智能制造背景下的機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革與探索

王洪亮 云介平 趙千里

摘? 要：在智能制造背景下，為了全面提升工程教育人才培養(yǎng)的質(zhì)量，適應(yīng)新工科教育對(duì)人才培養(yǎng)的定位，本文依托常州工學(xué)院智能制造重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)學(xué)院，緊緊圍繞長(zhǎng)三角地區(qū)裝備制造產(chǎn)業(yè)的需求，通過(guò)對(duì)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀的分析，找出了教學(xué)中存在的一些不足，將智能制造、理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革。近三年的教學(xué)改革實(shí)踐表明，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革取得了顯著成效，有效提高了教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)了學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì);智能制造;教學(xué)改革;探索

中圖分類號(hào)：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1673-7164（2021）11-0130-02

高端裝備制造產(chǎn)業(yè)是江蘇省十大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，是常州的支柱性產(chǎn)業(yè)，常州智能裝備制造產(chǎn)業(yè)集群已入選國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群。智能制造是中國(guó)“中國(guó)制造2025”的主攻點(diǎn)，著力于數(shù)字化技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和智能制造裝備的應(yīng)用 [1]，智能裝備制造業(yè)的發(fā)展離不開大批高層次相關(guān)人才的支撐。機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)作為機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生必修的一門重要專業(yè)課程，是培養(yǎng)面向智能制造方向人才的重要環(huán)節(jié)。

目前，針對(duì)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革，樊榮、徐學(xué)林、孫富建等人從課程知識(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)法和基于實(shí)踐觀摩的教學(xué)方法等方面進(jìn)行了實(shí)踐與探索 [2-4]。馬可等結(jié)合“中國(guó)制造2025”對(duì)機(jī)械制造裝備人才的新需求，提出應(yīng)適時(shí)更新教材內(nèi)容，建立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，積極改進(jìn)教學(xué)方法 [5]。

課程的傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容以機(jī)床和夾具設(shè)計(jì)為主，智能控制系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人及自動(dòng)化成套生產(chǎn)線等關(guān)鍵智能裝備制造設(shè)計(jì)涉及較少，理論與實(shí)踐脫節(jié)較為嚴(yán)重，教學(xué)過(guò)程枯燥乏味。學(xué)校智能制造實(shí)訓(xùn)的設(shè)備不足，智能制造相關(guān)專業(yè)的教師資源比較匱乏，導(dǎo)致智能制造方向的人才培養(yǎng)不能滿足國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展和行業(yè)成長(zhǎng)需求 [6]。因此，為了更好地培養(yǎng)學(xué)生掌握適應(yīng)智能裝備制造要求的工程實(shí)踐和技術(shù)創(chuàng)新能力，使學(xué)生在畢業(yè)后能迅速適應(yīng)當(dāng)前智能裝備制造產(chǎn)業(yè)日新月異的發(fā)展，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革已迫在眉睫。

一、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前，課程在教學(xué)過(guò)程中存在的主要問題有：（1）教師在機(jī)床設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)等諸多章節(jié)的教學(xué)過(guò)程中，為了趕進(jìn)度，照本宣科進(jìn)行授課，學(xué)生也僅僅停留在掌握基本理論知識(shí)的層面上;（2）現(xiàn)行的課程內(nèi)容是在傳統(tǒng)機(jī)械裝備制造設(shè)計(jì)知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，沿用傳統(tǒng)的教學(xué)理念和教學(xué)方法。從分配的學(xué)時(shí)看，主要講解金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)和物流傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，已被列入“中國(guó)制造2025”優(yōu)先發(fā)展的高端數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人等內(nèi)容的學(xué)時(shí)偏少;（3）課程的教學(xué)方法單一，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)嚴(yán)重，基于智能制造背景下的機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)課程、微課、慕課等現(xiàn)代化教學(xué)資源匱乏，配套教學(xué)的教案、習(xí)題，實(shí)踐平臺(tái)等教學(xué)資源不足，難以滿足學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。課程的考核還停留在答卷考試的模式上，題目一般都是關(guān)于傳統(tǒng)機(jī)床設(shè)計(jì)的理論知識(shí);（4）該課程在授課過(guò)程中，選用的教材理論性強(qiáng)，缺乏應(yīng)用性和特色，而且教材內(nèi)容滯后，缺乏創(chuàng)新性和實(shí)踐性;（5）師資隊(duì)伍中“雙師型”教師匱乏，授課教師缺少講授該課程所需的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，尤其是缺乏智能制造裝備設(shè)計(jì)的相關(guān)工作經(jīng)歷。

二、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革與探索

（一）構(gòu)建面向智能制造的課程理論教學(xué)體系

1. 優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容

本文針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合長(zhǎng)三角地區(qū)裝備制造產(chǎn)業(yè)的人才需求，對(duì)已畢業(yè)的在裝備制造企業(yè)就業(yè)的學(xué)生進(jìn)行調(diào)研，獲取合理的“知識(shí)點(diǎn)”，根據(jù)“知識(shí)點(diǎn)”對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組和優(yōu)化，將教學(xué)內(nèi)容分為4個(gè)部分：（1）傳統(tǒng)加工設(shè)備的基本組成及設(shè)計(jì)，如機(jī)床的總體設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及主要零部件的設(shè)計(jì)等;（2）機(jī)械工藝裝備的設(shè)計(jì)，主要研究對(duì)象為刀具、夾具等;（3）智能機(jī)械裝備的設(shè)計(jì)，主要研究對(duì)象為工業(yè)機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)等;（4）輔助裝備的設(shè)計(jì)。先講述前兩個(gè)部分的內(nèi)容，讓學(xué)生打好基本功。后兩個(gè)部分的內(nèi)容結(jié)合目前智能制造背景下智能裝備制造方面的發(fā)展前沿，借助常州“智能制造名城”的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，將智能裝備制造企業(yè)相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)等過(guò)程與課程相融合。

2. 轉(zhuǎn)變課堂教學(xué)方法和手段

按照“專業(yè)認(rèn)證+產(chǎn)教融合”雙驅(qū)動(dòng)的專業(yè)人才培養(yǎng)模式，積極推廣“任務(wù)驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)法”。通過(guò)智能制造產(chǎn)業(yè)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)和項(xiàng)目導(dǎo)向的教學(xué)新方法，促進(jìn)課程內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展銜接、教學(xué)過(guò)程與企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)接、人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求融合。積極推進(jìn)“翻轉(zhuǎn)課堂”等新形態(tài)教學(xué)手段改革。利用學(xué)校智慧教室資源，集成課件、視頻、知識(shí)要點(diǎn)和參考文獻(xiàn)等資料，建立在線課程，采用課程講授、實(shí)例分析等教學(xué)方式，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問題和解決問題的能力。

3. 推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

基于真實(shí)工程項(xiàng)目，共同進(jìn)行機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)數(shù)字課程、在線課程等教學(xué)資源的開發(fā)和建設(shè)，將教材中缺失的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)等內(nèi)容及時(shí)補(bǔ)充到網(wǎng)絡(luò)課程中來(lái)。創(chuàng)立機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程的微信公眾號(hào)，推送內(nèi)容涵蓋各章節(jié)的重要知識(shí)點(diǎn)、智能裝備機(jī)械制造的加工工藝技巧、常見問題解答等，學(xué)生關(guān)注公眾號(hào)后可隨時(shí)閱覽相關(guān)知識(shí)。公眾號(hào)還可以定期推送國(guó)內(nèi)外的前沿文獻(xiàn)和相關(guān)視頻，作為學(xué)生課后的知識(shí)補(bǔ)充。

（二）構(gòu)建面向智能制造的課程實(shí)踐教學(xué)體系

以智能制造產(chǎn)業(yè)學(xué)院校企雙平臺(tái)為支撐，以項(xiàng)目為引領(lǐng)，融課程學(xué)習(xí)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練和競(jìng)賽、校企技術(shù)攻關(guān)和新產(chǎn)品研發(fā)于一體，構(gòu)建“學(xué)用研創(chuàng)”一體化課程體系。充分利用項(xiàng)目化產(chǎn)教融合課程，依托產(chǎn)業(yè)學(xué)院的資源和資金優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生參與智能裝備制造的項(xiàng)目研發(fā)、實(shí)際案例訓(xùn)練和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練等，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、工程理念、創(chuàng)新意識(shí)和交叉學(xué)科知識(shí)。

校企共建智能制造實(shí)訓(xùn)基地，把智能制造產(chǎn)業(yè)相關(guān)前沿技術(shù)融入相關(guān)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)教學(xué)。校企合作探索滿足產(chǎn)教融合需求的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)教學(xué)模式，推行面向企業(yè)真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境的任務(wù)式培養(yǎng)模式。借助學(xué)?，F(xiàn)有機(jī)床實(shí)訓(xùn)基礎(chǔ)，結(jié)合典型零部件的機(jī)械加工工藝，通過(guò)機(jī)器人、立體倉(cāng)庫(kù)、數(shù)控加工、AGV運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)手段構(gòu)建柔性可重構(gòu)智能制造生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)上料、加工、下料、檢測(cè)、裝配等全過(guò)程自動(dòng)化生產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上，全力打造基于VE2（Visual Engineering and Education）的全場(chǎng)景智能制造可適應(yīng)規(guī)劃仿真平臺(tái)，學(xué)生運(yùn)用平臺(tái)可以全面模擬體驗(yàn)智能制造產(chǎn)業(yè)的設(shè)計(jì)、仿真、演練等過(guò)程，使得工業(yè)場(chǎng)景再現(xiàn)，有效提升學(xué)生對(duì)智能制造環(huán)境的應(yīng)用能力。

（三）建立多元化課程考核評(píng)價(jià)機(jī)制

長(zhǎng)期以來(lái)，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程考核都是以期末考試為主，平時(shí)成績(jī)?yōu)檩o，期末考試以考查理論知識(shí)為主，平時(shí)成績(jī)由日?？记诤驼n外練習(xí)題成績(jī)組成。學(xué)生易形成輕實(shí)踐、重理論的不良習(xí)慣。為此，筆者在本課程的教學(xué)過(guò)程中，采用了以“N+1”為主線的學(xué)生成績(jī)考核評(píng)價(jià)體系?！癗”代表過(guò)程性考核內(nèi)容（包括微信公眾號(hào)平臺(tái)隨堂測(cè)試、凝練1～2項(xiàng)諸如柔性制造系統(tǒng)的小課題實(shí)踐報(bào)告、期中檢查、課程設(shè)計(jì)成績(jī)、作業(yè)等過(guò)程性考核），“1”代表期末考試，期中“N”的比例不低于40%且N≥3。由此改變了以往單獨(dú)一張?jiān)嚲矶ǚ謹(jǐn)?shù)的考核辦法，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力，注重過(guò)程性、研討性、應(yīng)用性評(píng)價(jià)和考核。

（四）建設(shè)“雙師雙能型”教師隊(duì)伍

一是按照“一課雙師”的模式，聘請(qǐng)智能裝備制造企業(yè)的高級(jí)工程技術(shù)專家為產(chǎn)業(yè)教授或雙創(chuàng)導(dǎo)師，擔(dān)任課程的部分教學(xué)工作，為學(xué)生介紹如現(xiàn)代數(shù)控等技術(shù)知識(shí)，引入企業(yè)工業(yè)機(jī)器人等實(shí)際應(yīng)用案例;二是依托智能制造產(chǎn)業(yè)學(xué)院的資源和資金優(yōu)勢(shì)，建立高素質(zhì)雙師型教師培養(yǎng)培訓(xùn)基地，引導(dǎo)教師參與相關(guān)智能裝備制造的項(xiàng)目研發(fā)、實(shí)際案例訓(xùn)練和專業(yè)增值培訓(xùn)等;三是落實(shí)“雙師雙能型工程”，完善授課教師知識(shí)、能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系，接軌智能裝備制造技術(shù)前沿，組織相關(guān)授課教師去企業(yè)的一線參觀學(xué)習(xí)，豐富生產(chǎn)實(shí)踐知識(shí)。

三、結(jié)語(yǔ)

教學(xué)改革實(shí)踐表明，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革取得了顯著成效，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)，增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。

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（責(zé)任編輯：淳潔）