基于工程認證的機械制造技術基礎課程教學研究*

陳義厚 周傳喜

長江大學機械工程學院 湖北荊州 434023

0 引言

機械制造技術基礎是機械設計制造及其自動化專業的一門重要專業核心課。本課程主要講述金屬切削原理、機械加工工藝裝備基本知識及刀具夾具的設計、機械加工工藝規程的設計以及機械加工質量分析與控制等內容。通過本課程的教學過程（如課堂理論教學、習題、課程設計等）及有關環節（如工廠實習等）的配合，使學生掌握金屬切削原理和各種機床與刀具的應用，熟悉機械加工工藝方面的基本理論知識，掌握不同零件的加工方法以及加工和裝配工藝，培養學生工藝和夾具的設計能力，以期可以分析和解決在制造和裝配中遇到的質量問題。本研究以機械設計制造及其自動化專業工程認證為契機，結合筆者的教學實踐，對機械制造技術基礎課程的教學改革進行探討[1]。

1 課程教學目標的設定

機械制造技術基礎是機械設計制造及其自動化專業學生實踐性比較強的課程，其教學內容廣、知識多，既包括課本知識的學習，也包括動手能力的培養，同時要注重培養學生的責任意識和職業素養。經過專業教師討論研究，制訂教學目標。

課程目標1：了解金屬切削原理、機械制造工藝基本概念，機械加工工藝裝備、機床刀具的結構性能；掌握有關夾具設計基本原理知識，機械加工工藝及裝配工藝知識，具備加工質量影響因素的分析能力。

課程目標2：熟練應用金屬切削原理知識、機械加工工藝裝備知識、機械加工工藝知識以及加工質量知識，進行優質高產低耗的工藝設計，培養學生復雜工藝問題的分析解決能力。

課程目標3：培養開展復雜機械加工和裝配工藝工程問題的系統設計、零件結構分析及零件制造工藝設計的能力，兼顧提高生產率的途徑，并具有對設計方案進行優選、創新的能力。

2 課程內容與體系的建設

機械設計制造及其自動化專業是我國高校成立最早、招生人數最多、布點最廣的專業之一。長江大學機械工程學院現有機械大類中的四個專業，分別是機械設計制造及其自動化、材料成型、控制工程與裝備和機器人工程，四個專業的教學計劃中，機械制造技術基礎課程都是專業核心課程。機械制造技術基礎課程根據學院發展要求，以及機械設計制造及其自動化專業和材料成型專業兩個專業工程認證的需要，確立寬口徑、重基礎、抓實踐、以學生為主體的人才培養目標，對課程知識結構及課程體系進行了改革，將原來機械制造專業的四門專業課（金屬切削原理，機床概論，機制工藝學，夾具設計原理）整合優化、有機重構成為一門機械制造技術基礎，并將該課程定位為專業核心課[2]。

以“寬口徑、重基礎、抓實踐、以學生為主體”作為課程內容改革的指導思想。“寬口徑”就是增強機械制造技術基礎課程的內容，主要教學內容有夾具設計原理、金屬切削原理、機械加工質量、機械加工工藝過程設計以及機器的裝配工藝設計，并介紹有關先進制造技術理念；“重基礎”就是在教學上著重介紹基本概念、基本原理和基本工程規律，注重細節，輔之以工程實例分析和課程設計實踐性教學環節；“抓實踐”就是強調實踐能力的培養，通過實踐鍛煉進一步理解和掌握基礎知識，加深對機械制造相關概念的理解。實踐教學主要體現在兩個方面，第一是機械制造技術基礎課程設計的執行，第二是加強實驗課的教學[7-8]，通過課程設計的實踐，學生對中等復雜零件的工藝規程進行編制，鍛煉了解決復雜綜合問題的能力，進一步對制造相關術語加強理解，只有與實踐緊密結合，才能深刻理解其中含義。實驗課的加強方面，以前筆者所在學院實驗課由專任實驗教師授課，實驗課與理論課在時間上的銜接往往容易出問題，出現實驗課提前于理論課執行的情況，導致學生上課時聽不懂，同時出現由于實驗老師理論知識缺乏而無法解釋清楚的情況。進行課程改革后，在制訂教學計劃時就將實驗課實踐和理論課進行了互動，確保理論課先于實驗課進行；“以學生為主體”理念的提出主要是為了配合學院機械設計制造及其自動化和材料成型專業的工程認證工作，具體體現是教學應圍繞學生為主體進行計劃制定和實施，面向對象的教學，根據不同的學生進行教學方式的調整，同時對學生畢業后的能力體現進行綜合評價。力求課程內容淺顯易懂、易記和易學，課程將傳統的機械冷加工系統作為講述對象，進行知識的系統設計與組織，使課程本身具有鮮明的系統性與適用性[3]。

3 課程實踐性教學環節的建設

機械制造技術基礎是一門實踐性很強的專業技術基礎課，無論是金屬切削原理的理解與掌握，還是機床、刀具與夾具的設計及應用，或是零件加工工藝規程與加工質量的分析等均離不開具體對象。根據認知規律，學生在接受工程概念與原理時，需遵循由感性認識到理性認識，再由理性認識指導實踐的認知過程。學生學習本課程之前已經有過金工實習的經歷，本課程的講解通過案例分析充分喚醒學生的記憶，達到對感性認識的升華；接著進行基本原理、基本規律的介紹；最后，通過精心設計的一系列實踐教學環節完成課程理論知識到實踐應用的認知過程。實踐性教學環節由這些模塊組成。1）通過四周的金工實習，通過學生實地動手，采用現場教學，使學生熟悉零件加工的傳統機械加工方法。2）緊密結合現代制造技術的發展，通過CAD/CAM數控實訓實習環節，進行數控機床的操作、程序的編制等系統學習，全面提高學生實踐動手能力。3）利用綜合性實驗平臺，以制造工藝為主線，結合所學基本理論知識，學生可完成驗證性實驗、概念認知型實驗到綜合創新型實驗，通過制造工藝的主動設計，提高學生實驗創新能力。4）機械制造基礎課程設計是機械制造技術基礎課程的綜合和實踐教學環節，該課程以常見機械零件為研究對象，利用零件圖和有關手冊、規范、圖表等技術資料，制定加工工藝規程，包括毛坯選擇、加工方法選擇、工藝路線擬定、評價機械加工工藝方案的合理性等。該課程設計是在學完機械制造技術基礎及機械設計課程，并進行金工實習的基礎上進行的一個教學環節，它要求學生全面地綜合運用本課程及其有關先修課程的理論和實踐知識，進行零件加工工藝規程的設計和機床夾具的設計。其目的在于：培養學生運用機械制造技術基礎及有關課程（工程材料、機械設計、互換性與技術測量、金屬切削原理與刀具等）的知識，獨立地分析和解決工藝問題，使其初步具備制定復雜零件的工藝規程的能力，樹立科學規范的設計思想和嚴謹的工作作風。

通過實踐環節的加強，機械設計制造及其自動化專業、材料成型專業和其他相關專業的學生對機械零件的制造過程和制造技術有了更為全面的了解，對學生走入企業奠定了堅實的理論和實踐基礎，同時也充分體現了以“學生為主體”的工程認證理念。

4 教學方法與手段改革

4.1 充分發揮線上線下教學的優勢

新冠疫情來襲，對人們的生活帶來了諸多不便，但疫情卻帶來了線上教學的崛起，雨課堂、騰訊課堂等線上教學形式發展迅猛。在堅持線下課堂教學的同時，要充分發揮線上教學的特點及優勢，不斷提高教學效果。首先線下課堂教學大量應用多媒體教學，結合板書講解，更利于學生的理解，使學生留下深刻的印象；其次，課堂教學中通過播放一些現場生產的實況錄像，使學生猶如身臨其境，更好地做到理論聯系實際。線上教學能夠做到快速及時，學生答疑則可以充分利用線上教學的特點進行，通過線上答疑，能使學生及時消化課堂教學的內容，并節約學生時間。通過三年的線上教學實踐，學生對知識的理解更加及時，取得了較好的效果[4]。

4.2 完善的考核方式

機械制造技術基礎課程的考核方式包括期末考試、平時作業和實驗考查，總評成績按期末考試成績占70%、平時作業占20%、實驗占10%計算。這種考核方式加大了教師對學生平時學習狀況的關注，通過課堂教學與課外輔導相結合及時解決學習中的問題。

5 教學效果，課程目標達成度分析[4-5]

經過對長江大學2019級學生的教學，機械制造技術基礎課程理論課的教學效果分析較好，其目標達成度較好。機械制造技術基礎課程為考試課，采用閉卷方式進行期末考試，本次考試題型有六大類：名詞解釋、填空題、判斷題、選擇題、分析題及計算題。考試試卷符合教學大綱要求，課程考試前，試卷經過侯靈霞教師試做，專業負責人及教學院長審核。課程目標達成情況評價采用課程考核成績分析法進行評價，總評成績=20%（作業）+10%（實驗）+70%（期末考試）。

從課程目標達成度來看，課程目標1、2、3達成度都在0.60以上，反映學生學習成果總體不錯，三個目標中目標2的達成度在0.8以上，說明學生在進行工藝分析時，考慮社會因素環境因素，具有可持續發展理念；目標1、目標3的達成度值較低，說明對于基礎知識的掌握不夠熟練，概念記憶不是很熟練，這是在今后教學中需要進一步加強的地方。兩個班共66人為評價對象進行評價，具體三個課程目標達成情況如下，課程目標值≥0.67時表示課程教學目標達成，評價結果：目標1為未達成，目標2、3為“達成”。

5.1 課程目標1 的達成分析

學生對于課程目標1的達成分布如圖1所示。

從達成情況來看，目標值分布在0.37～0.90之間，有47位學生的達成值低于目標值0.67，參加學習的66人中28.8%達成課程目標1。主要原因是名詞解釋題答題不夠準確、有許多學生選擇題答題正確率不高等因素引起的，反映學生對基礎知識的掌握不夠準確。

5.2 課程目標2的達成分析

學生對于課程目標2的達成分布圖如圖2所示。

圖2 課程目標2達成分布圖

從達成情況來看，目標值分布在0.6～0.99之間，有6位同學的達成值低于目標值0.67，參加學習的66人中90.9%達成課程目標2。目標2的考核主要以作業為主，考慮影響加工質量的影響因素，多從社會、健康、安全、文化的影響方面對加工質量進行分析研究，體現一定的自主學習能力。

5.3 課程目標3的達成分析

學生對于課程目標3的達成分布圖如圖3所示。從達成情況來看，目標值分布在0.5～0.96之間，有12位學生的達成值低于目標值0.67，參加學習的66人中81.8%達成課程目標3體現采用數理統計的方法對加工工藝進行分析的能力，能建立尺寸鏈進行工藝安排，對工藝方案能進行優化與創新。

圖3 課程目標3達成分布圖

6 結束語

在基于工程認證的機械制造技術基礎課程的教學改革與建設中，筆者不斷努力探索，總結經驗，完善教學。貫徹“以學生為主體”的理念，密切聯系實踐，重在工程素質的培養，有效提高學生應用知識解決實際問題的能力。目前，筆者借助機械設計制造及其自動化工程認證這個平臺，進行的機械制造技術基礎課程的改革還處于探索階段，有待于進一步完善。