面向中國制造2025的機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)方法探討

馬可 苑明海 張靜輝

摘要： 結(jié)合中國制造2025對機(jī)械制造裝備人才的新需求，分析了當(dāng)前機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教材、教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題，從以學(xué)生能力的全面提升為目標(biāo)導(dǎo)向來組織和持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)出發(fā)，提出應(yīng)適時(shí)更新教材內(nèi)容，使其能夠體現(xiàn)本課程的知識特點(diǎn)，適應(yīng)新時(shí)期的教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)需求，還應(yīng)建立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，積極改進(jìn)教學(xué)措施和教學(xué)方法，以期提高課程教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力。

Abstract： Based on the new demand of 2025 manufacturing equipment talents in China， this paper analyzes the teaching material， teaching present conditions and existing problems in the current course of mechanical manufacturing equipment design. It starts from the overall improvement of students' ability to organize and continuously improve the teaching of the curriculum. The content of teaching materials should be timely updated so that it can reflect the knowledge characteristics of this course， adapt to the needs of teachers' teaching and student learning in the new era， and should also establish a student-centered teaching philosophy and actively improve the teaching measures and teaching methods in order to improve the teaching of the course effect， cultivate students' innovative spirit， practical ability.

關(guān)鍵詞： 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)；教材建設(shè)；教學(xué)方法；教學(xué)改革

Key words： mechanical manufacturing equipment design；teaching material construction；education method；education reform

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）20-0248-03

0 引言

“機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)”是高等學(xué)校理工科機(jī)械工程學(xué)科本科教學(xué)中量大面廣的主干專業(yè)課。課程目標(biāo)是使學(xué)生掌握機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的基本原理和方法，具備一定的機(jī)械制造裝備總體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，以具備實(shí)施和規(guī)劃機(jī)械加工生產(chǎn)線的能力為宗旨全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，使具有機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)潛質(zhì)和興趣的學(xué)生能夠脫穎而出，為國家實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國戰(zhàn)略提供高素質(zhì)的人才保障[1]。當(dāng)前，我國正處于《中國制造2025》所規(guī)劃的制造業(yè)強(qiáng)國戰(zhàn)略三步走中第一步的關(guān)鍵時(shí)期，其中涉及的“五大工程”、“十大領(lǐng)域”幾乎全部與裝備制造業(yè)的發(fā)展水平直接相關(guān)[2]。

裝備制造業(yè)的發(fā)展離不開大批高層次相關(guān)人才的支撐，而高質(zhì)量的制造裝備課程教學(xué)是培養(yǎng)高層次裝備制造業(yè)人才的前提和保證。因此，新時(shí)期的機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程應(yīng)當(dāng)更加有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力，使學(xué)生在畢業(yè)之后能夠迅速適應(yīng)當(dāng)前裝備制造業(yè)日新月異發(fā)展所帶來的挑戰(zhàn)。

1 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教材及教學(xué)現(xiàn)狀

“機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)”是一門歷史發(fā)展悠久的專業(yè)課程，從最初的金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)發(fā)展到今天的機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)，在一定程度上見證了我國高等教育中專業(yè)課教學(xué)的發(fā)展歷程[3]。當(dāng)前的機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程，各高校一般開設(shè)在本科大四學(xué)年第一學(xué)期，采用講授為主，實(shí)驗(yàn)為輔的教學(xué)方式達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。近年來，隨著裝備制造業(yè)的快速發(fā)展、進(jìn)步，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法存在的問題日益顯現(xiàn)，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.1 教材內(nèi)容更新滯后，書本與現(xiàn)實(shí)脫節(jié)較嚴(yán)重

目前，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的專門教材不多，可選擇的范圍很窄。而且，從內(nèi)容上看，雖然教材會(huì)定期進(jìn)行改版，但仍然難以趕上機(jī)械制造裝備業(yè)日新月異的發(fā)展腳步。例如，教材的最重要內(nèi)容金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)部分，仍以傳統(tǒng)的分級變速主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)為主，而對當(dāng)前機(jī)床制造領(lǐng)域廣泛采用的無級變速、電主軸、并聯(lián)傳動(dòng)等知識的介紹非常簡單，這就造成了書本知識與現(xiàn)實(shí)的嚴(yán)重脫節(jié)。書與現(xiàn)實(shí)的脫節(jié)，不但使學(xué)生無所適從，也在很大程度上給教師帶來了煩惱，現(xiàn)在的大學(xué)教師通常必須教學(xué)與科研兼顧，在時(shí)間和精力有限的情況下，還要求他們備課時(shí)，掌握大量書本以外的最新知識也有一定困難，而如果依賴相對滯后的教材內(nèi)容，又無異于誤人子弟。

1.2 教學(xué)模式相對單一，學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足、興趣不高

機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程涉及知識面廣、難度較大，但由于教學(xué)大綱的要求和課時(shí)設(shè)置有限等原因，為了完成教學(xué)內(nèi)容，教師通常只能以傳統(tǒng)的課堂教授方式對學(xué)生進(jìn)行知識灌輸，翻轉(zhuǎn)課堂等學(xué)生參與度較高的教學(xué)模式安排很少，再加上教材內(nèi)容相對陳舊，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足，教學(xué)效果不佳。另一方面，課程安排在大四第一學(xué)期也不盡合理，學(xué)生此時(shí)往往面臨就業(yè)、考研等壓力，投入課程學(xué)習(xí)的精力十分有限。

1.3 實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不足，難以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立從事裝備設(shè)計(jì)工作的能力

機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程本身應(yīng)當(dāng)是一門非常重視培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，為將來從事裝備設(shè)計(jì)工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的專業(yè)課程。但限于時(shí)間和設(shè)備條件限制，課程實(shí)際安排的實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生往往只是參觀機(jī)床、生產(chǎn)線而已，沒有機(jī)會(huì)親自動(dòng)手實(shí)踐，這對他們深入理解所學(xué)理論知識，鍛煉動(dòng)手能力，進(jìn)而理論聯(lián)系實(shí)際進(jìn)行裝備設(shè)計(jì)是非常不利的。

1.4 成績評價(jià)指標(biāo)設(shè)置不合理，難以全面評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果

現(xiàn)行的將平時(shí)作業(yè)、考勤情況與期末理論考試成績按一定比例計(jì)算總成績的方式，對純理論的基礎(chǔ)課程考核是適用的，但很難對本課程中學(xué)生的實(shí)際設(shè)計(jì)能力進(jìn)行合理評價(jià)。

1.5 教師自身缺乏工程背景和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，造成師資力量相對薄弱

近年來，高校引進(jìn)青年教師的條件要求越來越高，對教師的學(xué)歷、學(xué)位甚至畢業(yè)院校、海外經(jīng)歷等十分重視，這當(dāng)然對提升高校的科研水平有一定作用。但另一方面，特別是對工科院校來說，教師是否具有工程背景和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)十分重要，而引進(jìn)的青年教師往往是剛剛走出校園的博士生，這方面的經(jīng)歷十分缺乏，入職以后一般也只是簡單的崗前培訓(xùn)，沒有機(jī)會(huì)和精力再進(jìn)行工程方面的培訓(xùn)。這就造成教師自身也幾乎沒有實(shí)際的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在從事機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)這類課程教學(xué)時(shí)就只能偏重理論知識的講授而有意無意地規(guī)避實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。例如，課程內(nèi)容中涉及的機(jī)床部件設(shè)計(jì)、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)線總體設(shè)計(jì)等方面，就對教師自身對制造企業(yè)生產(chǎn)過程、設(shè)備的了解程度，以及教師的動(dòng)手實(shí)踐能力要求很高。

以上機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)教學(xué)過程中存在的問題，對提高課程教學(xué)效果、進(jìn)而提高人才培養(yǎng)質(zhì)量是十分不利的，因此有必要對課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核評價(jià)體系等方面進(jìn)行深入探討與改進(jìn)。

2 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教材建設(shè)

我國近代教育家陸費(fèi)逵在《中華書局宣言書》明確提出了“教科書革命”的口號，他說：“國立根本，在乎教育，教育根本，實(shí)在教科書?！苯滩慕ㄔO(shè)是課程建設(shè)和教學(xué)改革的重要組成部分，是深化教學(xué)改革、提高教學(xué)質(zhì)量的重要保證[4]。

2.1 全面分析相關(guān)教材，突出本課程知識特點(diǎn)

機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)面大量廣，內(nèi)容豐富，涉及設(shè)計(jì)方法、金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)、工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)、物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械加工生產(chǎn)線總體設(shè)計(jì)等方面內(nèi)容，這些內(nèi)容每一部分甚至都可以作為一門課程來學(xué)習(xí)，既有經(jīng)典的理論知識，又有最新的研究進(jìn)展，因此教材內(nèi)容的選擇必須有輕有重。例如，機(jī)床夾具設(shè)計(jì)這部分內(nèi)容，夾具是機(jī)械制造領(lǐng)域重要的工藝裝備，其設(shè)計(jì)水平對加工效率和加工質(zhì)量有很大影響，但是在機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)等課程中已有比較深入的理論教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)置，因此在機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)教材中，就不應(yīng)當(dāng)再過多重復(fù)介紹傳統(tǒng)和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，而應(yīng)當(dāng)介紹一些現(xiàn)在自動(dòng)化制造系統(tǒng)中使用的先進(jìn)夾具的結(jié)構(gòu)及其最新設(shè)計(jì)方法。在編寫新教材或者進(jìn)行教材修訂時(shí)，應(yīng)充分考慮本教材內(nèi)容與其他相關(guān)課程內(nèi)容的關(guān)系，避免重復(fù)，突出本課程知識特點(diǎn)。

2.2 重視基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)前沿，教材內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)

本課程的教學(xué)目標(biāo)之一，是使學(xué)生畢業(yè)之后成為具有較強(qiáng)裝備設(shè)計(jì)能力的工程技術(shù)人員，而這需要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識儲備作為基礎(chǔ)和保證。因此，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)教材內(nèi)容，對基礎(chǔ)知識部分，例如金屬切削基本理論、機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的基本組成及工作原理等應(yīng)以經(jīng)典理論和成熟設(shè)計(jì)方法為主，讓學(xué)生打好基本功。同時(shí)，教材對一些近年來發(fā)展迅速，并且在中國制造2025規(guī)劃中強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域的制造裝備，例如工業(yè)機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)、智能制造裝備等，應(yīng)結(jié)合目前的發(fā)展前沿、國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)進(jìn)行編寫，擴(kuò)展學(xué)生視野、吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。

2.3 結(jié)合高校特色，編寫校本教材

各個(gè)高校的機(jī)械工程學(xué)科，雖然專業(yè)設(shè)置大同小異，但在研究方向、實(shí)驗(yàn)條件等方面卻各有特色。因此，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)教材內(nèi)容應(yīng)在基礎(chǔ)、通用知識的基礎(chǔ)之上，適當(dāng)加入能夠反映本校相關(guān)專業(yè)擅長研究領(lǐng)域的裝備實(shí)例，介紹一些特色鮮明、學(xué)生在校期間通過實(shí)踐環(huán)節(jié)也能接觸到的具體裝備，使學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)扎實(shí)前提下，又具備鮮明的學(xué)校特色。例如，河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院在進(jìn)行機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)時(shí)，教師在使用通用教材的同時(shí)，還編寫了符合學(xué)校特色的水利機(jī)械、搶險(xiǎn)救災(zāi)設(shè)備、水下機(jī)器人等方面的校本教材作為課外學(xué)習(xí)資料，獲得了不錯(cuò)的效果。

3 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法改進(jìn)

3.1 把握工程教育認(rèn)證機(jī)遇，建立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念

目前，很多高校的工程專業(yè)正在進(jìn)行工程專業(yè)認(rèn)證，應(yīng)當(dāng)將這一認(rèn)證工作視為一次機(jī)遇，建立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。實(shí)際上，專業(yè)認(rèn)證的核心理念必然是以學(xué)生為中心的，因?yàn)槲磥韽臉I(yè)者——學(xué)生的學(xué)習(xí)成果是證明專業(yè)教育有效性最為有力和直接的證據(jù)，工程教育專業(yè)認(rèn)證亦然。對于機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)過程，不僅僅關(guān)注結(jié)構(gòu)與功能原理的實(shí)現(xiàn)，也要從經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)境保護(hù)與節(jié)能減排等方面將其視為一個(gè)系統(tǒng)的工程技術(shù)項(xiàng)目來加以考慮，全方位引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際工程問題的能力，正確認(rèn)識工程對于客觀世界和社會(huì)的影響[5]。教師對于學(xué)生的要求更多地集中在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、對問題的深入探究和鉆研精神以及追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識。筆者在近年的機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)過程中，搜集了大量有關(guān)中國制造2025、德國工業(yè)4.0等方面的視頻、圖片等材料，補(bǔ)充作為緒論部分的教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生認(rèn)識到裝備制造業(yè)是當(dāng)前和未來國內(nèi)外的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，這對學(xué)生豎立對本課程涉及領(lǐng)域的堅(jiān)定信心，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力，發(fā)揮主觀能動(dòng)性發(fā)揮了理想作用。

3.2 采用多樣化的教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量

傳統(tǒng)的教學(xué)模式多以傳授知識為主，老師通過灌輸使學(xué)生被動(dòng)接受知識，即填鴨式教學(xué)。這種教育模式使學(xué)生缺乏主動(dòng)性，學(xué)生在大學(xué)期間，不僅學(xué)習(xí)知識，更重要的是學(xué)習(xí)如何獲取知識的方法[6]。面向中國制造2025對人才的更高要求，教師要實(shí)現(xiàn)教學(xué)方法與手段的不斷突破與創(chuàng)新，以提高教學(xué)質(zhì)量。教學(xué)方法要針對工程實(shí)際，可以更多地采用案例分析、綜合設(shè)計(jì)、小組學(xué)習(xí)、項(xiàng)目訓(xùn)練等方式，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)合作能力，提高工程意識和設(shè)計(jì)技能。例如，刀具自動(dòng)化一章中有關(guān)切屑和切削液處理，以往只是由教師進(jìn)行簡單介紹，實(shí)際上，隨著當(dāng)前制造系統(tǒng)自動(dòng)化程度以及環(huán)保要求不斷提高，切屑的自動(dòng)處理以及切削液的循環(huán)使用變得十分重要，針對這個(gè)情況，任課教師可以將學(xué)生分組，布置一些專題性的課外作業(yè)，比如讓學(xué)生對現(xiàn)有切屑處理和切削液設(shè)備進(jìn)行分析，結(jié)合自動(dòng)化制造和綠色制造的要求提出設(shè)備改造建議，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決工程問題的能力。

3.3 建立多元化課程考核評價(jià)機(jī)制

長久以來，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程考核采用的都是期末考試為主，平時(shí)成績?yōu)檩o的模式，期末考試主要考察理論知識，而平時(shí)成績主要是由考勤和一些理論題目組成，這樣的模式使學(xué)生形成了輕平時(shí)、重期末，輕實(shí)踐、重理論的不良學(xué)習(xí)習(xí)慣，而工程應(yīng)用性、實(shí)踐性強(qiáng)是本課程的主要特點(diǎn)之一，為了扭轉(zhuǎn)這種情況，必須建立新的課程考核評價(jià)機(jī)制。筆者在本課程的教學(xué)過程中，采用了“日常課堂教學(xué)考核+創(chuàng)新實(shí)踐考核+期末閉卷考試”的總體模式，其中的創(chuàng)新實(shí)踐考核環(huán)節(jié)筆者進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)。例如，根據(jù)筆者近年來從事的科學(xué)研究工作，凝練了幾個(gè)有關(guān)機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)的相關(guān)小課題，要求學(xué)生分組，通過查閱資料以及實(shí)驗(yàn)室和工廠調(diào)研，進(jìn)行簡單的裝備設(shè)計(jì)工作并形成實(shí)踐報(bào)告，然后利用課堂時(shí)間進(jìn)行分組匯報(bào)并給出成績。這樣，不進(jìn)鍛煉了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，更培養(yǎng)了他們的團(tuán)隊(duì)寫作精神，訓(xùn)練了他們的科技論文寫作和口頭匯報(bào)能力。此外，在成績比例設(shè)置方面，加大平時(shí)實(shí)踐環(huán)節(jié)所占的比重，引導(dǎo)學(xué)生把更多精力投入到學(xué)習(xí)過程中去，而學(xué)期末的閉卷考試只是對平時(shí)學(xué)習(xí)過程的總結(jié)，是功在平時(shí)的水到渠成的結(jié)果。通過這種考核方式的轉(zhuǎn)變，學(xué)生對實(shí)踐操作的重視程度大大提高，把理論知識應(yīng)用于實(shí)踐的能力大大增強(qiáng)。

3.4 重視教師工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)

這個(gè)方面，就需要從學(xué)校層面為教師創(chuàng)造進(jìn)行工程實(shí)踐訓(xùn)練的機(jī)會(huì)。例如，在崗前培訓(xùn)環(huán)節(jié)，組織相關(guān)專業(yè)的新進(jìn)教師到企業(yè)的生產(chǎn)一線進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)，通過參與實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)，來豐富生產(chǎn)實(shí)踐知識，培養(yǎng)動(dòng)手能力，提高工程實(shí)踐能力。又如，建立激勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)教師申報(bào)和參與各類校企合作科研項(xiàng)目，在科研項(xiàng)目的推進(jìn)過程中積累工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。也可以安排機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程由兩名教師進(jìn)行教學(xué)，一名教師從事課堂理論教學(xué)，而實(shí)踐環(huán)節(jié)由工程訓(xùn)練或?qū)嶒?yàn)室實(shí)驗(yàn)師擔(dān)任教學(xué)工作。

4 結(jié)語

結(jié)合當(dāng)前中國制造2025對人才質(zhì)量提出的更高要求，從教材和教學(xué)方法兩個(gè)方面探討了機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程的現(xiàn)狀，分析了其中存在的問題。針對存在的問題，從課程教材建設(shè)和課程教學(xué)方法改革兩個(gè)角度探討了相應(yīng)對策，對推進(jìn)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革，提高裝備制造業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]關(guān)慧貞.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M].四版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[2]國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)《中國制造2025》的通知[EB/OL].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9784.htm，2015-5-19/2017-11-09.

[3]大連理工大學(xué).國家級精品資源課——機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[DB/OL].http：//www.icourses.cn/coursestatic/course_6824.html，2017

-11-09.

[4]張國功.在更深廣的層面上體認(rèn)近現(xiàn)代出版家的精神——評《教育與出版——陸費(fèi)逵研究》[J].中國編輯，2012（5）：87-91.

[5]萬林林，伍俏平，鄧朝暉.工程教育專業(yè)認(rèn)證下機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程改革[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2015，7（4）：40-42.

[6]危衛(wèi)華，連小瑩.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程建設(shè)與教學(xué)改革探討[J].價(jià)值工程，2013（27）：258-259.