4缺乏對檢測相關工藝內容的訓練。

當前的工藝與夾具課程設計中，在工藝分析階段，雖然有對零件的技術要求和質量標準的分析，設計人員也在腦海中有對零件檢測的模糊的思路，但在后續的設計中缺乏對整機、零件及工序加工檢驗的具體設計，致使學生缺乏對典型檢測方法、設備及應用的訓練。

1.5現代教育技術應用很少。

三維CAD/CAM/CAE技術已相當成熟，并已應用于機械設計與制造的各個領域，我國也已經制定了三維設計的標準。當前的工藝與夾具實踐中，CAD技術應用以二維CAD為主，三維CAD軟件如UG、SOLIDWORK、SOLIDEDGE、PRE等基本沒有應用，對夾具結構的CAE分析基本沒有，致使學生缺乏相關能力的訓練，不利于學生應用創新能力的培養。

2.應用創新型能力培養的機械制造綜合實踐

2.1全面綜合訓練項目安排。

本綜合實踐環節在內容的安排上以培養學生全面掌握機械制造工藝流程的基本知識和基本能力為目的，以工程師執業資格認定為考核目標，在傳統的機械制造實踐內容：工藝分析、基準選擇、加工方法選擇、加工階段劃分、工序順序安排、機床及工藝裝備選用、切削用量和工時計算、編制工藝文件等基礎上，增加了工件熱處理工藝設計和檢測工藝設計等新的內容，以使學生更加全面了解和掌握機械制造全流程的知識，使培養方案和社會需求緊密結合起來。

2.2依托于項目的自主學習模式。

在課堂教學中，受限于教材篇幅和學時的限制，講授的內容多而廣，但涉及具體工程問題內容又顯得不夠。針對這種問題，在課程開始第1周，就把實踐的項目任務下發給學生，使學生明確課堂教學的內容和為完成本實踐環節需要自主學習的內容，使學生在課程學習中帶有明確的任務和目的，在訓練項目的指導下有目的性地學習，在自主學習中主動發現問題、自主解決問題。學生同時利用學校工程訓練中心的開放時間，可以對自己設計的加工工藝進行上機加工驗證。在此過程中，學生在解決工程實踐問題的過程中完成對應用創新能力的培養。

2.3分散與集中相結合的實踐模式。

本實踐訓練的內容和要求一般需要用3—4周的教學時間來完成。目前機械制造綜合實踐仍沿用了傳統的工藝與夾具設計2周的教學習慣，時間短、任務重，因而需要研究一種全新的實踐模式完成實踐。學生平時時間相對比較充裕，本實踐環節結合機械制造工程學課堂教學，在課程開始就布置下實踐任務，將實踐中原需要集中的環節分散在課程教學過程中來完成，而在集中的時間段內更多地用在工藝文件的編制和規范上，從而形成一種分散與集中相結合的實踐教學模式，解決集中實踐時間不足的問題。

2.4融合三維技術的輔助工藝規程設計。

在工程中，三維軟件如UG、SOLIDWORK、SOLIDEDGE、PRE等，已廣泛應用于機械設計與制造的各個領域，但在傳統的工藝與夾具設計實踐環節，卻缺失相關內容的訓練和能力的培養。機械制造綜合實踐環節要求學生借助當前流行的三維軟件如NX的WAVE模塊來輔助完成零件機械加工工藝設計。其流程如圖所示，為基于NX-WAVE建立的機床撥叉體快速工藝編制模板。

2.5融合三維技術的夾具設計。

在本綜合實踐中，要求學生全程應用三維軟件如NX的WAVE設計技術完成夾具從總體方案到具體的零部件設計，同時所有工程圖紙全部由三維實體模型導出。在夾具設計中，除傳統的夾緊力計算外，還要求學生運用三維軟件如NX的CAE模塊完成夾具的運動仿真及有限元分析等，借助分析結果完成對夾具結構設計的優化，從而使學生熟悉主流的CAD/CAE功能模塊的應用，具備應用CAD/CAE軟件完成工程設計和分析的能力。

2.6將數控加工工藝的訓練融合在傳統的機械加工訓練中。

現有的工藝與夾具課程設計中，學生在做工藝設計時基本上做的都是傳統的機加工藝，學生很少主動采用數控機床來完成零件加工。在機械制造綜合實踐中，在選題時，我們就有意識地選有一道或幾道工序需要借助數控加工來完成的典型工件，要求在安排工藝流程時必須至少有一道工序是采用數控加工的方式完成的，鼓勵學生廣泛采用數控機床完成工件加工。同時提供一個典型的數控加工工序卡模板供學生參考。針對數控加工工序，可直接調用WAVE工序模型完成CAM模擬加工及生成數控程序代碼，之后可進入學校開放的工程訓練中心完成實際加工及檢驗。

2.7以職業資格認定為目標的分階段考核評定。

本綜合實踐考核打破傳統的僅提供紙質文檔的考核模式，采用在集中階段提交紙質物化成果和學期末通過工程師資格認證的分階段組合考核模式。紙質物化成果和工程師資格認證各按照50%計入總評成績。

3.結語

機械制造工藝與夾具綜合實踐以應用創新型人才培養為主線，主要完成制造工藝過程設計、工序設計、熱處理工藝設計、工件及工序的檢測設計、基于三維CAD——WAVE技術的工藝過程的典型夾具設計等內容。筆者介紹了機械制造綜合實踐教學環節在我校的改革與實踐情況，推出了突出應用創新能力培養的全面綜合訓練項目安排，提出了以項目教學為依托，將綜合實踐教學融入課堂教學，提高課堂教與學的目的性、針對性的教學方法，依托開放實驗室模式的松散和集中相結合的實踐教學模式。在實踐過程中，增加了檢測及熱處理工藝設計等原來教學環節中缺失的內容；將現代制造技術及三維CAD/CAM/CAE技術融入機械制造綜合實踐環節，借助WAVE技術輔助完成工藝規程與夾具設計。通過上述措施，培養了學生的自主學習能力、獨立進行工程實踐和創新的能力，進一步拓寬了學生的知識面，培養了學生的標準化意識，有力促進了卓越工程師應用創新能力的培養。

參考文獻：

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[2]莊未，黃用華，李雪梅，黃美發，劉夫云.機器人研究在機械工程類應用創新型人才培養中的作用探索[J].教育教學論壇，2014，2：189-190.

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[4]呂明，楊勝強，白薇.機械類本科生創新人才培養與教學模式改革研究[J].中國大學教學，2009，5：28-30.

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