基于項(xiàng)目教學(xué)的機(jī)械制造實(shí)習(xí)課程改革與探索

陳大林

0 引言

創(chuàng)新型、實(shí)踐型人才培養(yǎng)一直是高校人才培養(yǎng)的重要課題。傳統(tǒng)的機(jī)械制造實(shí)習(xí)課程在培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生的工程實(shí)踐能力方面已經(jīng)逐步落伍。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手實(shí)踐能力，改變傳統(tǒng)實(shí)習(xí)課程中的演示型或者驗(yàn)證型實(shí)習(xí)方式，探索以項(xiàng)目引導(dǎo)實(shí)習(xí)課程教學(xué)，建設(shè)以學(xué)生為中心、面向作品設(shè)計(jì)與制作、基于實(shí)用人才培養(yǎng)為目標(biāo)的實(shí)習(xí)課程，是實(shí)習(xí)課程教學(xué)改革的一個(gè)行之有效的方法。

1 項(xiàng)目教學(xué)方法及主要特點(diǎn)

1.1 項(xiàng)目教學(xué)方法

項(xiàng)目教學(xué)是通過設(shè)計(jì)若干個(gè)相對獨(dú)立的項(xiàng)目，將教學(xué)內(nèi)容按照工程實(shí)際進(jìn)行重新整合，每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目均設(shè)置獨(dú)立的工作任務(wù)，充分發(fā)掘調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)造潛能，避免理論與實(shí)踐教學(xué)相分離[1]。很多國家在高等教育、職業(yè)教育領(lǐng)域都對項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法展開了探索與實(shí)踐[2]：美國MIT已經(jīng)在本科生中實(shí)施HASS（人文、藝術(shù)、社科）、ESG（實(shí)驗(yàn)性學(xué)習(xí)組）、IAP（獨(dú)立活動期）等形式的項(xiàng)目教學(xué)[3]。陳旭輝等[2]以職業(yè)教育專業(yè)課程教學(xué)為載體，介紹了項(xiàng)目教學(xué)法開發(fā)的基本原則及基本流程，并結(jié)合專業(yè)教學(xué)實(shí)例進(jìn)行了分析。宗亞妹[3]等圍繞我國高等工程技術(shù)人才培養(yǎng)存在的“三個(gè)不足”，以南京工程學(xué)院項(xiàng)目教學(xué)實(shí)踐為例，介紹了系列化項(xiàng)目教學(xué)體系的構(gòu)建方法與分階段管理模式。

1.2 項(xiàng)目教學(xué)主要特點(diǎn)

1）項(xiàng)目教學(xué)通常以完成實(shí)際工程項(xiàng)目為目標(biāo)，具有一定的科技元素。教學(xué)過程中不受學(xué)科知識邏輯的約束，可以按照工程技術(shù)需要的邏輯建構(gòu)教學(xué)內(nèi)容。

2）項(xiàng)目教學(xué)是在真實(shí)的工作環(huán)境下開展的，學(xué)生通過項(xiàng)目實(shí)踐，可直接接受相關(guān)職業(yè)能力訓(xùn)練。

3）項(xiàng)目教學(xué)過程以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為中心，滿足學(xué)生被認(rèn)可的需要，能充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，整合現(xiàn)有知識，研究探索新的知識。

4）項(xiàng)目成果評價(jià)具有開放性，不預(yù)定、不唯一，能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造活力，培養(yǎng)學(xué)生的工作責(zé)任感、團(tuán)隊(duì)合作能力和跨學(xué)科、跨領(lǐng)域完成復(fù)雜工作的能力。

2 傳統(tǒng)機(jī)械制造實(shí)習(xí)課程存在的問題

機(jī)械制造實(shí)習(xí)課程是機(jī)械專業(yè)的一門重要實(shí)踐類課程。該課程融合了傳統(tǒng)的金工基礎(chǔ)實(shí)踐和先進(jìn)制造實(shí)踐，緊密結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，有利于培養(yǎng)學(xué)生的基本職業(yè)技能、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新意識[4]。但目前機(jī)械制造實(shí)習(xí)教學(xué)過程存在著一些典型問題，具體表現(xiàn)為：

2.1 教學(xué)方法不夠新穎，教學(xué)內(nèi)容單一

目前實(shí)習(xí)課程教學(xué)模式以示教型、驗(yàn)證型為主[5]，教學(xué)內(nèi)容陳舊且創(chuàng)造性不足，忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性、主動性與積極性。同時(shí)，教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)安排沒有區(qū)分不同專業(yè)背景，缺乏層次性與針對性，導(dǎo)致學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)置不夠科學(xué)合理，嚴(yán)重影響學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)。

2.2 實(shí)習(xí)項(xiàng)目之間缺乏有效關(guān)聯(lián)

機(jī)械制造實(shí)習(xí)課程需要學(xué)生在多個(gè)項(xiàng)目工種中完成實(shí)習(xí)件制作。但是很多情況下，所完成的實(shí)習(xí)工件之間沒有關(guān)聯(lián)性，實(shí)習(xí)工件存在“斷流”現(xiàn)象。比如：在普車工種實(shí)習(xí)中，簡單階梯軸是多年來一直使用的實(shí)習(xí)件，而在銑床、刨床實(shí)習(xí)時(shí)又需要重新完成，這既浪費(fèi)實(shí)習(xí)材料，又不利于充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)主動性，同時(shí)也缺乏對學(xué)生工程實(shí)踐能力的系統(tǒng)培養(yǎng)。

2.3 對實(shí)習(xí)教學(xué)的重視程度不高

一直以來，實(shí)習(xí)類課程不被廣泛重視，機(jī)械制造實(shí)習(xí)課程也存在著同樣的問題。部分師生認(rèn)為實(shí)習(xí)課程無關(guān)緊要，僅把實(shí)習(xí)教學(xué)看成是理論教學(xué)的補(bǔ)充，有的實(shí)習(xí)教師甚至多年來使用的教案、實(shí)習(xí)件都是一模一樣的，對實(shí)習(xí)課程的教學(xué)方法優(yōu)化、項(xiàng)目創(chuàng)新投入嚴(yán)重不足。

2.4 實(shí)踐教學(xué)評價(jià)體系不夠成熟

實(shí)踐教學(xué)考核體系應(yīng)該區(qū)別于理論教學(xué)考核評價(jià)體系。但傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要參照學(xué)生理論學(xué)習(xí)的教學(xué)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以成績的高低進(jìn)行評價(jià)，無論是教師的教學(xué)能力還是學(xué)生的實(shí)踐課成績都沒有被公正而科學(xué)地評定。

2.5 課時(shí)短，難以實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng)目標(biāo)

課程學(xué)分制的實(shí)施，使得機(jī)械制造實(shí)習(xí)課時(shí)被大大壓縮，這就引起了很多矛盾。首先是實(shí)習(xí)課程教學(xué)目標(biāo)高與學(xué)時(shí)少存在矛盾，導(dǎo)致部分實(shí)習(xí)教學(xué)淺嘗輒止，不但影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也達(dá)不到人才培養(yǎng)的教學(xué)效果。其次是實(shí)習(xí)工種全覆蓋與課時(shí)有限存在矛盾，需要教務(wù)部門做好充足的預(yù)案，避免兩者產(chǎn)生沖突。

3 項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)械制造實(shí)習(xí)課程特點(diǎn)

機(jī)械制造實(shí)習(xí)具有技術(shù)的重復(fù)性、繁雜性等特點(diǎn)[6]。實(shí)習(xí)教學(xué)通過產(chǎn)品生產(chǎn)加工，進(jìn)行多工種的獨(dú)立訓(xùn)練，體現(xiàn)了課程的技能性與實(shí)踐性。學(xué)生學(xué)完本門課程后，能夠獨(dú)立進(jìn)行復(fù)雜零件的工藝設(shè)計(jì)，掌握機(jī)械制造必備的專業(yè)知識和技術(shù)，滿足社會對新型機(jī)械制造人才的需要。

3.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)基本要求

基于培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維能力的目標(biāo)，機(jī)械制造實(shí)習(xí)課程的項(xiàng)目案例設(shè)計(jì)需要綜合考慮多種因素。既要考慮技術(shù)實(shí)現(xiàn)需求的特點(diǎn)，通過典型加工訓(xùn)練學(xué)生的技能，又要鞏固學(xué)生的機(jī)械基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣；同時(shí)，還要便于師生獲取所需資料。

3.3 項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)——以單缸斯特林發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)制作為例

根據(jù)機(jī)械制造實(shí)習(xí)課程特點(diǎn)和項(xiàng)目教學(xué)的基本要求，本課程改革選擇單缸斯特林發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)制作與裝配作為項(xiàng)目開展項(xiàng)目教學(xué)。斯特林發(fā)動機(jī)涉及機(jī)械學(xué)、熱力學(xué)、動力學(xué)等工程實(shí)踐的多個(gè)方面，是非常典型的機(jī)械動力設(shè)備。斯特林發(fā)動機(jī)的工作原理——“斯特林循環(huán)”并不復(fù)雜，發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可簡可繁，制作難度不大，很多情況下，學(xué)生利用身邊常見的零件和材料即可制作，適合學(xué)生在一定的自由度內(nèi)開展自主實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)[5]。

單缸斯特林發(fā)動機(jī)的項(xiàng)目教學(xué)任務(wù)框圖見圖1。學(xué)生按照設(shè)計(jì)任務(wù)，分解圖紙與技術(shù)要求，根據(jù)機(jī)械制造理論知識確定各零部件的加工工藝。分析零件特點(diǎn)，根據(jù)加工工藝和零部件特點(diǎn)選擇合適的工種（車、銑、刨、磨、鍛造、焊接、數(shù)控、線切割等），完成零部件的設(shè)計(jì)、制造與裝配，最終完成斯特林發(fā)動機(jī)模型的制作。

圖1 項(xiàng)目教學(xué)任務(wù)框圖

由于學(xué)生的專業(yè)知識背景、能力各有差異，需要針對不同情況分層分組設(shè)計(jì)教學(xué)安排。對學(xué)完全部專業(yè)知識、能力較強(qiáng)的小組，提供參考模型的工程圖紙和裝配示意圖，由該組同學(xué)完成所有零件的三維建模和虛擬裝配，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，設(shè)計(jì)制造斯特林發(fā)動機(jī)；對未完成全部專業(yè)知識學(xué)習(xí)的小組，提供斯特林發(fā)動機(jī)實(shí)物模型和部分關(guān)鍵零部件的工程圖紙，讓學(xué)生通過拆裝實(shí)物模型，了解斯特林發(fā)動機(jī)的工作原理及各零部件之間的關(guān)系，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，設(shè)計(jì)制造斯特林發(fā)動機(jī)；對其余小組的同學(xué)，提供斯特林發(fā)動機(jī)模型實(shí)物和全部工程圖紙及三維數(shù)字模型，讓學(xué)生通過拆裝、觀看虛擬裝配動畫等，了解斯特林發(fā)動機(jī)的工作原理及各零部件之間的關(guān)系，測繪關(guān)鍵部分零件，并完成零件圖，制造、裝配斯特林發(fā)動機(jī)。所有組在課程結(jié)束時(shí)都必須完成斯特林發(fā)動機(jī)的加工制造與裝配，并參加答辯。

學(xué)生根據(jù)分層教學(xué)的層級接受不同的課程項(xiàng)目（要求），項(xiàng)目小組的任務(wù)分工由組長負(fù)責(zé)統(tǒng)籌，小組成員發(fā)揮各自特長，協(xié)作完成資料搜集、設(shè)計(jì)、繪圖、建模、測量、加工制造等任務(wù)。在成功裝配后，學(xué)生調(diào)換角色，通過互助的方式再重新完成一次或若干次項(xiàng)目，以達(dá)到綜合訓(xùn)練項(xiàng)目的目的。

4 項(xiàng)目教學(xué)的實(shí)踐探索

采用基于項(xiàng)目的教學(xué)方法，將單缸斯特林發(fā)動機(jī)模型制作項(xiàng)目引入到課程中，東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院和近機(jī)類的學(xué)生完成了機(jī)械制造實(shí)習(xí)課程，并取得了很好的效果。基于項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施步驟及方案設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 基于項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施步驟及方案設(shè)計(jì)

學(xué)生反饋，整個(gè)項(xiàng)目教學(xué)將理論與實(shí)踐融為一體，調(diào)動了學(xué)生的積極性與學(xué)習(xí)主觀能動性，提升了學(xué)生CAD工程圖紙繪制、三維建模裝配、工藝分析及鑄造、車削、銑削等加工制作能力。在模型的設(shè)計(jì)與制作過程中，學(xué)生通過分工協(xié)作，能夠?qū)⒐こ讨R運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中，通過不同途徑尋求解決實(shí)際問題的方法，培養(yǎng)了學(xué)生的知識整合能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力與合作交流能力。項(xiàng)課程結(jié)束后，同學(xué)們希望可以結(jié)合競賽、SRTP、課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)等，進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作綜合訓(xùn)練。實(shí)踐證明，基于項(xiàng)目的機(jī)械制造實(shí)習(xí)課程，增強(qiáng)了機(jī)械類學(xué)生的工程實(shí)踐能力，通過“做中學(xué)，學(xué)中做”，使學(xué)生真正成為工程實(shí)踐的主體，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才打下了良好基礎(chǔ)。

5 總結(jié)與展望

基于斯特林發(fā)動機(jī)模型制作項(xiàng)目教學(xué)的改革與實(shí)踐，將創(chuàng)新教學(xué)融入到各實(shí)習(xí)教學(xué)模塊，增加了機(jī)械制造實(shí)習(xí)課程的學(xué)習(xí)樂趣，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力。下一步希望通過不懈努力，不斷完善與更新實(shí)習(xí)課程教學(xué)項(xiàng)目，進(jìn)一步擴(kuò)大項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)方法應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目與科技發(fā)展相結(jié)合，更好地提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與動力，為學(xué)生的學(xué)習(xí)以及職業(yè)成長給出指引，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目的。