“十四五”智能制造發展規劃下的機械制造裝備設計課程創新與探索

朱曉慧，任延舉

（沈陽工學院，113122，遼寧撫順）

十四五”期間，我國制造業迎來高質、高速的發展時期，智能制造已正式進入多級推進、協同創新的新階段，《“十四五”智能制造規劃》要求制造行業以自主創新為基礎，實現信息技術與制造全過程、全要素深度融合，形成數據貫通、人機協作、集感知與分析優化于一體的真正意義的智能制造。為制造業提供各類制造母機的機械制造裝備行業，需要更多專業基礎扎實、擁有良好的創新能力、實踐能力強的行業精英為發展添磚加瓦。與此同時，獲得工程教育專業認證已是應用型本科院校發展的必然方向，通過工程認證構建工程教育質量監控體系，推進工程教育改革，進一步提高工程教育質量，加強工程教育與工業界的聯系，增強工程教育人才培養對產業發展的適應性，促進中國工程教育的國際互認，提升我國工程技術人才的國際競爭力[1]。

“機械制造裝備設計”作為機械設計及其自動化專業的重要專業課程，開設的目的不僅是讓學生對理論知識有較好的掌握，更應通過課程教學加深學生對行業的認識、對專業發展方向的把控，使學生明確就業方向，養成良好的職業道德，增強學生實踐創新能力；同時該課程將助力工程認證，不僅為學生獲取進入國際就業市場的“入場券”，更可以向國際社會證明中國制造強國實力。為此，對本課程進行教學模式創新，改變現有教學欠缺狀況顯得尤為迫切。

1 學情分析

該課程是機械設計制造及其自動化專業課程，各高校均有開設，該課程是一門地位重要、知識綜合性強、涉及基礎課程較多的綜合性課程，也為學生走上設計崗位、建立初步設計理念奠定基礎。從制造業發展角度來看，機械設計制造及其自動化專業的學生肩負著振興我國機械裝備制造業的重任，作為學生獲取專業知識來源的高校教師，其教育方式的選擇至關重要，課程團隊在授課過程中發現存在如下問題[4]。

（1）課程理論性、知識應用綜合性強，傳統教授效果不佳。學生在專業基礎課程學習過程中掌握程度不同，以教為主的填鴨式教學方法更是無法保證有效的教學成果，同時，授課中，傳統教學模式未能從學生個性化特點出發，學生在有效學習方式選取上不太理想。

（2）理論和實踐缺乏統一性。關于該課程的概念理解，多數需要學生能對所述概念有一定的形象認識，而以往的授課形式與實踐內容聯系較少，導致學生缺乏主動建立認識的途徑，學習歸于表面，無法和實際相結合，從而也就無法內化為自己的知識，所以經常是學完考完即忘完。

（3）學生真實掌握程度無法考評。課程以往考核方式以考試為主，學生對理論知識的掌握通常以記憶為主，并善于總結考試中各類題型的答題技巧，而對知識的實際應用能力欠缺，目前的考核方式無法準確評價教學目標的達成情況，因此無法達到課程考核的真正目的。

2 課程改革實踐內容

課程改革創新前，首先對制造企業人才需求進行了深入調研，將企業對本科畢業生的能力要求總結為：扎實的理論基礎、工程軟件熟練應用的能力、分析解決問題的能力、團隊協作能力、良好的表達能力、較強的自學能力等。為此課程從教學理念、教學方法、教學內容、教學資源和考核方式上進行改革創新與探索，其目的是學生通過課程學習，養成良好的職業道德和建立健全的知識體系，鍛煉和提升自身的綜合應用實踐能力，為未來找到自身價值、更好地服務社會作好準備。教學過程安排如圖1 所示。

圖1 教學過程安排

2.1 教學理念改革

OBE 理念是以學生的預期學習成果為中心來組織、實施和評價教學的，其核心是按照企業需求制定人才培養目標、培養標準（學習成果），反向進行課程規劃、正向實施、持續改進。CDIO (構思Conceive、設計Design、實施Implement、運作Operate)核心理念是將教學和工程實踐緊密結合，二者相輔相成、相得益彰[2]。以產品從構思到運行的整個生命周期為載體，依托工程項目實踐，構建理實一體化的教學模式，讓學生通過“學中做、做中學”強化工程知識和應用能力[3]。該課程是與學生畢業設計及未來機械類行業設計息息相關的主干課程，教師首先從課程教學理念方面進行改革，教學中將OBE-CDIO 理念貫穿全過程，同時課程中注重思政內容，既保證課程建設更加貼合畢業設計實際及未來企業就業所需，又培養學生民族責任感及工匠精神。

2.2 教學方法改革

教學方式按照OBE-CDIO 理論，學生是真正的課程主體，教師要做的是引導和對新知識的引入，為此，該課程中重點章節以項目教學的形式進行，引導學生對課程相關知識點作更深一步的認識和理解。為保證達到所需教學成果，教學方式與之前有所不同，其過程大致如下。

課前，以分組的形式布置相關任務，秉承成果導向理論，以任務驅動的方式讓學生做好課前預習，上交預習報告。

課中，理論課程結合具體實例或項目給出相關的知識介紹，課中自然引入名人實例，啟發學生正向看待自我發展、注重團隊合作等，并引導學生結合所學給出自己對問題的認識、理解和分析；在完成理論課程學習后，鼓勵學生構思（Conceive）、設計（Design）之前的項目任務，并將解決的方式方法、過程及結果以報告、圖紙的形式在小組內進行討論。

課后，借助現有實踐設備，完成對項目的實施（Implement）、運作（Operate），由任課教師對學生所完成任務進行綜合點評，給出指導意見。

通過上述教學方式的運用，學生不僅能較好地了解所學知識的重點、難點內容，還能提高學生的自主學習能力，提升職業素養；同時相關實例或項目教學的形象化引入，不僅使學生能更好地理解相關知識點內容，更有助于學生將所學知識應用于實踐。

2.3 教學內容改革

機械制造裝備設計課程原有教學內容主要分為四大塊:金屬切削機床總體設計、機床傳動設計、機床主要部件設計、夾具設計。各章節圍繞機床加工相關的設計內容展開，原有課程內容更注重傳統裝備部件的設計理論。考慮課程創新目標，現對教學內容進行一定的補充和改進，保留原有設計理論精華，增加智能裝備制造設計內容，如加入智能數控機床設計、柔性化系統設計等，并結合校內智能制造實訓中心、華中數控五軸實訓基地，拓展課程教學實踐內容。

通過教學內容的拓展和創新，對學生未來畢業設計、入企工作給予正向引導，同時將原來靜止封閉式課程內容改為靈活開放式課程內容，由相關基礎課程統一帶動，讓學生可以通過課程的不斷深入，了解自身優缺點，發揮特長、補足欠缺，提升學生綜合能力及職業素養。

2.4 教學資源改革

“機械制造裝備設計”作為機械設計制造及其自動化專業的老牌專業課，教學資源多以相關教材、PPT 課件、教案為主，新進行的教改立足于OBE-CDIO 理念，相關理論知識的教學更多的是結合實際項目進行的，而此次改革可參考資料很少，因此多數教學資源需要重新整合完善。本著以學生為主、學做結合的目標，本次教學資源改革將依據培養目標，尋找難度適中的項目，緊密結合企業發展方向，對授課的教案、PPT 課件、課堂活動題目等教學資源進行重新編寫優化。其中，結構設計將加入三維建模、簡單的運動仿真、受力分析等實際操作實踐環節，提高學生對常用機械軟件的熟練程度，提升其綜合素質，為未來就業打下堅實基礎。

2.5 考核方式改革

成果導向理念的一大核心就是及時對教學體系進行評估評價，教學者可根據相關評價來檢測學生的學習效果，從而驗證既定目標是否達成，一旦評估結果不理想，則會通過調整教學方式、教學內容等方面進行改進完善，如此循環反復以達到持續處于最佳教學狀態的目的。為此機械制造裝備技術課程考核方式將由原來的“期末成績=平時考核（占總分的30%，包括平時出勤、課堂表現、課后作業、隨堂測試等）+期末考試（占總分的70%）”改為綜合成績評價，具體說明如下。

總成績包括四部分：平時考核占20%（其中預習報告占5%，課堂表現占5%，課后作業占10%）；分組活動占10%；實驗操作占10%，項目結題20%；期末考試成績占40%。

課程考核多樣化，在考核結束后，教師可通過上述考核項，確定課程目標達成情況，綜合給出本課程的成績，教師根據所授課程班級的成績分布、各目標項目得分情況等分析本次教學改革需要改善之處，再有針對性地對相關改革項進行修正改進。

3 結語

此課程改革創新是在遵循智能制造發展方向的基礎上，實現OBE-CDIO 教育理念改革，堅持“以學生為中心”，充分利用學校優質實驗實踐場所，整合古今思政素材，在教學內容、教學方式方法、評價形式等方面均予以創新改革，意在讓學生在既定目標激勵下正向、積極、主動地追求知識真諦，鍛煉學生的實操能力，打通師生溝通橋梁，增進專業知識的溝通交流，為培養學以致用的綜合應用型人才打下基礎。