機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)教學的改革實踐

楊樂

（東北大學秦皇島分校，河北 秦皇島066000）

一、改革實踐教學體系內(nèi)容

機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)主要培養(yǎng)在工業(yè)生產(chǎn)第一線從事機電產(chǎn)品設(shè)計、制造、技術(shù)應用與運行管理等方面的復合型工程技術(shù)人才。在教學理念上，應以知識為基礎(chǔ)，能力為重點，將知識與能力教育協(xié)調(diào)展開。因此，培養(yǎng)機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)人才的實踐能力是重點，須改變傳統(tǒng)的教學理念，創(chuàng)新思維，改革實踐教學體系。在教學改革實踐中，加強基礎(chǔ)理論知識與實踐的有機結(jié)合[1]。在教學過程中綜合考慮學生在學習方面相關(guān)的興趣愛好，增設(shè)實踐課程，使學生的創(chuàng)新能力及學習能力得到全方位提升。在增強學生專業(yè)基礎(chǔ)理論知識的基礎(chǔ)上，為學生增加更多與專業(yè)有關(guān)的實踐機會。

依據(jù)綜合實踐、實驗教學、實習與畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)的走向，圖1的改革實踐體系呈現(xiàn)出該專業(yè)教學的實踐改革模式。

全部教學環(huán)節(jié)中，該改革體系可使學生的創(chuàng)新精神與實踐能力緊密聯(lián)系，依據(jù)“實際、實干、實地、實效”四個方向體現(xiàn)實踐改革教學體系優(yōu)勢[2]。為確保各個實踐教學改革環(huán)節(jié)具備清晰的技能、能力與方法培訓要求，需將教學內(nèi)容與工程實際密切相連，即“實際”；在教學條件與要求上，確保指導教師到位、學生動手，即“實干”；為培養(yǎng)學生在真實工程環(huán)境下的工作能力并提高素質(zhì)，需在實驗室、實訓中心與校內(nèi)外實習基地中完成全部實踐教學內(nèi)容，即“實地”；為保證每次實踐教學活動均有實際收獲，教師需依據(jù)實踐性質(zhì)和評價標準，對學生提交的各項實驗、實訓、設(shè)計及設(shè)計作業(yè)（成果）進行認真批閱與點評，即“實效”。例如在“CAD/CAM和數(shù)控加工綜合訓練”中，若要依據(jù)最終上交合格的零件與規(guī)范實踐報告獲取綜合實踐成績，就需學生掌握零件的三維造型、自動編程、數(shù)控加工、加工質(zhì)量檢測與分析。

（一）綜合實踐改革

機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)的綜合實踐是影響該專業(yè)學生學習效果的重要因素，綜合實踐環(huán)節(jié)也可以延伸與補充基礎(chǔ)理論知識課程。傳統(tǒng)高職院校的機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)教學里，基本以加強學生基礎(chǔ)理論知識為主，綜合實踐改革后則以加強實踐教學內(nèi)容的設(shè)計性、綜合性、操作性為主。高職院校需考慮該專業(yè)的特點與實際教學需求，為該專業(yè)擴充不同的實踐課程，依據(jù)差異教學需求使設(shè)計的實驗教學環(huán)節(jié)具備功能性、專業(yè)性。在每個教學環(huán)節(jié)中增加專業(yè)性以及綜合實踐課程內(nèi)容。為擴展學生專業(yè)知識視野、優(yōu)化培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維，就要鼓勵學生對專業(yè)內(nèi)自己感興趣的內(nèi)容與專業(yè)的擴展內(nèi)容開展深入研究。

圖1 改革實踐教學教學體系框圖

（二）實驗教學改革

提高機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)學生實踐能力與綜合能力的有效途徑是改革實驗教學內(nèi)容，設(shè)計具備開放性、創(chuàng)新性的實驗教學內(nèi)容，前提是必須與機械設(shè)計制造及自動化課程基礎(chǔ)理論知識相關(guān)。實驗教學環(huán)節(jié)中，教師只需負責引導學生完成實驗，學生按照教師規(guī)定的實驗題目，遵循自己的想法獨自設(shè)計和專業(yè)課程有關(guān)的實驗方案，根據(jù)自己設(shè)計的方案尋找所需的實驗器材，實驗報告獨自分析完成。根據(jù)所設(shè)計的實驗教學內(nèi)容，最大程度地呈現(xiàn)學生教學實踐環(huán)節(jié)中的主體性。

1.增加開放性與創(chuàng)新性實驗教學

在實驗教學內(nèi)容方面增設(shè)開放性的實驗教學，前提是學生要有扎實的基礎(chǔ)知識與良好的操作技能。因此，在實際教學時，有關(guān)學生的操作能力和基礎(chǔ)理論知識方面，教師要不斷進行引領(lǐng)與指導，確保開放性實驗的實踐教學環(huán)節(jié)可最大程度地達到預期效果。

創(chuàng)新性實驗教學是以工程實際應用為出發(fā)點，著重培養(yǎng)工程基本知識與實踐能力。在實驗教學內(nèi)容方面，要注意減少驗證性實驗，增加創(chuàng)新性實驗。在創(chuàng)新性實驗教學設(shè)計中，增加了單獨實驗課程、CAD/CAM綜合訓練環(huán)節(jié)與學生課外創(chuàng)新活動。創(chuàng)新性實驗模塊構(gòu)成如圖2所示。

機械制造技術(shù)教學是學習機械類專業(yè)知識的基礎(chǔ)，其中包含金屬切削原理與刀具設(shè)計、機械制造工藝、互換性及技術(shù)測量等方面的知識。CAD/CAM技術(shù)教學是零件從設(shè)計到制造集成過程的教學，其中包含CAD/CAM軟件的設(shè)計與制造功能。數(shù)控機床原理與結(jié)構(gòu)教學是運動軌跡設(shè)計方法與數(shù)控機床每個部分結(jié)構(gòu)等方面的知識教學，其中包含傳統(tǒng)數(shù)控機床和現(xiàn)代開放式結(jié)構(gòu)數(shù)控機床的構(gòu)成、工作原理、控制原理，步進電機與伺服電機的工作原理、調(diào)速原理。數(shù)控機床編程與操作教學是數(shù)控機床編程的基本知識、數(shù)控加工的工藝分析及處理、數(shù)控刀具的選用、典型數(shù)控系統(tǒng)的編程指令含義、機床操作方法、手工編程和自動編程方法等知識的教學。電氣控制技術(shù)教學是電氣控制的基本知識、傳感檢測知識、液壓和氣壓傳動等知識的教學。數(shù)控機床開發(fā)與設(shè)計教學是數(shù)控機床的機械設(shè)計與數(shù)控系統(tǒng)的電氣設(shè)計、開放式數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計和樹精系統(tǒng)的開發(fā)等知識的教學。

對此，要進一步完善實驗課程環(huán)節(jié)與實驗內(nèi)容，在工程訓練實驗里增設(shè)課外輔導性實驗，將教師指導為主改成教師指導為輔，主要由學生參與實驗。在實驗教學過程中添加電教設(shè)備，通過進行多媒體教學、實驗教學、儀器設(shè)備等實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡化管理，擁有多媒體開放實驗教學的軟硬件環(huán)境，實現(xiàn)現(xiàn)代化手段的實驗。采用“注重基礎(chǔ)、重視能力、爭取創(chuàng)新”原則，增強學生科研精神、創(chuàng)新意識與實驗能力。

2.自主研制實驗器材

機械設(shè)計及自動化、機械制造及自動化兩個方向的課程均屬于機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)。根據(jù)學生實踐能力在專業(yè)方面的要求不一樣，學校自行研究與制作兩套綜合實訓平臺，其中包括機械加工工藝綜合訓練平臺與光機電氣一體化綜合實訓平臺。

機械加工工藝綜合訓練平臺可以加強學生對機械加工工藝相關(guān)教學內(nèi)容的理解，主要包括實驗教學、實習以及畢業(yè)設(shè)計等內(nèi)容。光機電氣一體化綜合實訓平臺可以開展開放式、項目式實踐教學，將多學科知識集于一體，其中包括機械、電子、光學、控制、計算機等學科，完成從設(shè)計到系統(tǒng)調(diào)試等內(nèi)容的工程實踐。

通過自主研制的綜合實訓平臺，增加多種綜合性實驗與設(shè)計性實驗，使實驗教學的綜合性、設(shè)計性得到提升，同時加強實驗教學的生動性，能夠?qū)I(yè)課程基礎(chǔ)理論知識教學與實驗課程實踐教學結(jié)合到一起，使理論知識能夠在實踐中應用，實驗教學成果得到顯著提升。自主研制實驗器材，在提升學校教師教學水平的同時也能提升學生創(chuàng)新能力。學生對實驗課程產(chǎn)生興趣，有利于對專業(yè)基礎(chǔ)理論知識加深印象，增強其在實驗教學環(huán)節(jié)中的積極性與主動性，使學生的實踐能力、科研能力與創(chuàng)新能力得到提升。

（三）學生實習改革

根據(jù)該專業(yè)特點，與大中型企業(yè)簽訂產(chǎn)、學、研、用合作合同，構(gòu)建校企合作實踐教學基地，包括高校和生產(chǎn)現(xiàn)場基地。校企合作實踐教學基地如圖3所示。

在實踐過程里漸漸形成并不斷完善“雙參三聯(lián)合”的運作機制，即：企業(yè)在教育學生基礎(chǔ)理論知識時可以參與其中；企業(yè)生產(chǎn)時學生可以參與其中；教學策略由學校與企業(yè)聯(lián)合制定，聯(lián)合開展實習教學。通過這種運作機制，將單一封閉的校園教育融合到大的工程環(huán)境中，直接將專業(yè)課程內(nèi)容融入到現(xiàn)代化生產(chǎn)中，并使其具有動態(tài)的與生產(chǎn)同步的功能。

這種運作機制在運行時采用行之有效的產(chǎn)、學、研、用相結(jié)合的教學方法，包括生產(chǎn)現(xiàn)場教學、生產(chǎn)現(xiàn)場畢業(yè)實習、強化學生工程訓練與整體素質(zhì)培養(yǎng)。建立一種監(jiān)控制度，可以聯(lián)合檢查現(xiàn)場教學質(zhì)量，聘用企業(yè)相關(guān)人員對學生生產(chǎn)實習、畢業(yè)實習進行評價。注重對畢業(yè)生的跟蹤與信息反饋，了解企業(yè)對人才培養(yǎng)質(zhì)量的反饋，逐漸完善人才培養(yǎng)目標與教學體系。

學生在生產(chǎn)學習與畢業(yè)實習中，通過生產(chǎn)勞動跟班和專題考查相組合的方法，對企業(yè)生產(chǎn)過程中存在的問題進行現(xiàn)場分析與檢測，在工程應用方面使學生能夠有親身的感受。

（三）畢業(yè)設(shè)計改革

畢業(yè)設(shè)計在實踐教學改革中很重要，學生可以將學到的基本理論知識與技能結(jié)合，在出現(xiàn)實際問題時能夠快速解決。近幾年畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量開始不斷降低[3]，這一問題中包含選題準確性不高、設(shè)計方案無法實施、設(shè)計圖紙有問題、抄襲、說明書不規(guī)范等現(xiàn)象。提升畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量的前提是對畢業(yè)設(shè)計的所有過程進行質(zhì)量監(jiān)控[4]。因此，通過畢業(yè)設(shè)計改革，完善畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量監(jiān)控方式，依據(jù)不同規(guī)定，強化對不同教學環(huán)節(jié)過程的管理，使畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量得到提高。

1.監(jiān)控前期質(zhì)量

畢業(yè)生準入監(jiān)控。畢業(yè)前補考經(jīng)常在畢業(yè)設(shè)計期間出現(xiàn)，部分學生補考科目多至9門，還有補考科目超過9門的學生，形成補考復習與畢業(yè)設(shè)計爭搶時間的局面，導致畢業(yè)設(shè)計時間減少。畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)所制定的規(guī)定，能夠了解學生對于基礎(chǔ)知識、理論知識和實踐環(huán)節(jié)的掌握程度，嚴格把控入口關(guān)，在最后一學期結(jié)束后，基礎(chǔ)知識理論課與實踐教學環(huán)節(jié)不及格課程總數(shù)少于5門（包括5門）的學生，需以書面申請的形式，綜合考慮課程重修和畢業(yè)設(shè)計的時間問題，并獨自制定相關(guān)計劃，指導教師同意該計劃后可以進入畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，需一年以后重新開始畢業(yè)設(shè)計的學生是超過4門不及格課程的學生。

指導教師準入監(jiān)控。指導教師是開展指導、檢查與管理學生畢業(yè)設(shè)計的主體。教師職稱為講師及以上級別同時具備相關(guān)工作經(jīng)驗者可以作為指導教師。按照指導教師的不同知識結(jié)構(gòu)進行分組，使指導教師形成數(shù)個指導小組，每個指導小組要有兩個以上的教師組成，便于實施綜合性的畢業(yè)設(shè)計課題。

選題監(jiān)控。畢業(yè)設(shè)計選題基于綜合性、實用性和量力性原則開展。綜合性原則應確保畢業(yè)設(shè)計滿足該專業(yè)對人才的綜合培養(yǎng)要求，所選的設(shè)計題目以機械制造為主，還要涉及該專業(yè)的應用技術(shù)，同時綜合現(xiàn)代以及傳統(tǒng)設(shè)計手段確保機、電、控、液或氣結(jié)合在一起。實用性原則指遵循相關(guān)要求開展畢業(yè)設(shè)計工作，例如有關(guān)機械制造類的相關(guān)說明書要超過2.2萬字，4張A0圖以上的繪圖量（包含一張A0手繪圖），確保具有精確的工作成果。先進性原則指一人一題的選題原則，每年替換一半以上的題目。量力性原則指選題在實際環(huán)境里能夠?qū)嵤?，需要將本地教學、本單位教學、實驗建設(shè)、科研、技術(shù)開發(fā)項目相結(jié)合。

教師指導學生的數(shù)量基本少于9人，這樣能確保教師具有充足的精力，可以對每個學生進行指導。

2.監(jiān)控中期質(zhì)量

中期質(zhì)量監(jiān)控是指對學生正式開始運行畢業(yè)設(shè)計過程的監(jiān)控。在完成畢業(yè)設(shè)計過程中，有些學生不能將全部精力放在畢業(yè)設(shè)計上，原因是需要尋找工作單位，初試考研成功的學生要花費精力在復試與調(diào)劑等方面。解決方法如下：（1）提早了解畢業(yè)課題，需要學生提前一個學期聯(lián)系好指導教師；（2）指導教師需要確保有充足的時間，一個星期最少能見一次學生，每次時間要超過3小時，指導教師每周都需檢查學生畢業(yè)設(shè)計進程；（3）避免學生請假時間過長，保證在校畢業(yè)設(shè)計時間超過11周；（4）時間過去一半時完成中期監(jiān)測，例如機械制造類課題，時間過半要求圖紙與說明書等完成一半。中期檢查時沒有完成任務的學生且在校畢業(yè)設(shè)計時間少于5周的，需要延后一個半月答辯。

3.監(jiān)控后期質(zhì)量

完成畢業(yè)設(shè)計時，對于完成后的情況展開評價性監(jiān)控就是后期質(zhì)量監(jiān)控。（1）答辯前畢業(yè)設(shè)計監(jiān)控。學校重點查看學生是否根據(jù)學校制定的規(guī)則完成畢業(yè)設(shè)計；最終畢業(yè)設(shè)計是否合格，其中包含設(shè)備圖紙是否合格、根據(jù)現(xiàn)場演示實驗結(jié)果查看實驗數(shù)據(jù)是否嚴謹；根據(jù)工作日志和出勤情況查看學生是否具有答辯資格。滿足這些要求的學生擁有答辯資格，不滿足這些條件的學生延后一個半月答辯。（2）答辯過程監(jiān)控。全部答辯過程中都需有評估督導處和學校答辯委員會等成員進行檢查與指導，發(fā)現(xiàn)并解決問題。出色的畢業(yè)設(shè)計會在公開答辯中產(chǎn)生，通過指導教師以及學生兩種推薦方式產(chǎn)生公開答辯的名單，答辯委員會經(jīng)過學校畢業(yè)設(shè)計委員會聘用校內(nèi)外專家構(gòu)成并開始公開答辯。答辯不合格的學生可以修正畢業(yè)設(shè)計，在一個月后進行二次答辯。