機械技術基礎類課程項目化教學研究

張衛(wèi)芬 李永梅 遲英姿 楊星星 王石莉

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722099

摘要：“中國制造 2025”對機械專業(yè)人才培養(yǎng)提出了新要求，據(jù)此，提出在機械技術基礎類課程中采取項目化教學。本文介紹了項目化教學的實施過程，圍繞機械制圖、機械原理、機械設計、電子技術、PLC等專業(yè)基礎課程開展項目化教學，給出了氣動教學機械手設計、碼垛機械手設計和一級齒輪減速器測繪和三維造型等3個教學項目案例，引導學生圍繞項目開展課程學習，收到較好的教學效果。

關鍵詞：中國制造2025；項目化教學；案例；機械專業(yè)

Abstract："China Manufacturing 2025" has raised new requirements for the training of mechanical talentsandProject teaching is put forward in the course of mechanical basic course according to these. This paper introduces the implementation process of ProjectTeaching，and

ProjectTeaching has been carried out around the basic courses of mechanical drawing， mechanical principle， mechanical design， electronic technology， PLC and so on， the examples of pneumatic teaching manipulator design， stacking manipulator design and primary gear reducer mapping and threedimensional modeling is showed to guide students to carry out curriculum learning around the project， and receive better teaching results.

Key words：China Manufacturing 2025；project teaching；case；mechanical specialty

中國制造2025對人才的需求提出了新的要求，即智能型人才，而機械專業(yè)是一個基于機械結構、電子科學、信息技術等學科的寬口徑專業(yè)，與中國制造2025中所需的智能制造、智能工廠等密不可分。然而，目前機械基礎類課程在教學過程中尚存在理論內容過多、實踐環(huán)節(jié)不足、教學手段落后、考核方式單一、學生自主思考能力不足等問題，在此形勢下，針對機械類基礎課程的教學改革是必然趨勢。鑒于此，本文在機械技術基礎類課程中研究項目化教學，將學生帶入教學項目中，引導學生結合問題學習知識，自主思考問題并提出解決方案，以期提高教學水平，提升學生的工程應用能力和創(chuàng)新能力！

一、“中國制造2025”對項目化教學的總體導向

中國制造2025的指導思想是人才為本，要想實現(xiàn)制造強國和智能制造，其關鍵在于智能型人才的培養(yǎng)。智能型人才不僅是產品的設計者，需要掌握產品的全部知識，還是智能生產系統(tǒng)的管理者，此外，還需要極高的分析問題、解決問題的能力。因此在為機械技術基礎類課程選擇項目時，必須強化學生在機械、電子和軟件等方面知識的應用，掌握相互之間的聯(lián)系，精選與“中國制造2025“相契合的制造工程案例。

二、項目化教學的實施

（一）項目選取

作為應用型本科院校，我校機械專業(yè)的培養(yǎng)目標是既要求學生具備機械學科的基礎知識，也要熟悉目前機械領域的現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)，能在機械制造領域進行設計制造、科技開發(fā)、應用研究等方面的工作。因此，選取了機械制圖、機械原理、機械設計、互換性與測量技術、機械制造工程學、電子技術、PLC等基礎課程作為項目化教學開展的課程，這些課程是以學科知識體系為主，理論與實際相對分離，教學內容缺乏針對性和實用性。因此為滿足“中國制造2025”的需求，對這些課程進行項目化教學。

在項目化教學過程中，項目的選取至關重要，既要覆蓋課程大綱中所要求掌握的知識點，又要能結合工程實際。因此，在項目的設計上，依據(jù)“實用性、典型性、覆蓋性、綜合性、 趣味性、挑戰(zhàn)性、可行性”的要點，遵循先易后難，先簡后繁，循序漸進的原則，選擇合適的項目作為載體。既有針對重點知識的專題項目，又有綜合應用各種知識點的綜合項目。教師在準備項目教案時，需列出項目名稱、項目內容、主要知識點、知識目標和能力目標等相關內容。由于項目化教學很難與現(xiàn)有的教材相匹配，因此，對教師提出了較高的要求，擔任項目化教學的教師需不斷儲備和更新自己的知識，參加各種教科研活動和工程實踐，擴展自己知識的廣度和深度。

（二）項目引入

為培養(yǎng)學生的團隊合作精神，項目開始前，由學生自行組隊，一般四到五人為一組，由于學生學習情況參差不齊，教師可根據(jù)學生的具體情況做適當調整，使得學生團隊中的各個成員都能最大程度的發(fā)揮自己的長處。每個小組要做到分工明確，責任到人，小組內的任務分工及協(xié)同合作由組員討論決定，在項目檢查時，由責任人進行書面的或口頭的匯報，以便教師檢查和考核。在項目教學時，如果是專題項目，教師根據(jù)項目任務進行布置，講解項目中所涉及的知識點，學生根據(jù)項目任務，收集相關資料，并進行方案的討論，初步制定出方案后交由教師評判并進一步修改方案，方案確定后，學生完成相關的工作任務并匯報，老師根據(jù)項目完成情況做出評判并進一步完善，整個項目過程中，教師僅作評判，而不輔助，由學生自行完成所有項目任務。如果是綜合項目或者難度較大的項目，教師可適當輔助學生，避免學生喪失積極性，激發(fā)學生的學習主動性。

（三）階段檢查

項目實施中，需安排階段檢查，若項目較簡單，一般在項目開始后兩天組織第一次階段檢查，如果較難，在一周后進行，主要檢查方案的制訂是否合理，對存在的問題進行正面引導，讓學生自行修改，直至制訂合理的方案。在項目進行到中期時安排一次中期檢查，主要檢查如零件的計算選擇是否正確，裝配圖紙是否符合要求等等，如有實物制作要求，相關零部件是否已經采購或加工等內容，如果發(fā)現(xiàn)問題，教師可指出，并交由學生解決直至正確。最后再進行一次最終檢查，檢查如圖紙是否合理，實物制作是否滿足要求，如有修改，交由學生討論并反饋給教師，直到項目最終完成。每次檢查時，學生需安排組員進行匯報，教師記錄各學生在此階段的表現(xiàn)。在整個過程中，教師起引導作用，學生起主導作用，通過多個項目的訓練，培養(yǎng)學生的溝通交流能力和團隊合作精神。

（四）項目驗收

教師根據(jù)各項目小組的具體情況安排答辯，各小組按照項目任務完成后進行資料匯總， 制作答辯PPT，選派代表上臺展示PPT和設計說明書，并敘述項目設計方案和實施過程，教師做適當總結和點評，組織學生自評互評，選出優(yōu)秀設計項目。

（五）成績評定

傳統(tǒng)的課程考核方式一般是平時成績、技能成績加期末考試成績相結合的模式，這其實很難準確的考核學生真實的學習狀況。如果采用項目教學法教學，在成績評定上，應更重視多樣化、過程化。期末卷面考試可只考察基礎知識，占分20%，學生平時做項目的表現(xiàn)情況和任務完成情況占分80%，這些成績可由學生自評、項目小組成員互評、項目小組間互評以及教師評價來構成。主要評價內容包括設計項目的完成情況，說明書與圖紙及程序等的質量，整個項目完成的時間，如有實物，實物的制作成本以及個人答辯情況等等。項目完成時間和制作成本在整個過程中非常重要，有利于培養(yǎng)學生的時間規(guī)劃與成本控制的能力，不能盲目的為了完成項目而不計較成本，這與生產實際不相符合。通過這些考核，能切實的全面考察學生的真實能力，督促學生更好的管理自己，完成學習任務。

三、典型項目案例

在深刻理解教學大綱的基礎上，參閱了各高校在這些課程建設上的內容，結合一些生產實際中常見的設計任務，形成了課程所需的一些項目案例，通過這些項目案例引領學生分析研究解決問題，培養(yǎng)學生的工程應用能力，促發(fā)學生的創(chuàng)新意識。機械設計課程中有一案例是“智能切斷機”，將機械結構、液壓、plc等課程結合起來，綜合運用了所學各課程的知識。機械制圖課程通過三維NX技術、測繪等來輔助學生更好的掌握如何表達形體結構，加深學生對三維構形和二維視圖的理解。單片機課程中引入智能碼垛機械手的設計項目，使學生能更好的理解連桿機構、單片機控制等內容，做到機電綜合實訓。這些項目讓學生在自主思考、綜合應用、創(chuàng)新思維等方面，起到了良好的推動作用。下面具體介紹3個項目案例。

項目1：氣動教學機械手的設計

本項目是教學用的氣動機械手，可模擬實際工業(yè)生產中能實現(xiàn)檢測、運輸功能的機械手。運用傳感器對需要加工的工件進行篩選，再運用PLC控制技術、氣壓傳動技術控制機械手的動作，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)三個自由度方向（水平、垂直和旋轉）的抓取或放置物品，具有操作范圍大，靈活性好，線路設計合理，系統(tǒng)運行比較可靠。工件經檢測通過后，通過機械手夾取放到指定位置實現(xiàn)運輸。該機械手涉及到力學、氣動技術、自動控制技術、傳感器技術和計算機技術等學科領域，是一門跨學科的綜合技術，很好的鍛煉學生的團隊合作能力和綜合應用各種知識解決問題的能力。項目任務有：1）機械手的總體方案設計，確定氣動機械手的工作原理和結構以及控制方案；2）機械手中氣動回路的設計；3）系統(tǒng)硬件電路的設計，進行PLC的選型，完成PLC的接線圖；4）氣動機械手控制部分程序的設計。

項目2：碼垛機械手設計

碼垛機械手廣泛應用于生產的各個行業(yè)，可滿足從低速到高速，從包裝袋到紙箱，從碼垛一種產品到碼垛多種不同產品的需求。本項目為碼垛機械手的設計，用于單片機課程教學，其功能要求是機械手以連桿機構為主體，通過機電結合，編寫程序用單片機控制步進電機來驅動機械臂，讓機械臂完成旋轉、伸縮、升降動作并準確定位。同時機械臂前端的吸盤在到達指定位置時吸取或松開物體，從而實現(xiàn)物品的準確抓取并能在指定位置按設定方式進行堆疊碼垛。在此基礎上增加無線模塊，可以實現(xiàn)無線即時控制。與一般的機械手相比，具有更靈活準確，堆疊碼垛方式更多樣，方便操作等優(yōu)點，可預編程控制和無線即時控制。項目的實現(xiàn)不僅需要掌握機械原理課程中所學的連桿機構知識，還需運用單片機控制等方面的知識，極大的鍛煉學生的設計能力和綜合運用各學科知識的能力以及自學能力。項目任務有：1）碼垛機械手總體方案設計，選擇合適的電機；2）碼垛機械手機械結構設計，綜合比較各種傳動方案，選出最佳。制作碼垛機械手實物；3）控制方案的設計及控制程序的編寫；4）調試碼垛機械手，是否滿足設計要求。

項目1和項目2是來自于大學生創(chuàng)新的實際課題，是集機械設計、單片機、PLC等學科技術為一體的機電一體化綜合案例，對機械專業(yè)類學生具有較好的指導作用。

項目3：一級齒輪減速器測繪和三維造型

一級齒輪減速器包含了齒輪、軸、軸承、鍵、箱體、軸承蓋等常用件和標準件，通過測繪、三維造型、二維視圖等教學模式，培養(yǎng)學生正確繪制和閱讀工程圖的能力，培養(yǎng)學生從平面到空間，再從空間到平面的思維能力。此項目適用于三維建模與機械工程圖課程。項目任務有：1）減速器拆卸及零件分類，教師介紹測繪的基本知識。2）減速器軸類、箱體類、齒輪類、盤蓋類零件的測繪和三維造型，學生在零件測繪中，除了尺寸之外要注意各零件的工藝結構，測繪完成后根據(jù)已有知識，利用NX軟件中拉伸、拔模、旋轉、GC工具箱、倒角、掃描、螺紋等方法進行各零件的三維建模，制訂正確的零件視圖表達方案，完成尺寸標注和技術要求等，形成正確的二維工程圖。3）減速器標準件的表達，螺紋連接件、鍵、銷、軸承等標準件的規(guī)格、標識和畫法，學會調用NX的標準件庫。4）一級齒輪減速器裝配圖繪制，利用NX完成減速器的三維裝配，制訂正確的二維裝配圖的表達方案、尺寸標注、零部件序號、明細欄、技術要求等，注意裝配工藝結構以及NX二維裝配圖的畫法和步驟。

四、項目化教學效果

基于項目化教學模式與傳統(tǒng)教學模式相比，具有明顯的優(yōu)勢，符合目前教學的要求。從目前的教學效果看，收效良好。學生通過參與項目，極大的調動了學習的積極性，學以致用，從“不知道為什么學這門課”到“如何運用這門課”進行了很大的轉變，為學生提供了良好的運用知識的實踐機會，并在實踐中進一步完善，使學生在畢業(yè)之后更迅速地適應社會發(fā)展的需求，從而提升應用型本科院校的教育質量，為社會輸送更多的高素質技術技能人才。從教師角度來說，運用項目教學法的教學理念，對教師的教學能力、組織管理能力提出了更高的要求，教師的主導作用和學生的主體作用在教學過程中凸顯，教學的效果得以提升。但與傳統(tǒng)的教學方式相比，教師的工作量增加很多?；陧椖炕虒W的各課程的建設是一個長期的工作，并且需要不斷總結課程特點，在不同的課程中實施項目，完善課程體系，優(yōu)化教學內容，在教學模式和教學方法上不斷探索實踐，優(yōu)化教學項目，適應教學要求。

五、結語

本文介紹了“中國制造 2025”對目前應用型本科學生項目化教學的導向，介紹了項目化教學的具體實施過程，并選取了氣動教學機械手的設計、碼垛機械手設計和一級齒輪減速器測繪和三維造型3個教學項目案例，通過項目目的和項目任務，介紹了項目所要涉及的知識點和所需課程，讓學生應用理論知識來解決實際工程問題的方法，提升其實際應用能力，收到較好的教學效果。

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[HTH]基金項目：[HT][HTK]本文系2016年江蘇省高校哲學社會科學研究基金項目《中國制造2025背景下獨立學院機械專業(yè)學生應用能力培養(yǎng)的教學研究》（課題批準號：2016SJD880180）的階段性研究成果[HT]

作者簡介：張衛(wèi)芬（1981），女，江蘇泰州人，碩士，東南大學成賢學院講師，研究方向：機械設計制造。