基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的“精密機(jī)械制造工程”課程教學(xué)改革研究

張士強(qiáng)，郭慧宇，梁國俐，李自芹，韓忠義

(唐山學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 唐山 063000)

基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的“精密機(jī)械制造工程”課程教學(xué)改革研究

張士強(qiáng)，郭慧宇，梁國俐，李自芹，韓忠義

(唐山學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 唐山 063000)

“精密機(jī)械制造工程”是測控技術(shù)與儀器專業(yè)必修的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。因此，在授課過程中采用整合教學(xué)內(nèi)容、注重實(shí)踐案例在教學(xué)中的應(yīng)用、利用校企合作和各類競賽夯實(shí)學(xué)生專業(yè)知識、教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生未來職業(yè)內(nèi)容相融合等教學(xué)方法，把培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力貫穿于課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，以此提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，使其適應(yīng)未來職業(yè)的發(fā)展。

工程實(shí)踐能力；精密機(jī)械制造工程；教學(xué)改革

如何使測控專業(yè)學(xué)生擁有工程實(shí)踐能力，滿足企業(yè)需求，提高就業(yè)率，是一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。許多高校在培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力方面做了很多工作，例如，華東交通大學(xué)從創(chuàng)新能力培養(yǎng)的課程體系建立出發(fā)，通過理論教學(xué)、實(shí)踐環(huán)節(jié)以及競賽活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新意識和能力的養(yǎng)成，形成了大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)模式[1]。北方工業(yè)大學(xué)從課程體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用型能力培養(yǎng)的軟環(huán)境設(shè)計(jì)及硬環(huán)境建設(shè)出發(fā)，構(gòu)建了漸進(jìn)式、貫通式實(shí)踐能力培養(yǎng)體系[2]。山東理工大學(xué)建立了工程項(xiàng)目、教學(xué)基地、學(xué)生頂崗實(shí)習(xí)、科技競賽等四個(gè)培養(yǎng)平臺，初步實(shí)現(xiàn)了第一課堂與第二課堂的有機(jī)融合[3]。中國民航大學(xué)開展了基于大工程觀的、以能力培養(yǎng)為中心的實(shí)踐教學(xué)體系[4]。各高校都在根據(jù)自身特點(diǎn)積極探索適合企業(yè)發(fā)展、專業(yè)特色突出的高標(biāo)準(zhǔn)人才培養(yǎng)體系。在此人才培養(yǎng)體系下，課程教學(xué)是影響人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要手段和工具[5]?！熬軝C(jī)械制造工程”是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的主干課程，是一門工程性、實(shí)用性均很強(qiáng)的理論與實(shí)踐并舉的課程，具有綜合性、復(fù)雜性、系統(tǒng)性和創(chuàng)新性等特點(diǎn)，所以，此課程在測控專業(yè)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)過程中具有舉足輕重的作用。筆者基于對學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的目標(biāo)，在“精密機(jī)械制造工程”課程教學(xué)方法上進(jìn)行深入研究，堅(jiān)持“理論聯(lián)系實(shí)際，專業(yè)性與綜合性相結(jié)合，教學(xué)與生產(chǎn)、科研相結(jié)合”的原則，把培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力落到實(shí)處。在教學(xué)每個(gè)環(huán)節(jié)都貫穿工程實(shí)踐，而且結(jié)合常規(guī)的實(shí)踐培養(yǎng)方式，如金工實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、數(shù)控實(shí)訓(xùn)，解決學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)與生產(chǎn)實(shí)踐脫節(jié)的問題，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高他們參與實(shí)踐鍛煉的積極性與主動(dòng)性，以縮短學(xué)生畢業(yè)后成為合格工程人員的時(shí)間。下面，筆者總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對“精密機(jī)械制造工程”課程，提出一些提高學(xué)生工程實(shí)踐能力的教學(xué)改革思路。

一、科學(xué)整合教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)筆者多年從事實(shí)際生產(chǎn)的工作經(jīng)驗(yàn)和對測控專業(yè)課的教學(xué)實(shí)踐，對教材不同章節(jié)特點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)真分析比較，然后結(jié)合本地區(qū)相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品種類及人才需求狀況，充實(shí)并調(diào)整教材各章節(jié)內(nèi)容，增加制造技術(shù)人員必須掌握的最基本的工程知識，減少難度較大的微電子機(jī)械系統(tǒng)方面的理論知識，把與課程相關(guān)的最新生產(chǎn)制造技術(shù)和科研成果引入教材。強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識，注重知識的應(yīng)用。教學(xué)過程中把生產(chǎn)涉及到的一些基本計(jì)算、工藝影響因素、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等做詳盡的介紹，并引入教材未涉及的但又是產(chǎn)品生產(chǎn)過程必須掌握的“產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念”。另外，針對學(xué)生對企業(yè)了解不深不透的情況，補(bǔ)充一些有關(guān)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的基本知識。并且，以典型產(chǎn)品工藝為主線，面向生產(chǎn)一線，突出工程特色。例如，本專業(yè)學(xué)生應(yīng)該了解的儀器儀表產(chǎn)品種類繁多，教學(xué)時(shí)可以選取已開發(fā)成功的或未開發(fā)成功的，或者對國民經(jīng)濟(jì)有重大影響的產(chǎn)品為案例，以產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝為主線，從工程角度重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)理念、生產(chǎn)方法、工藝原理、工藝流程、工藝條件、關(guān)鍵設(shè)備節(jié)能降耗等知識。

二、注重實(shí)踐案例在教學(xué)中的應(yīng)用

(一)恰當(dāng)選擇實(shí)踐案例，建立項(xiàng)目與教材相關(guān)模型圖

“精密機(jī)械制造工程”教材選用的是天津大學(xué)曲興華教授主編的《儀器制造技術(shù)》，該教材在第1章第1節(jié)把儀器的生產(chǎn)過程從廣義上劃分了四個(gè)階段，即新產(chǎn)品構(gòu)思與實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品銷售和售后服務(wù)?！爱a(chǎn)品構(gòu)思與實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)”是決定新產(chǎn)品成功與否的關(guān)鍵階段，因此，在教學(xué)中將這兩個(gè)階段作為重點(diǎn)進(jìn)行講解。“產(chǎn)品構(gòu)思與實(shí)驗(yàn)”階段，要考慮新產(chǎn)品的“先進(jìn)性、新穎性、實(shí)用性”。在講解這部分內(nèi)容時(shí)列舉了一些實(shí)際案例，包括在產(chǎn)品構(gòu)思中出現(xiàn)的失敗案例，比如李開復(fù)的團(tuán)隊(duì)在SGI發(fā)明的三維瀏覽器在市場上慘遭失敗，最后整個(gè)團(tuán)隊(duì)和產(chǎn)品不得不被公司廉價(jià)賣掉。這說明新產(chǎn)品僅僅有“新”“酷”等方面的創(chuàng)新是不夠的。創(chuàng)新必須是針對用戶的，必須是有用的，即新產(chǎn)品要有實(shí)用性。還比如，唐山某企業(yè)開發(fā)了一種地鐵輪對檢測儀，是運(yùn)用傳統(tǒng)方法讓輪對運(yùn)轉(zhuǎn)起來，然后用帶有紅外探傷儀的機(jī)械手探測輪對內(nèi)部缺陷。但當(dāng)該產(chǎn)品進(jìn)入調(diào)試階段時(shí)，另一研究所成功開發(fā)了通過式輪對檢測儀，只要運(yùn)行的輪對通過該設(shè)備，所需相關(guān)數(shù)據(jù)便會出來。該設(shè)備在使用上更加方便，具有先進(jìn)性，因此很快占領(lǐng)了市場。這說明在產(chǎn)品構(gòu)思中還需注重新產(chǎn)品的先進(jìn)性、新穎性。由于加入了以上案例，學(xué)生在上課時(shí)興趣濃厚，表現(xiàn)了非常強(qiáng)的學(xué)習(xí)欲望。在講解第4章精密機(jī)械制造技術(shù)中的精密磨削與超精密磨削時(shí)，加入了“PG1800型高效鋸片拋光機(jī)開發(fā)項(xiàng)目”案例，該項(xiàng)目是筆者在某鋸片制造公司主持的一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目。以拋光機(jī)構(gòu)思與設(shè)計(jì)、零部件制造、整臺設(shè)備組裝、調(diào)試為主線，建立了項(xiàng)目與教材內(nèi)容相關(guān)模型圖(圖1)，這樣不僅把課本中相關(guān)知識運(yùn)用到實(shí)際項(xiàng)目中，而且將項(xiàng)目中涉及的開發(fā)要點(diǎn)分成若干問題，讓學(xué)生從教材上或通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館去查閱相關(guān)知識、尋求答案。比如要對鋸片進(jìn)行拋光，那么拋光有哪幾種方法，原理是什么。如用砂輪拋光，砂輪的特性、工藝參數(shù)是什么；如用砂帶拋光，砂帶的特性、工藝參數(shù)又是什么等等。完成了該項(xiàng)目的整個(gè)開發(fā)過程，課本相關(guān)知識點(diǎn)也就學(xué)習(xí)完了，并且也擴(kuò)充了相關(guān)內(nèi)容。項(xiàng)目的引入使枯燥的課本內(nèi)容變得形象生動(dòng)、引人入勝，而且提高了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)了他們的工程實(shí)踐能力。

圖1 項(xiàng)目與教材內(nèi)容相關(guān)模型圖

(二)按傳統(tǒng)型、技改型、創(chuàng)新型設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)實(shí)踐中將教學(xué)內(nèi)容精心設(shè)計(jì)成傳統(tǒng)型、技改型、創(chuàng)新型，把第1章簡要介紹的常規(guī)車銑刨磨鉆機(jī)械加工方法、第2章加工精度分析、第3章常用的儀器儀表材料特性和選材方法、第8章裝配與調(diào)整作為傳統(tǒng)型教學(xué)內(nèi)容，與典型案例結(jié)合提煉出一些常規(guī)問題，讓學(xué)生去思考與實(shí)踐。精心設(shè)計(jì)技改型教學(xué)案例，激發(fā)學(xué)生的技改意識。比如前述案例“PG1800型高效鋸片拋光機(jī)開發(fā)項(xiàng)目”，該項(xiàng)目的開發(fā)背景是由于市場上的拋光機(jī)均采用單面拋光，生產(chǎn)效率低，且為臥式，占地面積大。經(jīng)過重新設(shè)計(jì)將拋光機(jī)臥式結(jié)構(gòu)改為了圖1所示的立式結(jié)構(gòu)，占地面積減小，并且采用雙鋸片拋光方式，可同時(shí)拋光兩個(gè)鋸片，也可單獨(dú)加工，并實(shí)現(xiàn)在線測量，從而使得生產(chǎn)效率提高了一倍。因此，此案例屬于典型的技改型教學(xué)案例。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，要時(shí)常提醒學(xué)生帶著以下幾個(gè)問題進(jìn)行學(xué)習(xí)與實(shí)踐：工作過程是否有人工參與，如果有，能否改成自動(dòng)化設(shè)備，如果沒有，目前設(shè)備的生產(chǎn)效率怎樣，是否還有提高的可能，產(chǎn)品質(zhì)量是否能夠通過工藝或設(shè)備的改進(jìn)有所提高，是否能夠降低成本等等。另外，為了反映近年來我國儀器儀表業(yè)在生產(chǎn)和科研方面的新成就，讓學(xué)生進(jìn)一步了解國內(nèi)測控行業(yè)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，教學(xué)中引入了一些國內(nèi)新型生產(chǎn)工藝，如對于創(chuàng)新型案例，選用了天津大學(xué)長江學(xué)者、973首席科學(xué)家房豐洲教授科研團(tuán)隊(duì)關(guān)于精密加工方面的科研成果——金剛石刀具單點(diǎn)切削單晶硅及光學(xué)自由曲面的三維位移測量系統(tǒng)。此案例與教材中光學(xué)零件的現(xiàn)代制造技術(shù)內(nèi)容相輔相成，激發(fā)了學(xué)生探求知識、投身科學(xué)研究的強(qiáng)烈愿望。

三、在校企合作和各類競賽中夯實(shí)學(xué)生的專業(yè)知識

根據(jù)就業(yè)市場對測控專業(yè)大學(xué)生工程實(shí)踐能力的要求，以校企合作為基點(diǎn)，注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的融合，努力尋求理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的結(jié)合點(diǎn)，探索出了一種將理論教學(xué)與畢業(yè)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)仿真實(shí)訓(xùn)相結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生工程實(shí)踐能力的新型教學(xué)模式。例如，在2013年的教學(xué)實(shí)踐中，以企業(yè)需求為基礎(chǔ)，選擇了3個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，每一項(xiàng)目由10名學(xué)生組成產(chǎn)品項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，以此對所選30人實(shí)踐能力進(jìn)行嘗試性培養(yǎng)。按照企業(yè)常規(guī)項(xiàng)目實(shí)施過程，結(jié)合“精密機(jī)械制造工程”教材內(nèi)容進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)與制造，并指導(dǎo)學(xué)生找出實(shí)踐項(xiàng)目與教材內(nèi)容相關(guān)之處，引導(dǎo)學(xué)生利用教材內(nèi)容解決實(shí)際問題，真正做到“學(xué)中做、做中學(xué)”。這3個(gè)項(xiàng)目分別為：鍬片自動(dòng)上下料機(jī)械手群組、盤類瓷器自動(dòng)磨底機(jī)、喂粕自動(dòng)上料輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與制造。其中鍬片自動(dòng)上下料機(jī)械手群組、盤類瓷器自動(dòng)磨底機(jī)已制成產(chǎn)品，并申請了專利，在企業(yè)得到了應(yīng)用；喂粕自動(dòng)上料輸送機(jī)已完成設(shè)計(jì)，現(xiàn)處于制造階段。項(xiàng)目實(shí)踐中，這些學(xué)生熟悉了各種機(jī)械的基本結(jié)構(gòu)和制造工藝，鞏固了機(jī)械傳動(dòng)、公差配合、材料選用、電控設(shè)計(jì)等知識，初步掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)與電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本技能，提高了實(shí)踐創(chuàng)新能力和綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力，在專業(yè)技能方面得到了顯著提高，而且培養(yǎng)了學(xué)生在工程實(shí)踐中一絲不茍的工作態(tài)度。

為了更充分地利用師資力量及現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，讓更多的學(xué)生參與到課程實(shí)踐中，本專業(yè)設(shè)置了課外開放項(xiàng)目，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)能力。在指導(dǎo)教師的精心指導(dǎo)下，2013年扎實(shí)地開展了十多項(xiàng)具有動(dòng)手操作和實(shí)用意義的課外開放項(xiàng)目，取得了很好的教學(xué)成果。學(xué)生也由此在參加的各學(xué)科競賽中獲得了優(yōu)異的成績，如，在第五屆全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中獲得河北賽區(qū)二等獎(jiǎng)，在河北省第二屆大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽中獲得二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)。在2013年“挑戰(zhàn)杯”河北省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中“模擬倉儲搬運(yùn)機(jī)器人”獲得一等獎(jiǎng)，“基于單片機(jī)的智能家電控制系統(tǒng)”獲得二等獎(jiǎng)。在2013年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)中實(shí)現(xiàn)了歷史性的突破，“半自動(dòng)廚用刷削機(jī)設(shè)計(jì)”和“迷你多功能烘干機(jī)”兩個(gè)項(xiàng)目成功立項(xiàng)。

四、教材內(nèi)容與學(xué)生未來職業(yè)內(nèi)容相互融合

在教學(xué)中緊扣教材，循序漸進(jìn)、潛移默化地多點(diǎn)滲透與學(xué)生未來職業(yè)相關(guān)的專業(yè)內(nèi)容，對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣非常有效。例如，在講解第1章“生產(chǎn)與工藝系統(tǒng)”時(shí)，會涉及到其包含的8個(gè)子系統(tǒng)：決策管理子系統(tǒng)、設(shè)計(jì)技術(shù)子系統(tǒng)、生產(chǎn)計(jì)劃子系統(tǒng)、物資供應(yīng)子系統(tǒng)、產(chǎn)品銷售子系統(tǒng)、人事教育子系統(tǒng)、成本財(cái)務(wù)子系統(tǒng)、制造過程及輔助生產(chǎn)子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)都有對應(yīng)的工作崗位，筆者對每個(gè)子系統(tǒng)的內(nèi)容及相應(yīng)的職業(yè)做了詳盡的解釋，對想進(jìn)入感興趣的子系統(tǒng)中工作的學(xué)生應(yīng)該具備哪些知識做一些介紹。比如，測控專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后從事儀器設(shè)計(jì)與制造工作的居多，也就是進(jìn)入設(shè)計(jì)子系統(tǒng)和生產(chǎn)子系統(tǒng)工作，要想勝任這兩個(gè)子系統(tǒng)的工作，就必須把電路、模擬及數(shù)字電子技術(shù)、數(shù)字信號處理、自動(dòng)檢測技術(shù)、智能儀器原理及設(shè)計(jì)等專業(yè)知識學(xué)好，針對本門課程，則重點(diǎn)掌握儀器選材與制造工藝。在授課過程中通過將教材內(nèi)容與學(xué)生未來職業(yè)內(nèi)容相融合，各章知識點(diǎn)能夠很自然地被學(xué)生吸收，而不必生硬地進(jìn)行灌輸。有些同學(xué)畢業(yè)后能夠勝任相關(guān)工作，有些卻不能勝任，主要是因?yàn)樵谛]有夯實(shí)專業(yè)知識、缺乏實(shí)踐鍛煉，因此，要教育學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)，勤于實(shí)踐，努力提升自己的技術(shù)水平，培養(yǎng)各個(gè)方面的能力。學(xué)生只有使自己不斷進(jìn)步，才能為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 孟飛.機(jī)械類學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)模式探討[J].科技信息，2008(35)：924.

[2] 李穎宏，徐繼寧，田紅芳.工程應(yīng)用型人才的漸進(jìn)貫通式實(shí)踐能力培養(yǎng)體系建設(shè)[J].北京教育：高教版，2008(12)：41-42.

[3] 賈致榮，曲國慶，李雅琴.工科學(xué)生工程意識和實(shí)踐能力培養(yǎng)研究及實(shí)踐[J].高等建筑教育，2011(5)：13-15.

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(責(zé)任編校：李秀榮)

A Research on Teaching Reform of Precise Machinery Manufacturing Engineering Based on the Engineering Practice Ability

ZHANG Shi-qiang， GUO Hui-yu， LIANG Guo-li， LI Zi-qin， HAN Zhong-yi

(Department of Electromechanical Engineering， Tangshan College， Tangshan 063000， China)

Precision Machinery Manufacturing Engineering is an important compulsory major course in the teaching program of measurement and control technology and instrument. Therefore， it is necessary to integrate teaching content， make more case studies， strengthen the students’ professional knowledge through school-enterprise cooperation and various competitions， gear teaching content towards students’ future occupations， and develop the students’ engineering practical ability throughout the course teaching so as to help them fit in with future careers.

engineering practical ability； Precision Machinery Manufacturing Engineering； teaching method

G624.1

A

1672-349X(2015)02-0103-03

10.16160/j.cnki.tsxyxb.2015.02.028