先進制造技術課程工程化教學法的構建與實踐

包幸生　徐福林　曹永潔

摘 要 面對先進制造技術發(fā)展快、知識新、內容廣的特點，結合高等職業(yè)教育機械類專業(yè)培養(yǎng)“應用型”工程實踐高素質人才的培養(yǎng)目標，分析先進制造技術課程的教學目標和課程內容，提出了基于工程實踐的工程化教學法，通過理論內容工程化，融理論教學于實踐教學之中。隨機選取兩機械類行政平行班為樣本，一班采用傳統(tǒng)的理論課程授課，另一班采用工程化方式授課，采用單因素等組分析法，比較兩行政班對課程的掌握程度和培養(yǎng)目標達成情況，后者明顯好于前者，驗證了工程化教學效果優(yōu)于傳統(tǒng)的理論課程授課。

關鍵詞 先進制造技術 工程化教學

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.03.044

0 引言

先進制造技術，是指制造業(yè)不斷吸收機械、電子、信息、能源及現代系統(tǒng)管理等方面的成果，并綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的全過程，以實現優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態(tài)多變的產品市場的適應能力和競爭能力并取得理想經濟效果的制造技術。①②③通過該課程的學習，學生能夠擴大知識面，了解制造業(yè)的前沿技術。但它理論性強，這些技術仿佛離我們十分遙遠，導致學生學習興趣不高，投入不足，效果較差。為了改善教學效果，通過分解課程教學目標和課程內容，整合學校軟、硬件資源，建立若干工程化生產過程來展現這門課程的主要內容，理論聯系實際，讓學生從感性認識出發(fā)去學習該課程，從而調動學生學習積極性，提高學習效果。

1 教學目標與課程內容的分解

先進制造技術課程是高等職業(yè)院校機械類專業(yè)的一門核心專業(yè)課，其任務是使學生掌握先進制造技術的原理和方法，為今后從事制造業(yè)工程技術工作打下良好基礎。課程總體目標是使學生對先進制造系統(tǒng)及其主要的先進制造技術有一個基本了解，并掌握先進制造系統(tǒng)的構成，分析、決策、規(guī)劃設計的基礎知識和方法，從而成長為“應用型”工程實踐高素質人才，總目標可以細分為：知識目標、能力目標和素質目標。

知識目標：學習先進制造工藝，如精密、超精密加工工藝，超高速加工工藝，特種加工工藝和快速原型技術； 理解現代設計方法，如計算機輔助設計（CAD），三維造型設計，有限元仿真設計，反求設計和綠色設計等；了解最新自動化技術，如計算機輔助工藝編制（CAPP），計算機輔助制造（CAM），柔性制造技術（FMS），計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS），智能制造系統(tǒng)（IMS），數控加工技術等；運用現代管理技術，如企業(yè)資源計劃（ERP），產品數據管理（PDM），準時生產（JIT），精益生產（LP），和敏捷制造（AM）等。

能力目標：掌握多種先進制造技術的知識和理論，依據生產實際需求，能夠有針對性地正確選擇相關制造工藝并組織實施；能夠分析比較不同工藝方案的優(yōu)缺點，并具備更加經濟地選擇加工工藝的能力；能夠規(guī)劃設計工藝流程，并擁有解決關鍵工藝的能力。

素質目標：養(yǎng)成查閱國內外資料的習慣，自覺學習新知識、新技術，積累經驗并能舉一反三；培養(yǎng)良好的思想政治素質、較強的組織能力和團隊合作能力。

該課程的主要內容包含四大類：④⑤現代設計技術、先進制造工藝、自動化技術、系統(tǒng)管理技術，每一類可以進一步細分，形成很多技術方向，如圖1所示。

2 工程化教學的構建原則

普通的課程實驗，往往僅是針對本課程某個知識點展開的，一般由教師主導，學生在一旁學習，并在教師指導下操作，它是以教師為中心的一種教學方式。與課程實驗不同，該課程的工程化教學，依托工程項目，以學生為主體，在教師指引下，學生組成幾個小團隊去完成任務。工程的每個階段，老師需及時恰當地傳授相關理論知識和實際操作技能，理論與實踐融為一體，學生既學習了理論知識，又鍛煉了實踐能力，并且學會了發(fā)現問題分析問題和解決問題的能力。為了更好地完成教學內容，達成教學目標，構建工程化實踐時，必須遵循以下原則：

（1） 保證主要教學內容全覆蓋：不同于課程實驗，工程化教學是對課本內容的學習，把課本內容融入工程項目中，為了使學生能夠全面學習相關先進制造技術的理論知識，工程實踐需涵蓋該課程的主要教學內容。

（2）突顯教學特色：我院已有很多與先進制造技術相關的軟、硬件資源，構建工程化實踐時，結合我院實際情況，突顯本課程的教學特色。

（3）與學生現有水平相適應：工程項目不能太難，否則會使學生望而生畏。從高等職業(yè)院校學生的實際水平出發(fā)，采用中等復雜的項目，既能培養(yǎng)學生興趣，又能提升學生能力。

（4）緊跟世界前沿制造技術：先進制造技術日新月異，工程實踐需經常更新，不斷完善，緊跟世界制造技術的步伐。

3 工程化教學的構建與實踐

面對先進制造技術發(fā)展迅速、知識新穎、內容廣泛的特點，結合高等職業(yè)教育機械類專業(yè)培養(yǎng)“應用型”工程實踐高素質人才的培養(yǎng)目標，基于學院現有的先進軟、硬件資源，設計一系列工程化實踐，涵蓋該課程主要教學內容，融理論教學于實踐教學之中，通過工程化教學，實現知識目標、能力目標和素質目標的達成。

工程化實踐一：選擇中等復雜的電機主軸，借助三坐標測試儀和三坐標掃描儀進行測量，實現反求工程，采用現代設計技術對產品進行優(yōu)化設計、可靠性設計、綠色設計，并且進行有限元仿真；運用自動化技術和先進制造工藝技術對設計的產品進行加工；使用現代管理技術ERP進行管理。

工程化實踐二：以UG、PRO-E等軟件實現現代設計，并制造仿真CAPP/CAE/CAM，最后運用在數控機床上，實現現代設計，虛擬制造和仿真，數控復合加工技術。

工程化實踐三：以UG等三維軟件實現現代設計，結合3D打印機，實現現代設計思想和快速原型技術的結合。

工程化實踐四：以水刀機床、線切割等特種加工技術實現先進制造工藝的學習。

工程化實踐五：以柔性制造單元為依托，實現柔性制造技術的學習工業(yè)機器人的學習。

通過以上五個工程化實踐的構建，涵蓋了絕大部分先進制造技術的課程內容，再通過企業(yè)參觀的方法，適度補充一些網絡制造、虛擬制造、納米加工、生物制造等先進技術，實現課程內容全覆蓋。工程實踐過程中，學生學習了先進制造技術的相關理論和知識，達成知識目標，培養(yǎng)了多種能力，達成能力目標，提高了學習的主動性和加強了團隊合作精神，達成素質目標。各個目標與工程實踐之間的層次關系如圖2所示。

4 工程化教學的效果分析

充分發(fā)揮學校軟硬件資源的先進優(yōu)勢，再補充采購一些新的先進制造技術設備和仿真軟件，構建完成以上五個工程化實踐基地，隨機選取兩機械類行政平行班為樣本，每班各35名同學，一班采用傳統(tǒng)的理論課程授課方法，另一班采用工程化方式授課，學期末采用相同的考核方式，采用單因素等組分析法，比較兩行政班的教學目標達成情況，知識目標、能力目標和素質目標達成方面，工程化教學班級顯著好于對比的平行班，驗證了工程化教學效果優(yōu)于傳統(tǒng)的理論課程授課效果。

5 結論

構建工程化實踐基地，采用工程化教學方式，能夠充分調動學生的學習興趣，更好地掌握知識、鍛煉能力和提高素質。在實施工程化教學過程中，也發(fā)現一些不足之處：工程化實踐不能全部覆蓋當前的所有先進制造技術內容，需進行必要的理論補充；先進制造技術是在不斷發(fā)展的，工程化成本太高，必須依附于其它實訓中心。

注釋

① 楊叔子，吳波.先進制造技術及其發(fā)展趨勢[J].機械工程學報，2003.39（10）：73-78.

② 隋廣洲，弓滿鋒，李忠.論先進制造技術的發(fā)展趨勢及特征[J].新技術新工藝，2012（6）：7-11.

③ 孫燕華.先進制造技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015：2-8.

④ 歐陽陵江，張劍.高職先進制造技術課程的教學現狀及改革探討[J].教育教學研究，2015.11（7）：41-43.

⑤ 楊叔子，吳波，李斌.再論先進制造技術及其發(fā)展趨勢術[J].機械工程學報，2006.42（1）：1-4.