《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》課程的研究與實(shí)踐

張振杰，丁云龍

（遼寧科技大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 鞍山 114051）

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，我國(guó)自建國(guó)后更是將制造業(yè)作為重點(diǎn)發(fā)展的對(duì)象，改革開(kāi)放后我國(guó)制造業(yè)發(fā)展進(jìn)入到新階段，近年來(lái)，隨著《中國(guó)制造2025》的提出，制造業(yè)發(fā)展更是邁向了新臺(tái)階，截至2019年，我國(guó)制造業(yè)增加值已經(jīng)從2012年的2.08萬(wàn)億美元，上升到了26.9萬(wàn)億美元，成為名副其實(shí)的制造業(yè)大國(guó)。制造業(yè)發(fā)展需要人才支撐，近年來(lái)，對(duì)機(jī)械制造方向的人才需求逐漸增大，這要求我們高校需要源源不斷地為社會(huì)培養(yǎng)高質(zhì)量的創(chuàng)新型人才?！稒C(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生對(duì)現(xiàn)代化機(jī)械加工系統(tǒng)及加工方法和技術(shù)有較為系統(tǒng)和深入的了解，為今后掌握更先進(jìn)的制造技術(shù)和從事相關(guān)專業(yè)的工作打下了良好的基礎(chǔ)。

1 學(xué)情分析

以遼寧科技大學(xué)《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》課程為例，根據(jù)大綱規(guī)定，該課程一共有48學(xué)時(shí)，3學(xué)分，開(kāi)設(shè)于第7學(xué)期，即大四上學(xué)期，為機(jī)械制造專業(yè)學(xué)生的專業(yè)課?？偝煽?jī)100分，包括20分的平時(shí)成績(jī)、10分的實(shí)驗(yàn)成績(jī)以及70分的期末考試成績(jī)，期末考試為閉卷筆試。

通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生達(dá)到以下6個(gè)目標(biāo)：第一，理解和掌握機(jī)械制造裝備的分類、功能和設(shè)計(jì)方法。第二，了解機(jī)床的用途、運(yùn)動(dòng)、布局。理解機(jī)床運(yùn)動(dòng)分析的方法。掌握傳動(dòng)系統(tǒng)的分析方法和典型結(jié)構(gòu)，內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈的分析計(jì)算方法和設(shè)計(jì)原則。第三，掌握機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)的確定方法，重點(diǎn)掌握分級(jí)變速主傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速圖的設(shè)計(jì)方法。第四，掌握機(jī)床部件的作用、分類和設(shè)計(jì)方法。第五，理解工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械加工領(lǐng)域的應(yīng)用，掌握機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì)方法。第六，能夠根據(jù)六點(diǎn)定位原理分析零件需要限制的自由度、選擇合適的定位元件和夾緊方案并計(jì)算相應(yīng)的定位誤差。

2 存在的問(wèn)題

《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》是機(jī)械制造專業(yè)老牌專業(yè)課，目前的教學(xué)方式還是以傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式為主，課堂上教師采用PPT加板書(shū)的教學(xué)方式，通過(guò)講述的方式為同學(xué)講解金屬切削機(jī)床的設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，課后根據(jù)課堂上所講解的內(nèi)容留相應(yīng)的練習(xí)作業(yè)。作業(yè)和出勤為平時(shí)成績(jī)打分的重要依據(jù)。然而，在實(shí)際中這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式存在不少弊端：（1）機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)是專業(yè)課程，內(nèi)容較為抽象，學(xué)生不但需要學(xué)習(xí)這門課程，還要將三年的專業(yè)基礎(chǔ)課的知識(shí)點(diǎn)歸納總結(jié)，只靠教師上課講述學(xué)生很難理解。（2）目前，教學(xué)方式多為大班教學(xué)，一個(gè)教學(xué)班學(xué)生人數(shù)在60人以上，不同學(xué)生的學(xué)習(xí)能力存在差異性，對(duì)于一些知識(shí)點(diǎn)，有的學(xué)生聽(tīng)一遍就能理解，但有的學(xué)生需要聽(tīng)2～3遍才能吸收。這樣在實(shí)際教學(xué)中存在一個(gè)比較棘手的問(wèn)題，如果課堂講授的速度偏快，那些學(xué)習(xí)能力偏弱的學(xué)生跟不上進(jìn)度?？扇绻v得過(guò)慢，或者一個(gè)知識(shí)點(diǎn)講解多次，一方面，會(huì)導(dǎo)致無(wú)法完成教學(xué)進(jìn)度；另一方面，那些學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生會(huì)認(rèn)為知識(shí)過(guò)于簡(jiǎn)單，聽(tīng)課熱情會(huì)大大減弱，然而，傳統(tǒng)的課題教學(xué)無(wú)法彌補(bǔ)這種差異性。（3）課堂互動(dòng)模式較為單一，通常教師提出一個(gè)問(wèn)題采用點(diǎn)名提問(wèn)或者學(xué)生舉手回答的方式作答，由于時(shí)間限制，一個(gè)問(wèn)題只能有個(gè)別學(xué)生有機(jī)會(huì)回答，往往一學(xué)期下來(lái)回答問(wèn)題的只有幾個(gè)學(xué)生，久而久之，學(xué)生對(duì)這種互動(dòng)方式的興趣會(huì)大打折扣。（4）學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的熱情不夠，目前主流的教材內(nèi)容中還是以CA6140機(jī)床的設(shè)計(jì)為主，雖然增加了一定比例的數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人方面的知識(shí)，但所占比例依然不高，全書(shū)的重點(diǎn)依然是傳統(tǒng)機(jī)床的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)機(jī)床是機(jī)制裝備設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)，是特種機(jī)床和數(shù)控機(jī)床學(xué)習(xí)的先決條件，但現(xiàn)階段的學(xué)生普遍是00后，00后學(xué)生的特點(diǎn)是思維觀念多樣化，更喜歡接觸新鮮的實(shí)物，而且更喜歡主動(dòng)地去思考問(wèn)題，對(duì)于這種采用傳統(tǒng)被動(dòng)教學(xué)去學(xué)習(xí)較為老舊的知識(shí)熱情度不夠。（5）目前的考核方式期末考試的比重依然過(guò)大，達(dá)到了70%，造成很多學(xué)生不重視平時(shí)的積累，總想考前的突擊學(xué)習(xí)。而平時(shí)成績(jī)的考核方式過(guò)于簡(jiǎn)單，平時(shí)成績(jī)由三部分構(gòu)成，分別是出勤率、作業(yè)和課堂表現(xiàn)。出勤率所占分值較高，20分的平時(shí)成績(jī)中，出勤率達(dá)到了6分，作業(yè)10分，課堂表現(xiàn)4分，分布不夠合理。

將現(xiàn)階段的問(wèn)題歸納整理可以發(fā)現(xiàn)，目前的問(wèn)題集中于三個(gè)方面：一是由于學(xué)生學(xué)習(xí)能力的差異性，造成學(xué)生對(duì)同一個(gè)知識(shí)點(diǎn)吸收理解的能力不同；二是課堂互動(dòng)不夠，大部分學(xué)生無(wú)法參與課堂活動(dòng)；三是由于教學(xué)方式較為傳統(tǒng)，學(xué)習(xí)的知識(shí)相對(duì)比較老舊，造成學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高，不少學(xué)生學(xué)習(xí)的目的只是為了應(yīng)付考試。針對(duì)以上問(wèn)題，本文結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)提出了相應(yīng)的教學(xué)改革方案。

3 課堂學(xué)習(xí)方式的研究

針對(duì)課程難度較大、學(xué)生學(xué)習(xí)能力差異性的問(wèn)題，本文提出了引入網(wǎng)課平臺(tái)實(shí)行線上線下混合式學(xué)習(xí)，針對(duì)課堂互動(dòng)不理想的問(wèn)題，提出了借用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建立參與式課堂，最后組建科研小組，每個(gè)小組設(shè)定一個(gè)課題，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性積極主動(dòng)地去學(xué)習(xí)。

3.1 線上線下混合式學(xué)習(xí)

針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力存在差異性的問(wèn)題，引入網(wǎng)課平臺(tái)實(shí)行線上線下混合式教學(xué)的改革方案。以泛雅線上課堂為例，在上課前將課堂上所講授的知識(shí)點(diǎn)錄制成微課，上傳到泛雅課堂中供學(xué)生線上學(xué)習(xí)，微課中只涉及知識(shí)點(diǎn)的講解而不涉及課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)，并且可以適當(dāng)提高語(yǔ)速，進(jìn)而將一節(jié)課的內(nèi)容壓縮成2～3個(gè)15分鐘以內(nèi)的微課，在上課前3天發(fā)布到泛雅課堂中，每個(gè)微課下預(yù)留配套的練習(xí)題，每學(xué)完一節(jié)微課需要完成相應(yīng)的練習(xí)題，在線上系統(tǒng)中設(shè)置沒(méi)聽(tīng)完上一個(gè)微課不能學(xué)習(xí)新的微課，微課學(xué)習(xí)和練習(xí)題的完成作為線上評(píng)分依據(jù)的重要指標(biāo)。這樣，學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生聽(tīng)一遍即可完成，學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生可以反復(fù)學(xué)習(xí)微課，以此來(lái)彌補(bǔ)學(xué)生學(xué)習(xí)能力差異性的問(wèn)題。在線下課堂上，針對(duì)錯(cuò)誤率比較高習(xí)題所對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行集中講解，對(duì)于重點(diǎn)難點(diǎn)的知識(shí)可通過(guò)大量練習(xí)來(lái)鞏固，如果學(xué)生有不明白的地方可及時(shí)回看微課內(nèi)容，提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，并且還有效提高線下課堂的利用率。

3.2 參與式課堂的建立

參與式課堂的建立，以學(xué)習(xí)通網(wǎng)課平臺(tái)為例，在上課前通過(guò)學(xué)習(xí)通等網(wǎng)課平臺(tái)建立線上班級(jí)群，在課堂提問(wèn)的同時(shí)也要同步發(fā)布在班級(jí)網(wǎng)課群中，讓學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)通手機(jī)端回答問(wèn)題，將學(xué)生回答的問(wèn)題實(shí)時(shí)投影到教室投影屏幕上，供大家學(xué)習(xí)討論，這樣不但可以第一時(shí)間收到學(xué)生的反饋，而且課堂的參與度也大大提高。

3.3 組建科研小組

小組學(xué)習(xí)的效率明顯高于個(gè)人的學(xué)習(xí)效率，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高的問(wèn)題，以班級(jí)為單位組建科研小組。在學(xué)期開(kāi)始的時(shí)候發(fā)布科研小組計(jì)劃，讓學(xué)生自行組隊(duì)，每個(gè)小組成員7～8人?？蒲行〗M除了日常學(xué)習(xí)交流外，還要需要提出一項(xiàng)關(guān)于機(jī)床設(shè)計(jì)的研究課題，鼓勵(lì)學(xué)生選擇特種機(jī)床和數(shù)控機(jī)床為題。在臨近期末時(shí)單獨(dú)拿出一節(jié)課時(shí)間讓每個(gè)團(tuán)隊(duì)上講臺(tái)將本學(xué)期研究的機(jī)床進(jìn)展進(jìn)行匯報(bào)。

匯報(bào)的內(nèi)容包括三部分：（1）機(jī)床研究背景和意義，包括該機(jī)床的應(yīng)用范圍、發(fā)展背景和研究意義；（2）機(jī)床工作原理；（3）主要機(jī)構(gòu)，包括機(jī)床的關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)和功能。

匯報(bào)結(jié)束后，科研小組要提交兩份材料，一份是機(jī)床研究的匯報(bào)PPT，另一份材料是小組分工情況，作為評(píng)分的重要依據(jù)。

本文還對(duì)以往團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的評(píng)分方式進(jìn)行了改革，在以往的團(tuán)隊(duì)打分中，通常一組成員的成績(jī)是相同的，或者只有組長(zhǎng)分?jǐn)?shù)較高，其他組員成績(jī)相同的情況。這樣往往會(huì)造成一個(gè)小組中，只有1～2個(gè)學(xué)生認(rèn)真完成作業(yè)，評(píng)分不夠客觀。針對(duì)以上問(wèn)題，本文對(duì)評(píng)分方式進(jìn)行了改革，小組討論總成績(jī)中，增加了小組分工的分值。每個(gè)小組有一個(gè)根據(jù)答辯和PPT內(nèi)容的整體分，整體分各成員都相同，但還有根據(jù)小組分工表給出的小組分工成績(jī)，該項(xiàng)成績(jī)根據(jù)各部分完成情況打分。評(píng)分表格如表1所示。

表1 評(píng)分表

以2022學(xué)年第二學(xué)期的機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程，第四科研小組的小組分工和評(píng)分表為例，其小組分工情況如表2所示。

表2 小組分工

該小組PPT中，機(jī)床的原理描述合理，但研究背景和意義寫(xiě)的不夠充實(shí)，這樣學(xué)生C、D成績(jī)比學(xué)生A、B的成績(jī)高1分，主要機(jī)構(gòu)表述不夠準(zhǔn)確，故學(xué)生E、F需要扣一定的分值。答辯問(wèn)題回答思路清晰，PPT布局合理，故學(xué)生G和學(xué)生H可得滿分，該小組的最終成績(jī)表如表3所示。

表3 第四組最終評(píng)分表

3.4 成績(jī)構(gòu)成的研究

改變成績(jī)的構(gòu)架，平時(shí)成績(jī)提高到30分，包括8分的線上學(xué)習(xí)、10分的小組匯報(bào)、5分作業(yè)、5分課堂表現(xiàn)、2分的出勤率。實(shí)驗(yàn)10分，期末考試60分。降低了出勤分?jǐn)?shù)，線上學(xué)習(xí)也屬于作業(yè)的一部分，故可降低作業(yè)分值的占比。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)課堂教學(xué)存在的問(wèn)題，本文結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對(duì)課程學(xué)習(xí)方式進(jìn)行了研究。針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力存在差異性的問(wèn)題，采用線上線下混合式學(xué)習(xí)，通過(guò)微課讓學(xué)生針對(duì)不懂的問(wèn)題可以在課下反復(fù)學(xué)習(xí)研究。建立參與式課堂，學(xué)生可以在課堂上通過(guò)學(xué)習(xí)通客戶端線上發(fā)言。組建科研小組，每個(gè)科研小組在學(xué)期期末需要匯報(bào)一項(xiàng)機(jī)床專題研究，發(fā)揮了學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，提高了學(xué)生的參與熱情。實(shí)踐證明，這種學(xué)習(xí)方式可以顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，對(duì)比以往的學(xué)習(xí)成績(jī)，本學(xué)期的學(xué)生期末成績(jī)也有了一定程度的提升。