先進制造技術在工程訓練中的教學實踐與探索

李永亮　夏洪均

摘要：先進制造技術在工程訓練教學中的應用，對高等工程教育實現工程人才培養、認知學習、創新訓練、科研探索等方面具有重要意義。重慶工商大學立足工程訓練中心設備及實訓現狀，在工程訓練中廣泛開展以激光加工技術、3D打印技術為主的先進制造綜合實訓。該實訓模塊教學實施的是基礎型實訓，同時結合專業課程學習、大學生創客工作室、學科技能競賽、畢業設計等的實際需求，進行先進制造技術的拓展提升，實施綜合創新實訓，效果良好。

關鍵詞：先進制造技術實訓；3D打印實訓；激光加工實訓；教學實踐與探索

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）31-0154-02

一、引言

工程訓練是我國特有的工程實踐教學方式，是我國高等工程教育的重要組成部分[1][2]。區別于德國職業精英教育模式和美國的經濟、技術等為一體的多樣化實踐培養模式，我國高等工程實踐教學具有其特殊性，即在工程訓練教學過程中既要實現工程認知學習、實踐教學、創新訓練、科研探索等內容，又要承擔為社會培養工程人才的使命[3，4]。

二、先進制造技術實訓課程建設

“教育回歸工程，教學回歸實踐”，成為當代高等工程教育改革的主流趨勢。如何做好工程實踐教育，是當前世界性的熱門教育話題。目前，高校實踐教學學時不足，工科學生實踐動手能力薄弱，非工科學生工程意識欠缺等，已成為高等學校工程教育的發展瓶頸，因此盡快改變這種現狀，已成為刻不容緩的重要任務。

1.先進制造技術實訓教學目標。當前，我校開展的先進制造實訓內容主要有兩個部分，一部分是激光加工技術，另一部分是3D打印機技術，其實訓教學目標如下。（1）激光加工技術的教學目標：通過介紹激光加工技術工作原理、技術應用、發展前景、項目設計與設備操作等基本知識，讓學生熟悉激光加工的工藝特點、應用范圍及機床的安全操作規程，并能熟練應用Auto CAD軟件、CAXA、CorelDraw、文泰刻繪圖形處理軟件等工具完成實訓項目教學內容。此外，有條件的實施激光實訓室的開放，對有實際需求的學生進行激光加工技術的拓展提升，達到提升技能、培養創新能力的綜合目的。（2）3D打印技術的教學目標：通過介紹快速成型技術的分類及應用，讓學生了解不同3D打印技術（FDM/SLS/SLA）的成型原理、應用、工藝特點等基本知識，掌握FDM熔融沉積式成型加工的模型三維設計與處理的基本方法、工藝參數設置、設備調試、作品打印等內容，同時將3D打印技術與其他的工程訓練技術實踐、專業課程實踐、學科技能競賽、創客工作室等內容相結合，提升學生的創新綜合實訓能力。

2.先進制造技術實訓課程設置。我校工程訓練中心實踐教學面向的對象主要為我校低年級的理工科本科學生，其專業分為機械類專業和近機械類專業。鑒于實習學生的專業不同，學科背景知識水平存在差異，先進制造技術實訓課程總體結合學生的專業、知識背景、專業發展要求實施分層次、差異化的教學。

3.先進制造技術實訓室設備支撐。當前，我校立足現有的工程訓練中心基礎設施條件，通過設備購置、內部資源整合，已實現先進制造實訓實驗室的構建，總體配置金屬激光切割設備1臺，非金屬激光雕刻設備1臺，快速動態激光打標機1臺，FDM熔融固化式3D打印技術12臺，SLA-Pegasustouch 3D打印機2臺，電腦若干。

4.先進制造技術實訓室教學方法。先進制造技術實訓教學模塊中，教學方法上總體圍繞技術認知、創新設計、綜合實訓等能力培養方向呈梯次展開教學，綜合應用理論講述、案例演示、啟發討論式演繹、自主探究式實踐操作、頭腦風暴式創新設計、作品多樣化評估等教學方法貫穿實訓過程。教學體系呈現基礎訓練、專業訓練、專業實踐三個梯次。

三、先進制造技術實訓的效果與探索

1.3D打印教學效果。經過近兩個學期的3D打印技術實訓教學的開展，3D打印已成為學生最喜歡的實訓課程之一，總體呈現以下幾個特點：一是3D打印技術實訓給廣大學生帶來全新的制造理念和技術手段，同時對學生學習三維CAD建模，協同學習機械設計、機械原理的相關專業知識有很好的促進作用；二是3D打印技術實訓淡化了機械專業與其他工科專業的專業性差異，讓制造變得更簡單、更時尚；三是3D打印技術實訓對開展大學生創新創業教育有著巨大的促進作用，同時促進了各類技能大賽從設計到制造的產品快速成型過程；四是3D打印技術對促進學校科研、促進教師教學等活動的有序開展，起到很大的作用。

2.激光加工實訓效果。我校金屬激光切割作為一種先進制造技術實訓應用主要體現在板材切割，經過實訓課程的教授，學生能獲得以下收獲：一是了解激光作為先進制造技術在工業生產中的典型應用及加工范圍；二是促進學生對二維CAD設計技能的應用與提升，加深對工程制圖的理解；三是廣泛把激光技術與專業技術、業余愛好興趣相結合，提升學生自主學習的興趣和主動性；四是促進大學生創新創業教育的發展。

3.先進制造技術實訓發展探索。（1）總體呈現出單一模式為主，限制了綜合創新能力的發展，應變單一實訓模式為綜合實訓模式，注重多技能、多方法的結合，注重把3D打印技術的培養與金屬激光切割技術的培養綜合起來，開展綜合實訓項目。（2）把學生的基礎知識、專業知識、興趣愛好結合起來，從培養興趣到自主學習、深化綜合能力的提升，著力體現面向未來職業發展需求的工程綜合素養的提升，建立工程素質、工程文化、綜合創新與實踐為一體的訓練模式。（3）先進制造技術實訓應從項目驅動法的教學擴展至以產品和服務為導向的綜合設計制造項目運作體驗，將工業制造中的科學、技術、經濟、管理、工程實踐等融為一體，建立工業生產和服務意識。（4）先進制造技術實訓應在促進教學、科研發展的基礎上，協調多學科、多領域的協同發展，促進創新創業教育發展，形成智能型的先進制造技術實訓體系。

四、小結與展望

工程訓練是在工科高校內實施工程實踐教學的基礎性平臺，是一種新的實踐教學模式，是具有中國特色的工程實踐教育理念和教學模式的創新，具有通識性基礎工程實踐教學特征。廣泛開展基于3D打印技術、激光加工技術為核心的先進制造技術實訓，對協調各專業、各學科的協同發展，促進科研與教學的協同發展，提升學生綜合工程素養，與時俱進，發展新技術，發展創新創業教育，形成圍繞智能制造為核心的工程教育模式，具有重要意義。

參考文獻：

[1]孫康寧，傅水根.淺論工程實踐教育中的問題、對策及通識教育屬性[J].中國大學教學，2011，（9）：17-20.

[2]傅水根.我國高等工程實踐教育的歷史回顧與展望[J].實驗技術與管理，2011，28（2）：1-4.

[3]張安富，劉興鳳.實施“卓越工程師教育培養計劃”的思考[J].高等工程教育研究，2010，（04）：56-59.

[4]覃凌云.歐美工程師的培養模式及認證研究[D].華東理工大學，2012.