基于PLM系列軟件的機械類課程教學改革與實踐

韓玉坤，張運真

（安陽工學院機械工程學院，河南安陽455000）

0 前言

目前中國的經濟結構正處在轉型期，經濟增速持續(xù)放緩，制造業(yè)形勢低迷，我國新增勞動力就業(yè)、失業(yè)人員再就業(yè)和農村富余勞動力轉移等因素使得本來就存在的就業(yè)困難問題更為突出[1]。近年來大學生畢業(yè)人數(shù)持續(xù)走高，2014年為727萬[2]，2015將達749萬，再創(chuàng)歷史新高[3]，就業(yè)壓力前所未有。大學生“就業(yè)難”正在成為一個全社會共同關注的話題，但這遠非問題的全部，嚴峻的現(xiàn)實是盡管很多學生找不到理想的工作，而企業(yè)“招工難”和“用工荒”亦呈現(xiàn)常態(tài)化的現(xiàn)象，很多企業(yè)不光是招聘不到急需的技術人員，也很難招到滿意的技工?！皩W非所用，用非所學”成了當今高校部分畢業(yè)生的真實寫照。學生在校期間因不能掌握用人單位需要的本領和技術，迫使企業(yè)不得不花費大量的時間和人力重新培訓。而企業(yè)一般不愿意付出額外的培養(yǎng)成本，因此傾向于招聘有一定工作經驗的熟手，從而進一步加劇了“招工難”和“用工荒”程度。

造成這種兩難境地的原因，并不是單純的人才“供過于求”，它反映了深層次的社會問題、人才供需矛盾、高等教育結構矛盾、人才的競爭能力和就業(yè)觀念等方面的問題。

1.高校機械類專業(yè)教育教學方面存在的具體問題

1.1 師資隊伍

師資隊伍的結構不盡合理，學校引進的青年教師偏多，大部分年輕教師是從學校到學校，缺少教學崗位和工程實踐環(huán)節(jié)的鍛煉，教學效果不理想；另外，一些老師雖然具備教授、專家、學科帶頭人的頭銜，但也嚴重缺乏社會及企業(yè)方面的實戰(zhàn)經驗，因此，無論是知識還是能力，都與應用型人才培養(yǎng)所需的“雙師型”師資要求存在很大差距。

1.2 學生狀況

多數(shù)新建本科高校，無論是生源質量、學生水平層次以及社會競爭力和老院校相比都有一定差距，學生的基礎知識和專業(yè)水平比較薄弱，工程設計能力和創(chuàng)新能力亟待提高，特別是高年級學生，倍受考研、擇業(yè)等問題以及社會不良風氣的影響，專業(yè)方面花費的時間和精力較少，對很多課程都是一知半解，不同課程中學到的零散的專業(yè)知識不能融會貫通，因此學生面對畢業(yè)設計感覺茫然無從下手，更談不上從事本專業(yè)工作崗位的能力。

1.3 教材和教學內容

使用的教材缺少學科前沿的最新成果，不能提供本行業(yè)解決問題的最新方法，與工程實際和行業(yè)的發(fā)展水平差距很大；教學實踐往往只注重項目申報，不注重實施和效果，對促進教學沒有任何實際意義；采用的課件、教學錄像、動畫等素材缺少創(chuàng)新，且與當前的工程實際嚴重脫節(jié)，難以滿足對學生能力培養(yǎng)的要求，整個課程體系建設跟不上行業(yè)的發(fā)展。

1.4 實驗和實訓方面

學校實驗設施大多是廠礦企業(yè)淘汰的老舊產品，已經嚴重老化，且學校后續(xù)資金投入不夠，新增實驗設備少，有些設備功能和性能達不到要求；即使是現(xiàn)有的實驗設備也不能得到充分的利用。學生實踐、實訓環(huán)節(jié)因條件所限，難以得到真刀真槍的鍛煉，從而流于形式；認知實習和畢業(yè)實習囿于實習廠家的生產任務繁重和校企合作的不對等關系，很難深入到工程實際當中，因此學生動手能力及工程實踐能力均達不到崗位要求。

1.5 考試環(huán)節(jié)

受傳統(tǒng)教學模式的影響，考試中存在較多問題：

（1）理論知識與工程實際結合不緊密。傳統(tǒng)考試只重視理論教學的考試，考試內容中記憶性成分所占比重較大，創(chuàng)新實踐能力考核不足。

（2）考試形式單一，評定方法不合理。傳統(tǒng)考評大多局限于卷面考試這一形式，缺乏多樣性。在成績評定上，以期末的終結性教學測評為主，難以反映學生的實際能力。

（3）作弊現(xiàn)象屢禁不止。目前考試作弊已成高校學風建設中一個突出問題，嚴重削弱了考試紀律的約束力、影響了學風和學生素質，給正常的教學秩序帶來了極壞影響。

1.6 職業(yè)規(guī)劃和角色定位缺失

現(xiàn)行體制下的中國大學生，職業(yè)意識薄弱，很少有人做過專門的就業(yè)規(guī)劃；近年來因就業(yè)帶來的壓力，各高校對職業(yè)規(guī)劃都有了不同程度的重視，學校也相繼開設了職業(yè)規(guī)劃方面的相關課程，展開了一些職業(yè)培訓活動，不過職業(yè)規(guī)劃是以專業(yè)為基礎的，讓學生死記硬背一些職業(yè)規(guī)劃的教條，顯然達不到提升就業(yè)的目的。而且國內高等教育不重視個性發(fā)展，導致部分學生對社會、對自己以及即將進入的行業(yè)缺乏實質性了解，不知道自己未來想要干什么和適合干什么。

2.機械類專業(yè)人才培養(yǎng)的切入點和突破口

2.1 用人單位對機械類專業(yè)學生的具體要求

一般來說，工作經驗、專業(yè)知識、綜合能力、敬業(yè)精神等會受到企業(yè)不同程度的重視。而機械行業(yè)特別是學校周邊企業(yè)對于畢業(yè)生的期許又有所不同，多數(shù)企業(yè)要求機械類學生具備以下能力：

（1）能夠熟練使用行業(yè)相關軟件特別是CAD類軟件；

（2）專業(yè)基礎要好，即能夠掌握適應崗位變化和專業(yè)技術更新的基礎知識；

（3）要有一定的學習能力和創(chuàng)新能力。

2.2 機械行業(yè)用人條件分析

機械類企業(yè)之所以把學生使用CAD類軟件的能力放在第一位，主要基于以下考慮：

（1）軟件使用水平體現(xiàn)了學生的綜合工程能力，因為軟件的學習離不開行業(yè)背景，只有通過大量工程實例的訓練以及相關科研課題、項目的鍛煉，才能熟練使用軟件。

（2）目前CAD業(yè)界最新理念和技術PLM[4]—產品全生命周期管理，已對機械行業(yè)的發(fā)展產生了巨大的推動作用。PLM是對產品從創(chuàng)建到使用，直到最終報廢等全生命周期的產品數(shù)據信息進行管理，其核心思想就是創(chuàng)新。PLM對產品開發(fā)、制造和管理等環(huán)節(jié)使用的軟件技術（包括CAD、CAM、CAE、PDM等）進行整合、擴展和延伸，旨在為企業(yè)提供一整套解決方案。PLM實施的目的和意義在于控制成本、提高質量、縮短周期、提高服務質量及滿足個性化需求等。它強調人才培養(yǎng)與社會需要的關聯(lián)性，專門針對企業(yè)人才需求和高校人才培養(yǎng)之間的錯位，以及高校在數(shù)字化設計、制造環(huán)節(jié)的教學空白，提供完整的解決方案，讓學生畢業(yè)后能夠快速融入企業(yè)的工作中并實現(xiàn)自身價值[5]。

如果專業(yè)軟件能夠熟練使用，進入企業(yè)后，學生可直接上手工作，參與項目的開發(fā)或從事其他技術工作，節(jié)約了崗前的培訓成本和時間。

基于上述分析，在機械類專業(yè)教學中確立了以軟件的教學為突破口和切入點，帶動相關課程的教學，來彌補師資力量和實驗條件的不足。著力打造以軟件使用水平見長的辦學特色，構建和完善面向社會、面向市場的辦學體系，以提高學生的就業(yè)競爭力。

3.機械類專業(yè)人才培養(yǎng)的具體措施和途徑

3.1 建立和完善面向社會、面向市場的辦學模式

學生的知識、技能、品質能否適應工作崗位的要求，只能由實踐來檢驗。所以學校教育必須充分把握社會實際，客觀了解崗位需求，建立以市場需求為導向的辦學模式，不然就會陷入“閉門造車”的尷尬境地。因此學校采取各種措施，積極主動地深入社會實際，與企業(yè)緊密結合，了解行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀以及工作崗位對員工創(chuàng)新素質的要求，使學生掌握企業(yè)需要的知識、技能和方法，畢業(yè)后能快速到位、進入角色。

（1）積極推進卓越工程師計劃

通過“校企合作、工學結合”模式，與企業(yè)聯(lián)合為學生制定有針對性的實訓方案，為學生量身打造相應的訓練項目，讓學生深入生產一線，融入員工隊伍中，把書本知識付諸實踐。

（2）校企聯(lián)合，組建教學和科研團隊

針對學校老師工程背景的不足，學校采取了一系列措施繼續(xù)加強校企合作的深度和廣度，著力打造一支能力較強的教學和科研隊伍，以科研推進教學。

例如積極推進“青年教師企業(yè)定期培訓項目”，引導青年教師利用課余時間和節(jié)假日深入企業(yè)一線，不斷積累工程經驗。

另外，充分利用學校現(xiàn)有的教學、實驗、科研設施以及包括教師和學生在內的人力資源，為企業(yè)做一些實實在在的工作，比如積極聯(lián)合企業(yè)，開展相關課題的研究；為企業(yè)建立產品的三維數(shù)字模型庫；承擔校企合作項目中基礎理論研究、產品驗證的仿真分析等；為企業(yè)建立專家系統(tǒng)，幫助企業(yè)培訓技術人員等。

（3）加強PLM軟件的教學

PLM理論的發(fā)展是以軟件為標志的，鑒于軟件在制造業(yè)發(fā)展中的巨大作用以及其“好學易用”和“所見即所得”的特點，引入和企業(yè)相關PLM系列軟件的教學和訓練，不失為一種提高學生工程實踐能力的有效措施。

3.2 PLM軟件教學及考試方式的改革

（1）立足于工程背景的軟件教學

PLM類系列軟件的教學是綜合性、實戰(zhàn)性極強的課程，必須以工程為背景。因此CAD的學習必須結合典型的工程案例。比如通過零件的結構造型及其數(shù)控加工程序的編制，才能理解零件結構的工藝性要求；通過零件的有限元分析，才能理解不同工程材料及其性能參數(shù)的意義。通過典型工程案例的設計和分析，就把原來支離破碎的知識有機地聯(lián)系在一起，對理論課和專業(yè)課起到一個鞏固和提高的作用。

（2）教學方式的改革

具體的PLM類軟件教學中，改變原來的課堂授課為機房或實驗室授課，老師課堂講授，學生同步練習。邊教邊學邊練，根據學生的程度不同進行有針對性的輔導，爭取每個學生都能在課堂上掌握所講內容。

（3）考試方式的改革

PLM軟件的考試方式不再采用傳統(tǒng)的限定時間內的理論考試和上機測試，而是參考《課程設計》的方式根據學生興趣采用自命題或者師生協(xié)商共同命題，在一到兩周甚至更長時間內完成。給學生充足的時間以發(fā)揮其想象力，充分挖掘其個人潛力。這樣令人乏味的考試就變成了一個訓練、總結和提高的過程，從而杜絕了平時松懈，考前突擊的現(xiàn)象，學生個體潛能才能得到充分的發(fā)揮。

題目完成后經老師審核，然后上機測試以檢查所做題目是否是學生獨立完成，根據題目的難度和水平以及學生的熟練程度給出成績。

3.3 建立、完善數(shù)字化教學資源庫

在整個教學活動中，團隊老師精心收集并制作了機械類課程三維模型數(shù)字化教學資源庫，包括典型工程案例的三維模型、圖片、視頻和錄像等，分別來自于學校產學研合作中的典型機械產品、教師的科研項目以及學生在挑戰(zhàn)杯比賽、三維設計大賽和畢業(yè)設計中的作品。作品涵蓋機械設計制造、材料成型、工業(yè)設計等專業(yè)，通過分門別類，可用于相關專業(yè)的教學。

（1）機械設計制造類

①攪面機機構設計

②牛頭刨主運動機構

（2）材料成型類

①下拉式快鍛液壓機主機

②鋼球鍛造生產線仿真

（3）工業(yè)設計類

①Jeep牧馬人汽車造型

②米老鼠造型

3.4 培養(yǎng)學生興趣，強化職業(yè)意識

興趣只有和職業(yè)結合在一起，人的創(chuàng)造力才能激發(fā)出來。在興趣形成的過程中，不斷強化職業(yè)意識。因此教學中采取多種措施以培養(yǎng)學生的興趣。

（1）在課堂上、在實驗中以及實習活動中注重引導和培養(yǎng)學生的興趣；

（2）利用學術報告和專業(yè)講座把行業(yè)前沿的成就及其對生活的改變介紹給學生，以激發(fā)其學習的熱情和動力；

（3）教學中引入產業(yè)界以及教師近期產學研合作中典型的工程案例，以培養(yǎng)學生的興趣；

（4）利用學科競賽，如學校定期舉辦三維創(chuàng)新設計大賽并指導學生參與國家級和省級的相關比賽，創(chuàng)造良好的學習氛圍，以榮譽感和成就感強化學生的興趣。

職業(yè)規(guī)劃不是一蹴而就的事情。因此在教學活動中，要靠老師的言傳身教，通過有意識的引導，讓職業(yè)規(guī)劃成為一種潛移默化的自覺行為；引導學生通過各種實踐活動，不斷積累相關的專業(yè)經驗，以便更清楚地意識到自己的興趣點、專長以及薄弱環(huán)節(jié)，從而在今后的學習中彌補缺陷，充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢，進一步結合自己的興趣和能力以及現(xiàn)實和機遇制定出可行的擇業(yè)規(guī)劃。

4.教學改革效果

團隊圍繞PLM系列軟件教學以及動手能力的培養(yǎng)，展開了一系列的教學、科研活動，目前已取得初步的成效：

（1）目前PLM系列軟件的教學，已經形成相對成熟的教學團隊和教學模式。

（2）通過項目組老師的努力，現(xiàn)已建立了包括典型機械零件庫，典型機械產品和典型機構動畫的機械類課程數(shù)字化資源，并逐步在不同的專業(yè)教學中應用推廣。

（3）通過舉辦相關的學術報告，定期組織學生參加國家級的賽事，營造了良好的學習氛圍，激發(fā)了學生的學習熱情和動力，目前學生在省級和國家級的創(chuàng)新設計大賽中多次獲得大獎。

（4）積極推進“產學研用”一體化教學模式的深化工作。通過項目合作，讓學生參與其間，使學生在學習階段就能接觸到本行業(yè)的新知識、新技能，培養(yǎng)了學生的工程能力和創(chuàng)新能力。對教師而言，通過項目的開發(fā)，實踐技能和科研水平都取得了長足的進步，對理論教學和實踐教學均有良好的促進作用。在此過程中老師和學生都得到鍛煉，相關的工作成果又轉化成了教學資源，達到了教學相長的目的。

通過最近兩年本科生的畢業(yè)設計和就業(yè)情況可以看出，學生的創(chuàng)新能力、工程設計能力以及獨立工作能力都有很大提高，學生的就業(yè)渠道進一步拓寬。

5 結論語

教學團隊從高等教育人才培養(yǎng)問題著手，針對機械類專業(yè)學生的就業(yè)問題以及課堂教學中理論與實際脫節(jié)的問題，對機械類相關課程進行教學改革，以PLM類軟件教學為主線，以實際工程案例為素材，以提高學生的工程設計能力和創(chuàng)新能力為目標，形成了PLM軟件教學體系，積累了豐富的教學資源，并反哺到相關課程的教學當中，形成一種良性循環(huán)，取得了事半功倍的效果，達到了教學相長的目的。學生獨立從事機械專業(yè)工作的能力得到進一步提高，就業(yè)率呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，基本實現(xiàn)了教學改革的目標。

[1]民生之本系安危[EB/OL].光明日報http://www.gmw.cn/01gmrb/2004-10/21/content_117641.htm.

[2]教育部.教育部關于做好2013年全國普通高等學校畢業(yè)生就業(yè)工作的通知——教學[2012]11號[EB/OL].教育部官網 http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s7020/201211/144771.html.

[3]2015全國高校畢業(yè)生人數(shù)將達749萬[EB/OL].EOL中國教育在線http://career.eol.cn/kuai_xun_4343/20141205/t20141205_1209689.shtml.

[4]PLM[EB/OL]，百度百科 http://baike.baidu.com/link?url=VGu7We7StgRdxSjGiuk00J2cq9vsSGNNJ4jiqXdaszlp5hTF -Wt3H1RVQcs_GjeD8.

[5]江彥，GO PLM投資未來人才[J]《中國制造業(yè)信息化》2006.7（14）.