先進制造技術(shù)課程工程化教學(xué)法的構(gòu)建與實踐

包幸生　徐福林　曹永潔

摘 要 面對先進制造技術(shù)發(fā)展快、知識新、內(nèi)容廣的特點，結(jié)合高等職業(yè)教育機械類專業(yè)培養(yǎng)“應(yīng)用型”工程實踐高素質(zhì)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，分析先進制造技術(shù)課程的教學(xué)目標(biāo)和課程內(nèi)容，提出了基于工程實踐的工程化教學(xué)法，通過理論內(nèi)容工程化，融理論教學(xué)于實踐教學(xué)之中。隨機選取兩機械類行政平行班為樣本，一班采用傳統(tǒng)的理論課程授課，另一班采用工程化方式授課，采用單因素等組分析法，比較兩行政班對課程的掌握程度和培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成情況，后者明顯好于前者，驗證了工程化教學(xué)效果優(yōu)于傳統(tǒng)的理論課程授課。

關(guān)鍵詞 先進制造技術(shù) 工程化教學(xué)

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.03.044

0 引言

先進制造技術(shù)，是指制造業(yè)不斷吸收機械、電子、信息、能源及現(xiàn)代系統(tǒng)管理等方面的成果，并綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的產(chǎn)品市場的適應(yīng)能力和競爭能力并取得理想經(jīng)濟效果的制造技術(shù)。①②③通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠擴大知識面，了解制造業(yè)的前沿技術(shù)。但它理論性強，這些技術(shù)仿佛離我們十分遙遠(yuǎn)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，投入不足，效果較差。為了改善教學(xué)效果，通過分解課程教學(xué)目標(biāo)和課程內(nèi)容，整合學(xué)校軟、硬件資源，建立若干工程化生產(chǎn)過程來展現(xiàn)這門課程的主要內(nèi)容，理論聯(lián)系實際，讓學(xué)生從感性認(rèn)識出發(fā)去學(xué)習(xí)該課程，從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)效果。

1 教學(xué)目標(biāo)與課程內(nèi)容的分解

先進制造技術(shù)課程是高等職業(yè)院校機械類專業(yè)的一門核心專業(yè)課，其任務(wù)是使學(xué)生掌握先進制造技術(shù)的原理和方法，為今后從事制造業(yè)工程技術(shù)工作打下良好基礎(chǔ)。課程總體目標(biāo)是使學(xué)生對先進制造系統(tǒng)及其主要的先進制造技術(shù)有一個基本了解，并掌握先進制造系統(tǒng)的構(gòu)成，分析、決策、規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)知識和方法，從而成長為“應(yīng)用型”工程實踐高素質(zhì)人才，總目標(biāo)可以細(xì)分為：知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。

知識目標(biāo)：學(xué)習(xí)先進制造工藝，如精密、超精密加工工藝，超高速加工工藝，特種加工工藝和快速原型技術(shù)； 理解現(xiàn)代設(shè)計方法，如計算機輔助設(shè)計（CAD），三維造型設(shè)計，有限元仿真設(shè)計，反求設(shè)計和綠色設(shè)計等；了解最新自動化技術(shù)，如計算機輔助工藝編制（CAPP），計算機輔助制造（CAM），柔性制造技術(shù)（FMS），計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS），智能制造系統(tǒng)（IMS），數(shù)控加工技術(shù)等；運用現(xiàn)代管理技術(shù)，如企業(yè)資源計劃（ERP），產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM），準(zhǔn)時生產(chǎn)（JIT），精益生產(chǎn)（LP），和敏捷制造（AM）等。

能力目標(biāo)：掌握多種先進制造技術(shù)的知識和理論，依據(jù)生產(chǎn)實際需求，能夠有針對性地正確選擇相關(guān)制造工藝并組織實施；能夠分析比較不同工藝方案的優(yōu)缺點，并具備更加經(jīng)濟地選擇加工工藝的能力；能夠規(guī)劃設(shè)計工藝流程，并擁有解決關(guān)鍵工藝的能力。

素質(zhì)目標(biāo)：養(yǎng)成查閱國內(nèi)外資料的習(xí)慣，自覺學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù)，積累經(jīng)驗并能舉一反三；培養(yǎng)良好的思想政治素質(zhì)、較強的組織能力和團隊合作能力。

該課程的主要內(nèi)容包含四大類：④⑤現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、先進制造工藝、自動化技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)，每一類可以進一步細(xì)分，形成很多技術(shù)方向，如圖1所示。

2 工程化教學(xué)的構(gòu)建原則

普通的課程實驗，往往僅是針對本課程某個知識點展開的，一般由教師主導(dǎo)，學(xué)生在一旁學(xué)習(xí)，并在教師指導(dǎo)下操作，它是以教師為中心的一種教學(xué)方式。與課程實驗不同，該課程的工程化教學(xué)，依托工程項目，以學(xué)生為主體，在教師指引下，學(xué)生組成幾個小團隊去完成任務(wù)。工程的每個階段，老師需及時恰當(dāng)?shù)貍魇谙嚓P(guān)理論知識和實際操作技能，理論與實踐融為一體，學(xué)生既學(xué)習(xí)了理論知識，又鍛煉了實踐能力，并且學(xué)會了發(fā)現(xiàn)問題分析問題和解決問題的能力。為了更好地完成教學(xué)內(nèi)容，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，構(gòu)建工程化實踐時，必須遵循以下原則：

（1） 保證主要教學(xué)內(nèi)容全覆蓋：不同于課程實驗，工程化教學(xué)是對課本內(nèi)容的學(xué)習(xí)，把課本內(nèi)容融入工程項目中，為了使學(xué)生能夠全面學(xué)習(xí)相關(guān)先進制造技術(shù)的理論知識，工程實踐需涵蓋該課程的主要教學(xué)內(nèi)容。

（2）突顯教學(xué)特色：我院已有很多與先進制造技術(shù)相關(guān)的軟、硬件資源，構(gòu)建工程化實踐時，結(jié)合我院實際情況，突顯本課程的教學(xué)特色。

（3）與學(xué)生現(xiàn)有水平相適應(yīng)：工程項目不能太難，否則會使學(xué)生望而生畏。從高等職業(yè)院校學(xué)生的實際水平出發(fā)，采用中等復(fù)雜的項目，既能培養(yǎng)學(xué)生興趣，又能提升學(xué)生能力。

（4）緊跟世界前沿制造技術(shù)：先進制造技術(shù)日新月異，工程實踐需經(jīng)常更新，不斷完善，緊跟世界制造技術(shù)的步伐。

3 工程化教學(xué)的構(gòu)建與實踐

面對先進制造技術(shù)發(fā)展迅速、知識新穎、內(nèi)容廣泛的特點，結(jié)合高等職業(yè)教育機械類專業(yè)培養(yǎng)“應(yīng)用型”工程實踐高素質(zhì)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，基于學(xué)院現(xiàn)有的先進軟、硬件資源，設(shè)計一系列工程化實踐，涵蓋該課程主要教學(xué)內(nèi)容，融理論教學(xué)于實踐教學(xué)之中，通過工程化教學(xué)，實現(xiàn)知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)的達(dá)成。

工程化實踐一：選擇中等復(fù)雜的電機主軸，借助三坐標(biāo)測試儀和三坐標(biāo)掃描儀進行測量，實現(xiàn)反求工程，采用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)對產(chǎn)品進行優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、綠色設(shè)計，并且進行有限元仿真；運用自動化技術(shù)和先進制造工藝技術(shù)對設(shè)計的產(chǎn)品進行加工；使用現(xiàn)代管理技術(shù)ERP進行管理。

工程化實踐二：以UG、PRO-E等軟件實現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計，并制造仿真CAPP/CAE/CAM，最后運用在數(shù)控機床上，實現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計，虛擬制造和仿真，數(shù)控復(fù)合加工技術(shù)。

工程化實踐三：以UG等三維軟件實現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計，結(jié)合3D打印機，實現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計思想和快速原型技術(shù)的結(jié)合。

工程化實踐四：以水刀機床、線切割等特種加工技術(shù)實現(xiàn)先進制造工藝的學(xué)習(xí)。

工程化實踐五：以柔性制造單元為依托，實現(xiàn)柔性制造技術(shù)的學(xué)習(xí)工業(yè)機器人的學(xué)習(xí)。

通過以上五個工程化實踐的構(gòu)建，涵蓋了絕大部分先進制造技術(shù)的課程內(nèi)容，再通過企業(yè)參觀的方法，適度補充一些網(wǎng)絡(luò)制造、虛擬制造、納米加工、生物制造等先進技術(shù)，實現(xiàn)課程內(nèi)容全覆蓋。工程實踐過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)了先進制造技術(shù)的相關(guān)理論和知識，達(dá)成知識目標(biāo)，培養(yǎng)了多種能力，達(dá)成能力目標(biāo)，提高了學(xué)習(xí)的主動性和加強了團隊合作精神，達(dá)成素質(zhì)目標(biāo)。各個目標(biāo)與工程實踐之間的層次關(guān)系如圖2所示。

4 工程化教學(xué)的效果分析

充分發(fā)揮學(xué)校軟硬件資源的先進優(yōu)勢，再補充采購一些新的先進制造技術(shù)設(shè)備和仿真軟件，構(gòu)建完成以上五個工程化實踐基地，隨機選取兩機械類行政平行班為樣本，每班各35名同學(xué)，一班采用傳統(tǒng)的理論課程授課方法，另一班采用工程化方式授課，學(xué)期末采用相同的考核方式，采用單因素等組分析法，比較兩行政班的教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況，知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)達(dá)成方面，工程化教學(xué)班級顯著好于對比的平行班，驗證了工程化教學(xué)效果優(yōu)于傳統(tǒng)的理論課程授課效果。

5 結(jié)論

構(gòu)建工程化實踐基地，采用工程化教學(xué)方式，能夠充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更好地掌握知識、鍛煉能力和提高素質(zhì)。在實施工程化教學(xué)過程中，也發(fā)現(xiàn)一些不足之處：工程化實踐不能全部覆蓋當(dāng)前的所有先進制造技術(shù)內(nèi)容，需進行必要的理論補充；先進制造技術(shù)是在不斷發(fā)展的，工程化成本太高，必須依附于其它實訓(xùn)中心。

注釋

① 楊叔子，吳波.先進制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J].機械工程學(xué)報，2003.39（10）：73-78.

② 隋廣洲，弓滿鋒，李忠.論先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢及特征[J].新技術(shù)新工藝，2012（6）：7-11.

③ 孫燕華.先進制造技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015：2-8.

④ 歐陽陵江，張劍.高職先進制造技術(shù)課程的教學(xué)現(xiàn)狀及改革探討[J].教育教學(xué)研究，2015.11（7）：41-43.

⑤ 楊叔子，吳波，李斌.再論先進制造技術(shù)及其發(fā)展趨勢術(shù)[J].機械工程學(xué)報，2006.42（1）：1-4.