“先進(jìn)制造技術(shù)”企業(yè)案例教學(xué)探討*

胡海霞，王成軍，劉志衛(wèi)

（1.安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大學(xué)人工智能學(xué)院，安徽 淮南 232001）

0 前言

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，是衡量一個(gè)國(guó)家科技水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志[1]。近幾十年來(lái)，機(jī)械制造專業(yè)已逐漸發(fā)展成為與光學(xué)、微電子、自動(dòng)化、材料科學(xué)、信息科學(xué)等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的新型交叉學(xué)科[2]。如各種智能機(jī)械、光電子集成器件、高速光電子芯片、生物芯片，以及超導(dǎo)產(chǎn)品、太陽(yáng)能裝置、空間裝置等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，都離不開先進(jìn)制造業(yè)[1-2]。先進(jìn)制造技術(shù)是制造業(yè)的前沿和核心，是增強(qiáng)我國(guó)自主創(chuàng)新能力、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的重要保障，高等院校相關(guān)專業(yè)開設(shè)“先進(jìn)制造技術(shù)”課程具有重要意義[3]?！跋冗M(jìn)制造技術(shù)”課程是機(jī)械工程類專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要介紹機(jī)械制造的先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)、前沿加工制造技術(shù)、現(xiàn)代管理模式及新一代加工裝備等[4-5]；在傳統(tǒng)制造技術(shù)基礎(chǔ)上不斷吸收其他學(xué)科的新技術(shù)以及現(xiàn)代管理技術(shù)的成果，將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、經(jīng)營(yíng)管理、售后服務(wù)及回收再利用制造的全過(guò)程[6]。

在機(jī)械工程及相關(guān)專業(yè)的研究生培養(yǎng)中，通過(guò)“先進(jìn)制造技術(shù)”課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生掌握當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的基本知識(shí)、理論方法與關(guān)鍵技術(shù)，擁有探究新技術(shù)與不斷創(chuàng)新的意識(shí)。隨著科技的不斷進(jìn)步和工業(yè)的快速發(fā)展，新材料、新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式達(dá)不到理想的教學(xué)效果，迫切需要對(duì)當(dāng)前的課程教學(xué)進(jìn)行變革[7]。

案例教學(xué)是一種教育部提倡實(shí)施的教學(xué)方法，起源于20世紀(jì)20年代，由美國(guó)哈佛商學(xué)院（Harvard Business School）所倡導(dǎo)，30年代初，開始在美國(guó)高校中推廣使用；50、60年代，發(fā)達(dá)國(guó)家高等院校中開始采用案例教學(xué)；80年代初，案例教學(xué)被引進(jìn)我國(guó)后很快受到高等教育界的重視。教育要面向現(xiàn)代，要與時(shí)俱進(jìn)，使學(xué)生能更好地適應(yīng)時(shí)代要求和社會(huì)發(fā)展需求，將教學(xué)過(guò)程和生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合將是未來(lái)研究生課程教學(xué)的主流發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)案例教學(xué)，將理論知識(shí)和工程實(shí)際相結(jié)合，能夠?qū)W(xué)生引入實(shí)踐，可以提高學(xué)生面對(duì)復(fù)雜情境時(shí)決策和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生具備獨(dú)立從事科學(xué)研究工作的能力[8]；可以克服傳統(tǒng)教育模式的弊端[9]，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)與團(tuán)隊(duì)精神，非常符合機(jī)械制造的實(shí)踐性、權(quán)變性和復(fù)雜性的特點(diǎn)及其對(duì)學(xué)生素質(zhì)與能力的培養(yǎng)要求[10]。因此，在機(jī)械工程專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)中引入案例教學(xué)法，采用以傳統(tǒng)教學(xué)方法為主、以企業(yè)案例教學(xué)為輔的教學(xué)模式，可以極大地促進(jìn)當(dāng)前專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)改革的全面發(fā)展，改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，滿足機(jī)械工程類全日制專業(yè)學(xué)位碩士研究生的實(shí)踐性和應(yīng)用性的培養(yǎng)要求，更好地適應(yīng)當(dāng)前制造企業(yè)對(duì)人才的需求。

1 課程教學(xué)改革的必要性

在經(jīng)濟(jì)全球化條件下，出現(xiàn)了國(guó)際產(chǎn)業(yè)大轉(zhuǎn)移、制造業(yè)布局大調(diào)整的趨勢(shì)，發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)是提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、振興國(guó)家經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略手段，各國(guó)廣泛采用先進(jìn)制造技術(shù)和模式[11-12]?！跋冗M(jìn)制造技術(shù)”課程內(nèi)容涵蓋面廣，涉及的資源信息十分龐雜，理論深?yuàn)W，知識(shí)點(diǎn)處于科技前沿，需要具備大量的理論知識(shí)儲(chǔ)備。而且，該課程與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，實(shí)踐性強(qiáng)，需要對(duì)企業(yè)現(xiàn)狀有最新的了解。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以課堂理論講授為主，教師是教學(xué)活動(dòng)的主體，教學(xué)內(nèi)容容易和生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)，無(wú)法將理論知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生無(wú)法了解先進(jìn)的設(shè)計(jì)及制造工藝的具體應(yīng)用。因此，傳統(tǒng)教學(xué)模式一定程度上降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生興趣不足，主動(dòng)性低，這對(duì)提高學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力是不利的。尤其是講解先進(jìn)制造的理念和模式時(shí)，如柔性制造系統(tǒng)（FMS）、成組技術(shù)（GT）、并行工程（CE）、精益生產(chǎn)（LP）、智能制造（IM）、虛擬制造技術(shù)（VMT）等先進(jìn)的制造模式，采用傳統(tǒng)教學(xué)模式會(huì)影響學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，教學(xué)效果不理想。學(xué)生大多沒有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)工程實(shí)際缺乏了解，沒有經(jīng)過(guò)理論知識(shí)的綜合應(yīng)用等方面的訓(xùn)練。因此，在現(xiàn)有的教學(xué)條件下，探索新的教學(xué)模式，讓學(xué)生接觸并學(xué)習(xí)到企業(yè)先進(jìn)的制造方法和生產(chǎn)模式的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)具有重要意義。

“先進(jìn)制造技術(shù)”課程是一門以科學(xué)技術(shù)為主、注重應(yīng)用的課程。科技的快速發(fā)展迫切地需要大量應(yīng)用型工程技術(shù)人才。為滿足企業(yè)對(duì)人才的需求，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生建立正確的、完整的現(xiàn)代工程意識(shí)，從而提高自身綜合素質(zhì)、工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新意識(shí)和能力，必須在教學(xué)中引入經(jīng)典企業(yè)案例[13]。案例教學(xué)法在研究生科研學(xué)習(xí)中，具有直接的促進(jìn)作用。學(xué)生通過(guò)經(jīng)典企業(yè)案例了解現(xiàn)代制造技術(shù)的基本原理、相關(guān)技術(shù)及最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，有助于開拓學(xué)生視野，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)對(duì)案例進(jìn)行思考與討論，有效拓寬學(xué)生知識(shí)面的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力，提高學(xué)生的科研創(chuàng)新能力[14]。因此，在高等教育的教學(xué)中引入案例教學(xué)是十分必要的。

2 基于企業(yè)案例的教學(xué)模式設(shè)計(jì)

針對(duì)“先進(jìn)制造技術(shù)”課程的特點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)為目標(biāo)，結(jié)合課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出了一種以傳統(tǒng)教學(xué)方法為主、以企業(yè)案例教學(xué)為輔的教學(xué)模式。教師在課堂教學(xué)中，把先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法、制造方法和生產(chǎn)模式的基本理論知識(shí)傳授給學(xué)生，引入企業(yè)案例，讓學(xué)生盡可能地貼近企業(yè)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、技術(shù)和管理的第一線。教師引導(dǎo)學(xué)生積極參與課堂討論、案例閱讀、分析企業(yè)的小組作業(yè)方式及撰寫案例分析報(bào)告等，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析案例并回答問題，加深對(duì)“先進(jìn)制造技術(shù)”課程的理解。企業(yè)案例教學(xué)法是一種將理論知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，一定程度上提高了學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)效果，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.1 案例教學(xué)和理論教學(xué)相結(jié)合

碩士研究生已經(jīng)具備了較高的自學(xué)能力以及分析問題和解決問題的能力，而且還要參與課題研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)及撰寫學(xué)術(shù)論文等。“先進(jìn)制造技術(shù)”課程不僅涉及一些先進(jìn)的技術(shù)和理論，而且課程內(nèi)容多與學(xué)時(shí)數(shù)少的矛盾也十分突出。采用企業(yè)案例教學(xué)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相結(jié)合的方法，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下自主學(xué)習(xí)，能夠一定程度上解決課程內(nèi)容多、技術(shù)新、學(xué)時(shí)少的矛盾。在案例教學(xué)過(guò)程中，除了應(yīng)綜合考慮課程本身濃厚的理論基礎(chǔ)和高度的實(shí)踐性、應(yīng)用性特征，還要顧及專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)的特殊要求[15]。為了加深學(xué)生對(duì)“先進(jìn)制造技術(shù)”課程的理解和掌握，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)分析和解決工程實(shí)際問題的能力，課堂理論教學(xué)應(yīng)注意優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，突出課程先進(jìn)性、應(yīng)用性的特點(diǎn)，注重教學(xué)的互動(dòng)性和實(shí)踐性，將工程實(shí)際與理論知識(shí)相結(jié)合，提高教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)教學(xué)效果。

2.2 案例分析與小組討論式教學(xué)相結(jié)合

良好的案例教學(xué)可以讓學(xué)生感受到一個(gè)仿真的實(shí)景，可以讓學(xué)生更好地理解和掌握課程內(nèi)容。案例教學(xué)的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。在“先進(jìn)制造技術(shù)”課程教學(xué)計(jì)劃安排中，需要穿插案例討論課，通常采用互動(dòng)討論法，讓學(xué)生利用基本知識(shí)和分析技能，針對(duì)案例中的問題提出各自的分析解決方案，比較傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造方法與先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)和管理模式的差別，鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考，一起探討解決問題的方法。同時(shí)，案例會(huì)覆蓋教材中的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，課堂上教師講解該企業(yè)案例涉及的知識(shí)要點(diǎn)，學(xué)生通過(guò)分析案例可以對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行梳理和貫通，從而掌握重點(diǎn)知識(shí)。例如，“綠色設(shè)計(jì)和制造技術(shù)”部分，以汽車零部件為例，課前布置與綠色設(shè)計(jì)及制造工藝相關(guān)的案例，指導(dǎo)學(xué)生提前閱讀，學(xué)生自由組合為研討小組，各個(gè)小組開展討論后形成各自的方案。企業(yè)案例需要構(gòu)建理論知識(shí)體系，在課堂理論教學(xué)中，教師采用多媒體課件的形式向?qū)W生講授綠色制造的概念及基本思想、綠色設(shè)計(jì)的方法、綠色材料的選取和典型的綠色制造工藝技術(shù)，指出綠色設(shè)計(jì)與制造是人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，也是每個(gè)企業(yè)重點(diǎn)考慮的企業(yè)行為。全面推行綠色制造，必須按照全生命周期的理念，革新傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)和生產(chǎn)方式。課堂上引導(dǎo)各小組積極討論，并對(duì)其方案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，指出各自的優(yōu)點(diǎn)、不足以及適用范圍等。同時(shí)，引入上海通用汽車采用綠色設(shè)計(jì)、綠色材料和綠色制造的案例，對(duì)當(dāng)時(shí)案例企業(yè)的背景、公司概況、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)情況加以說(shuō)明。然后，提出企業(yè)案例問題，列舉展示多款采用新能源技術(shù)、綠色工藝的通用汽車，可以采用文字、圖片、動(dòng)畫、視頻等多種形式展示。采用案例分析和理論講授相結(jié)合的教學(xué)方法，能夠加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解與把握，達(dá)到融會(huì)貫通的目的，有助于深化學(xué)生對(duì)典型案例、重要知識(shí)點(diǎn)的理解，也有助于培養(yǎng)和提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

3 案例教學(xué)應(yīng)解決的問題

3.1 注重企業(yè)案例的選擇

綜上所述，在“先進(jìn)制造技術(shù)”課程教學(xué)中，案例教學(xué)具有減少理論知識(shí)的抽象性、提高和培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的優(yōu)點(diǎn)。適宜的經(jīng)典企業(yè)案例是成功開展案例教學(xué)的關(guān)鍵，所選擇的課程案例應(yīng)當(dāng)與教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，學(xué)生感興趣并且富有教育啟發(fā)意義?；诖耍跋冗M(jìn)制造技術(shù)”課程案例的選擇，主要從以下三個(gè)方向進(jìn)行：

1）根據(jù)教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)選擇適宜的案例，以典型企業(yè)案例為基礎(chǔ)，理論聯(lián)系實(shí)際。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)逐漸滲透到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、功能規(guī)劃、加工制造、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理與調(diào)度、市場(chǎng)營(yíng)銷、回收再利用等各個(gè)環(huán)節(jié)。因此，新科技、新理念、新模式不斷涌現(xiàn)，先進(jìn)制造技術(shù)案例的選擇要具有新穎性。教師選擇不同先進(jìn)制造技術(shù)或者先進(jìn)管理模式的成功案例，引領(lǐng)學(xué)生關(guān)注科技發(fā)展和科技前沿，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)精神。

2）結(jié)合教材內(nèi)容結(jié)構(gòu)選擇針對(duì)性較強(qiáng)的企業(yè)案例。課程教學(xué)的目的是深入掌握所涉及的技術(shù)，促進(jìn)基礎(chǔ)理論與應(yīng)用的深度融合。“先進(jìn)制造技術(shù)”課程不僅應(yīng)用性強(qiáng)，而且實(shí)踐性強(qiáng)，因此，所選擇的案例要結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，回歸技術(shù)本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)真正的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。

3）所選擇的案例要注意內(nèi)容充實(shí)、難易適中，既不能過(guò)于簡(jiǎn)單，也不能過(guò)于繁雜，要便于加強(qiáng)理論知識(shí)的鞏固和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

隨著科技的不斷進(jìn)步，工程案例要與時(shí)俱進(jìn)，案例庫(kù)也要不斷更新，增加新的工程案例。同時(shí)，要跟蹤觀察案例企業(yè)現(xiàn)實(shí)發(fā)展動(dòng)向，體現(xiàn)工程案例的時(shí)效性及實(shí)用性[16]。

3.2 案例庫(kù)的建設(shè)內(nèi)容及使用

傳統(tǒng)教學(xué)法和案例教學(xué)法兩者各有優(yōu)勢(shì)和不足，互為補(bǔ)充。傳統(tǒng)課堂理論教學(xué)對(duì)課程的基礎(chǔ)理論知識(shí)的系統(tǒng)分析和講解有利于學(xué)生形成知識(shí)體系和結(jié)構(gòu)，注重知識(shí)的完整性、系統(tǒng)性、規(guī)范性。案例教學(xué)生動(dòng)直觀，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)務(wù)性和創(chuàng)新性。根據(jù)機(jī)械工程研究生的培養(yǎng)計(jì)劃和課程教學(xué)大綱及知識(shí)點(diǎn)要求，有針對(duì)性地篩選收集面向高等院校機(jī)械類研究生的典型的、最新的工程案例，按照現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)制造工藝技術(shù)和先進(jìn)制造管理模式三大模塊，基于現(xiàn)代信息化技術(shù)構(gòu)建先進(jìn)制造技術(shù)的案例庫(kù)，如圖1所示。制作各個(gè)教學(xué)課程模塊的課件，將傳統(tǒng)教學(xué)和案例教學(xué)緊密結(jié)合起來(lái)，綜合利用，互為補(bǔ)充，通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂、微課、視頻及動(dòng)畫等形式呈現(xiàn)給學(xué)生。在教學(xué)計(jì)劃安排中，在理論教學(xué)中用多媒體課件的形式向?qū)W生進(jìn)行講授，再選取典型的案例開展課堂討論。如逆向工程技術(shù)的教學(xué)，在理論教學(xué)中用多媒體課件向?qū)W生介紹逆向工程的定義、分類、步驟、應(yīng)用和前景。對(duì)于比亞迪S6逆向工程案例分析中，學(xué)生課堂討論反求對(duì)象的分析、三維數(shù)據(jù)采集所需要的儀器設(shè)備、模型重構(gòu)技術(shù)及優(yōu)化，總結(jié)逆向工程的一般步驟；重申逆向工程是消化吸收與反求對(duì)象相關(guān)的國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的。目前，比亞迪已經(jīng)走上了自主設(shè)計(jì)的道路。逆向工程技術(shù)是迅速提升我國(guó)汽車車身研發(fā)水平、提升汽車自主開發(fā)能力的重要手段之一[17]。

圖1 “先進(jìn)制造技術(shù)”課程案例庫(kù)體系結(jié)構(gòu)

在參考國(guó)內(nèi)外知名高校機(jī)械工程專業(yè)的課程大綱、教學(xué)課件及企業(yè)案例的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地選取面向高等院校機(jī)械類研究生的典型工程案例，通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂、微課、視頻及動(dòng)畫等形式呈現(xiàn)給學(xué)生。對(duì)部分案例進(jìn)行仿真實(shí)訓(xùn)，如工業(yè)機(jī)器人的案例教學(xué)中，對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了仿真分析，如圖2所示。相關(guān)教學(xué)案例已經(jīng)應(yīng)用于2019級(jí)、2020級(jí)機(jī)械工程及相關(guān)專業(yè)研究生“先進(jìn)制造技術(shù)”課程的教學(xué)實(shí)踐中（40學(xué)時(shí)）。在將案例庫(kù)引入教學(xué)后，學(xué)生從理論過(guò)渡到實(shí)際應(yīng)用，通過(guò)課堂教學(xué)中的動(dòng)畫和視頻的演示增強(qiáng)了場(chǎng)景沉浸感，將課程內(nèi)容展現(xiàn)在實(shí)際案例中，加深了對(duì)相關(guān)先進(jìn)制造專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，對(duì)提高學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力具有重要意義[18]。實(shí)踐證明，在“先進(jìn)制造技術(shù)”課程教學(xué)中，采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)法和案例教學(xué)法相結(jié)合的模式，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)，提高先進(jìn)設(shè)計(jì)方法及制造技術(shù)應(yīng)用水平，教學(xué)效果良好。

圖2 案例庫(kù)中工業(yè)機(jī)械手的仿真

4 總結(jié)

“先進(jìn)制造技術(shù)”課程是機(jī)械工程類專業(yè)學(xué)生重要的基礎(chǔ)課程之一，課程涉及的內(nèi)容較多，知識(shí)點(diǎn)多處于科技前沿，因此，教師在講授課程時(shí)引進(jìn)經(jīng)典企業(yè)案例是非常必要的。教學(xué)內(nèi)容的組織應(yīng)緊緊圍繞專業(yè)需求，企業(yè)案例的選擇既要有代表性，又要結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，體現(xiàn)出明顯的專業(yè)性、針對(duì)性和實(shí)用性。采用以傳統(tǒng)教學(xué)方法為主、以企業(yè)案例教學(xué)為輔的教學(xué)模式，有助于提高課堂教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。