機(jī)械類專業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境建設(shè)

田春艷，姜海

（合肥學(xué)院機(jī)械工程系，安徽合肥230601）

裝備人才培養(yǎng)

機(jī)械類專業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境建設(shè)

田春艷，姜海

（合肥學(xué)院機(jī)械工程系，安徽合肥230601）

隨著機(jī)械工程領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械類專業(yè)人才必須具備相應(yīng)的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力。針對(duì)當(dāng)前高校在數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)方面存在的問題和不足，指出了建設(shè)適宜的專用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境的重要性，介紹了我院在這方面的建設(shè)方案和內(nèi)容。初步實(shí)踐表明，應(yīng)用專用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力，具有良好的效果。

數(shù)字化設(shè)計(jì)制造；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境；教學(xué)實(shí)踐

合肥學(xué)院機(jī)械設(shè)類專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)在機(jī)械工程及相關(guān)領(lǐng)域生產(chǎn)一線關(guān)鍵核心崗位從事機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、技術(shù)應(yīng)用、生產(chǎn)管理和組織等方面工作的高級(jí)工程應(yīng)用型人才。這一人才培養(yǎng)定位在本質(zhì)上對(duì)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和技術(shù)創(chuàng)新能力都提出了較高的要求，而實(shí)踐能力是創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)和前提[1]。在與本地區(qū)眾多對(duì)口企業(yè)合作的過程中，深切感受到以設(shè)計(jì)數(shù)字化、制造裝備數(shù)字化、生產(chǎn)過程數(shù)字化、管理數(shù)字化為主要內(nèi)容的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)正全面滲透到機(jī)械領(lǐng)域的各個(gè)方面[2]，采用數(shù)字化技術(shù)完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)已成為制造業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)和潮流；在此背景下，大多數(shù)企業(yè)對(duì)此類技術(shù)人才有著非常迫切的需求。因此，掌握相關(guān)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)應(yīng)是機(jī)械類專業(yè)人才必須具備的重要技能之一；要適應(yīng)本地區(qū)機(jī)械工程領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展的要求，必須在專業(yè)人才培養(yǎng)中重視和強(qiáng)化這方面的教學(xué)研究和投入。

1 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

當(dāng)前包括我院在內(nèi)的許多高校正逐漸認(rèn)識(shí)到培養(yǎng)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力的重要性，但在實(shí)際教學(xué)中還存在一些問題和不足，不能適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求。主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）雖然相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備條件有改善，但沒有真正建立起符合先進(jìn)制造業(yè)需求、貼近現(xiàn)代企業(yè)實(shí)際的專用實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。

近年來很多高校引進(jìn)了一些先進(jìn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，但缺少先進(jìn)的管理手段及方法，特別是沒有進(jìn)行有效統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理和調(diào)度控制，大多數(shù)設(shè)備處于單機(jī)分散狀態(tài)；不但設(shè)備的有效利用率較低，難以體現(xiàn)先進(jìn)設(shè)備的特點(diǎn)，而且實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)過程中學(xué)生及設(shè)備的安全不易保證。沒有良好的專用實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，就難以充分發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備在教學(xué)中應(yīng)有的作用，無法為學(xué)生順利進(jìn)行相關(guān)的專業(yè)實(shí)踐提供必要的條件。

（2）教學(xué)內(nèi)容的專業(yè)針對(duì)性不強(qiáng)，缺乏與合作企業(yè)共同開發(fā)課程內(nèi)容。

目前大多數(shù)高校機(jī)械類專業(yè)現(xiàn)有課程體系還按“學(xué)科導(dǎo)向”設(shè)置，課程內(nèi)容比較強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)性和完整性，在知識(shí)點(diǎn)的選擇和安排上沒有針對(duì)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)有選擇性地構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容；特別是缺少與合作企業(yè)共同開發(fā)的課程內(nèi)容，教學(xué)中缺乏最新工程實(shí)踐和工程設(shè)計(jì)的引入，更難以及時(shí)吸收行業(yè)前沿技術(shù)成果。這些都影響了“卓越工程師”人才數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力的培養(yǎng)。

（3）教學(xué)方法與教學(xué)手段陳舊，制約了專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高

盡管多年來各高校一直在探索教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革，但由于技術(shù)條件、運(yùn)行體制等多種因素的制約，在這些方面還難以有根本性的突破；教學(xué)手段單一、教學(xué)方法陳舊、理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)分離等情況仍然在一定程度上困擾師生，不利于學(xué)生數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力的培養(yǎng)。因此，必須考慮從改善技術(shù)條件、改革運(yùn)行體制等多方面入手，融合各種教學(xué)方法、采用各種教學(xué)手段，實(shí)施以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、“做中學(xué)，學(xué)中做”的教學(xué)模式，使得理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)高度融合，為“卓越工程師”人才專業(yè)綜合能力的培養(yǎng)提供有效途徑。

2 建設(shè)適宜的專用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境對(duì)培養(yǎng)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力的重要作用

數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)綜合了多門相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生具備這方面的技能更是一個(gè)系統(tǒng)工程，其中涉及到眾多相關(guān)課程及多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，不可能完全依靠與對(duì)口企業(yè)的合作培養(yǎng)來實(shí)現(xiàn)。因此結(jié)合現(xiàn)代教學(xué)理念，通過校企合作，根據(jù)現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，建設(shè)適宜的專用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，從而為學(xué)生數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力的培養(yǎng)提供良好的硬件條件和軟件環(huán)境支撐，是十分必要的。該網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境建設(shè)涉及兩個(gè)關(guān)鍵問題，即一方面構(gòu)建教學(xué)實(shí)用性和一定先進(jìn)性兼?zhèn)涞膶Ｓ脤?shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，從而可為模擬現(xiàn)代企業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造過程提供必要的條件；另一方面依托該網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)實(shí)施配套的教學(xué)改革，采用優(yōu)化的教學(xué)內(nèi)容及合適的教學(xué)方法，以建立起與企業(yè)工作流程對(duì)應(yīng)的教學(xué)環(huán)境。如果能很好利用適宜的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，則可以讓學(xué)生經(jīng)過充分實(shí)踐，體驗(yàn)現(xiàn)代企業(yè)從訂單、設(shè)計(jì)、工藝、加工到生產(chǎn)管理的全過程，得到所需的單元技能訓(xùn)練及綜合技能培養(yǎng)，從而理解部門間相互關(guān)系和協(xié)同工作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，獲得較好的學(xué)習(xí)效果，并能在今后快速勝任就業(yè)后的工作環(huán)境，這對(duì)進(jìn)一步深入落實(shí)“卓越計(jì)劃”，更好培養(yǎng)“卓越工程師”人才，有著積極的作用和重要意義。

3 面向數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境建設(shè)主要內(nèi)容

（1）數(shù)字化設(shè)計(jì)制造網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)軟硬件配置方案設(shè)計(jì)

為培養(yǎng)機(jī)械類人才具備應(yīng)有的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力，在分析借鑒國內(nèi)現(xiàn)有部分高校已開展的一些實(shí)踐工作基礎(chǔ)上[3，4]，根據(jù)學(xué)院現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件，提出如下的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)軟硬件配置方案，其總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)軟硬件配置方案

通過與合肥鍛壓機(jī)床廠、合肥恒豐汽車零部件公司等本地區(qū)制造企業(yè)的合作，詳細(xì)考察了企業(yè)的組織管理方式、產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程及生產(chǎn)運(yùn)營模式，抽取各企業(yè)所具有的相同關(guān)鍵環(huán)節(jié)點(diǎn)，并經(jīng)適當(dāng)簡(jiǎn)化，確定典型制造企業(yè)的一般工作流程。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合我院實(shí)際條件，進(jìn)行軟硬件配置方案設(shè)計(jì)，以建立一個(gè)集成現(xiàn)有各種數(shù)字化制造、測(cè)量單元設(shè)備和各種CAD/CAE/CAM單元軟件的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造專用實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，如圖1所示。該網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)能夠模擬現(xiàn)代企業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造過程，打造真實(shí)的企業(yè)環(huán)境。它一方面可將我院現(xiàn)有數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控編程代碼的統(tǒng)一管理和遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)傳輸，確保交換數(shù)據(jù)的正確并提高設(shè)備利用率；一方面可通過視頻監(jiān)控及聯(lián)網(wǎng)信息采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便進(jìn)行設(shè)備的統(tǒng)一調(diào)度管理，并提高實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的安全性與直觀性。該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可按典型制造企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營模式，提供面向典型產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)、工藝、編程、仿真加工、實(shí)際制造、測(cè)量及生產(chǎn)管理的軟硬件環(huán)境，提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力。依托該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，我們不斷引進(jìn)企業(yè)的典型產(chǎn)品作為教學(xué)案例，在相關(guān)課程中開展基于企業(yè)工作過程的項(xiàng)目式教學(xué)；模擬企業(yè)工作場(chǎng)景，引入設(shè)計(jì)、工藝、編程、管理等角色，使學(xué)生循序漸進(jìn)地得到數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力所需的單元技能訓(xùn)練，并進(jìn)一步面向?qū)嶋H“真刀真槍”地進(jìn)行專題綜合訓(xùn)練乃至畢業(yè)設(shè)計(jì)等。此外，該網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)與校園現(xiàn)有的畢博網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)連接，拓展網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)功能，以促進(jìn)學(xué)生有效利用各種教學(xué)資源，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

（2）開展與數(shù)字化設(shè)計(jì)制造網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)相配套的教學(xué)改革

數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)實(shí)質(zhì)上是數(shù)字化技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)的綜合，培養(yǎng)應(yīng)用型本科機(jī)制專業(yè)學(xué)生具備這方面的技能更是一個(gè)系統(tǒng)工程，其中涉及到眾多相關(guān)課程及多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，只有在建設(shè)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行配套的課程建設(shè)和教學(xué)方法與手段改革，才能構(gòu)建完整的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求。

根據(jù)我院機(jī)械類專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)對(duì)學(xué)生的能力要求，將把機(jī)械類人才所必備的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力具體化為各個(gè)能力要素；針對(duì)每個(gè)能力要素確定其對(duì)應(yīng)的支撐知識(shí)點(diǎn)；對(duì)各個(gè)能力要素進(jìn)行優(yōu)化組合形成能力單元，然后對(duì)能力單元中具有內(nèi)在邏輯聯(lián)系的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)及知識(shí)應(yīng)用或?qū)嵱?xùn)項(xiàng)目等進(jìn)行有機(jī)組合，形成教學(xué)“模塊”及“子模塊”，即以模塊化方式整合相關(guān)多門課程，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，不過分強(qiáng)調(diào)知識(shí)體系的完整性、系統(tǒng)性，而是更多強(qiáng)調(diào)知識(shí)和專業(yè)的契合度以及運(yùn)用知識(shí)去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力[5]。這樣可較好保證教學(xué)內(nèi)容安排上的層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)緊扣、逐步展開。

數(shù)字化設(shè)計(jì)制造網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與校園公共網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的互聯(lián)，為學(xué)生共享和有效利用豐富的教學(xué)資源，進(jìn)行遠(yuǎn)程自學(xué)、在線問答、擴(kuò)展探索學(xué)習(xí)內(nèi)容等形式的自主學(xué)習(xí)提供了較大的便利。依托專用實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，使有條件實(shí)現(xiàn)真正意義的實(shí)驗(yàn)室開放運(yùn)行，深化實(shí)踐教學(xué)模式的改革。一方面，對(duì)部分相關(guān)實(shí)驗(yàn)，尤其是綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)時(shí)可采用教師集中指導(dǎo)和分散指導(dǎo)相結(jié)合的方式，向?qū)W生布置一定的任務(wù)及要求、規(guī)定完成任務(wù)的時(shí)間段；而完成實(shí)驗(yàn)的具體時(shí)間則由學(xué)生自己確定，并進(jìn)行網(wǎng)上預(yù)約；實(shí)驗(yàn)室在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)學(xué)生開放，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)有較大的靈活性，從而為學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展提供一個(gè)寬松的環(huán)境。另一方面，學(xué)生進(jìn)行第二課堂科技創(chuàng)新活動(dòng)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，則可采用教師負(fù)責(zé)制下學(xué)生預(yù)約登記與一定程度自行管理相結(jié)合的方式，使用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)各實(shí)驗(yàn)室，努力使各實(shí)驗(yàn)室做到在時(shí)間和內(nèi)容上全方位的開放，逐步將以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的、“做中學(xué)，學(xué)中做”的教學(xué)模式落到實(shí)處。實(shí)驗(yàn)室的開放運(yùn)行及教師的充分指導(dǎo)和引領(lǐng)，將給“卓越工程師”人才培養(yǎng)提供良好的實(shí)驗(yàn)條件和充足的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，從而真正達(dá)到應(yīng)有的教學(xué)效果。

4 結(jié)束語

深入開展校企合作，把企業(yè)的工作模式抽象為教學(xué)要素，從而建立起全方位的專用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高了數(shù)字化設(shè)備的有效利用率，并體現(xiàn)出先進(jìn)設(shè)備的特點(diǎn)，大大改善了數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)效果。近年來我院機(jī)械類專業(yè)學(xué)生依托該網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，在各類重大專項(xiàng)賽事如“全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”、“挑戰(zhàn)杯”課外科技作品競(jìng)賽等活動(dòng)中頻頻取得優(yōu)異成績(jī)。這從一個(gè)側(cè)面體現(xiàn)了我院在專用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境建設(shè)方面已取得了初步成果，學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到了明顯提升。同時(shí)必須看到，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力的培養(yǎng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要進(jìn)一步的系統(tǒng)思考和相關(guān)實(shí)踐，特別是必須探索建立校企合作長(zhǎng)效運(yùn)行機(jī)制。

[1]楊叔子，張福潤(rùn)．創(chuàng)新之根在實(shí)踐[J]．高等工程教育研究，2001（2）：9-12．

[2]王孝義，王全先．?dāng)?shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)教學(xué)體系建設(shè)的研究[J]．安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2011，28（3）：97-98．

[3]范彩霞．機(jī)械專業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造能力培養(yǎng)的探索—以黃河科技學(xué)院為例[J]．中國電力教育，2010，170（19）：32-34．

[4]鄧煌，朱民，汪文凌．?dāng)?shù)字化設(shè)計(jì)及制造教學(xué)平臺(tái)配置[J]．南昌航空大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，24（4）：43-45．

[5]蔡敬民，陳嘯．基于能力導(dǎo)向的模塊化教學(xué)體系構(gòu)建——以合肥學(xué)院為例[M]．合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2012：1-15．

Constructing Network Teaching Environment to Cultivate the Ability of Digital Design and Manufacture for Mechanical Specialty

TIAN Chun-yan，JIANG Hai
（Deparment of Mechnical Engineering，Hefei University，Hefei Anhui 230601，China）

With the technology development in the field of mechanical engineering，the mechanical specialty talents of machinery majors should have the ability of digital design and manufacture.In view of the problem and inadequate existing in the ability cultivation of digital design and manufacture in current universities，the importance of constructing the appropriate special network teaching environment is pointed out.Construction scheme and content of our university in this respect is introduced in detail.Initial exploration shows that a good teaching effect is obtained by using the special network teaching enviroment to foster the ability of digital design and manufacture.

digital design and manufacture；network teaching environment；teaching practi

G642.0

：A

：1672-545X（2017）01-0195-03

2016-10-20

合肥學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目（2012jyxm58）

田春艷（1974-），女，河北衡水人，教授，博士，研究方向：材料加工。