基于工作過程系統(tǒng)化的自動化制造系統(tǒng)課程教學(xué)探索

劉保軍 于楚泓

摘? 要：采用基于工作過程系統(tǒng)化的教學(xué)組織方法，《自動化制造系統(tǒng)》課程以理論、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、設(shè)計任務(wù)等多種形式開展教學(xué)，以工作任務(wù)為載體、通過由簡單到復(fù)雜的多種學(xué)習(xí)情境構(gòu)成的不同工作過程的不斷遞進(jìn)深入學(xué)習(xí)，學(xué)生按照“資訊-決策-計劃-實(shí)施-檢查-評價”的全過程進(jìn)行訓(xùn)練，逐步豐富知識、增強(qiáng)技能，工學(xué)結(jié)合激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，學(xué)生的應(yīng)用能力得到有效提高。

關(guān)鍵詞：自動化制造系統(tǒng)? 工作過程系統(tǒng)化? 應(yīng)用能力? 學(xué)習(xí)情境

中圖分類號：G712.3 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）01（b）-0131-04

Exploration of Course Teaching of Automation Manufacturing System Based on Working Process Systematization

LIU Baojun? YU Chuhong

（Zhongshan Institute， University of Electronic Science and Technology of China， Zhongshan， Guangdong Province， 528402 China）

Abstract： Via teaching organizing method based on working process systematization， the course of Automation Manufacturing System is developed in many kinds such as theory course， experimental course， internship and design project. With working duty as carrier， different working process constructed in series of learning circumstances from single to complicate are gradually introduced step by step. Students are trained according to the whole procedure of "Information-Decision-Plan-Implement-Check-Evaluation" to take plenty of knowledge and technique， and are inspired by work-study combination， and their application capability are effective improved.

Key Words： Automation manufacturing system; Working process systematization; Application capability; Learning circumstances

2015年國務(wù)院發(fā)布了《中國制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃，中國制造業(yè)發(fā)展更加迅猛，企業(yè)對自動化制造系統(tǒng)的需求越來越旺盛，對應(yīng)用型人才的要求更高、需求更加迫切。在應(yīng)用型本科高校，《自動化制造系統(tǒng)》課程是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生繼專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)之后的一門極具綜合性、注重應(yīng)用性的專業(yè)核心課程，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握自動化制造系統(tǒng)的概念、分類、組成與特點(diǎn)，以及自動化制造系統(tǒng)和生產(chǎn)線的系統(tǒng)規(guī)劃、自動化單元的設(shè)計、分析及優(yōu)化運(yùn)行的基本理論和方法，符合新形勢下提升企業(yè)自動化生產(chǎn)能力和水平、減員增效并提高產(chǎn)品質(zhì)量的需求和發(fā)展趨勢，為學(xué)生將來從事相關(guān)的設(shè)計、生產(chǎn)、運(yùn)行、管理等工作奠定良好的基礎(chǔ)。

在該應(yīng)用型課程建設(shè)過程中，基于OBE能力導(dǎo)向的指導(dǎo)思想，采用基于工作過程系統(tǒng)化的教學(xué)方法[1]，通過理論課堂、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課、企業(yè)實(shí)習(xí)、設(shè)計任務(wù)等多種教學(xué)形式，對典型生產(chǎn)線系統(tǒng)等課程有關(guān)知識內(nèi)容進(jìn)行解構(gòu)與重構(gòu)[2]，并以模擬真實(shí)工業(yè)環(huán)境的柔性制造自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)開展實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;通過校企合作產(chǎn)學(xué)協(xié)同育人機(jī)制，學(xué)生前往自動化生產(chǎn)設(shè)備制造企業(yè)開展參觀和生產(chǎn)實(shí)習(xí)，激發(fā)其學(xué)習(xí)潛能;最終通過設(shè)計工作任務(wù)為引導(dǎo)，學(xué)生重構(gòu)知識開展設(shè)計任務(wù)，提升其綜合應(yīng)用能力。課程教學(xué)實(shí)現(xiàn)工學(xué)結(jié)合、知行合一、“做中學(xué)”，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

1? 課程的總體體系設(shè)計

按照教學(xué)形式劃分，本課程包括理論部分、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)部分、企業(yè)實(shí)習(xí)和課程設(shè)計部分。

按照自動化制造行業(yè)的特點(diǎn)和需求進(jìn)行分析，根據(jù)工作過程系統(tǒng)化的思想，以工作任務(wù)為載體，重構(gòu)《自動化制造系統(tǒng)》課程的理論課程體系如圖1所示。

理論課程部分緊緊圍繞以工作任務(wù)為載體，分別以零件加工、物料輸送、檢測自動化、工業(yè)機(jī)器人、裝配自動化、總體系統(tǒng)等6個學(xué)習(xí)情境開展、由簡單到復(fù)雜并逐步深入，每項(xiàng)任務(wù)都按照工藝分析（需求）、設(shè)備選?。?gòu)思）、加工特點(diǎn)（設(shè)計）、分析、總結(jié)等步驟來展開。每個學(xué)習(xí)情境都是一個完整的工作過程[3]。

課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)部分以模擬真實(shí)工業(yè)環(huán)境的柔性制造自動化生產(chǎn)線為依托，實(shí)踐環(huán)節(jié)的課程訓(xùn)練體系重構(gòu)如圖2所示。就整套實(shí)踐設(shè)備而言，包括有搬運(yùn)單元、操作手單元、供料單元、提取安裝單元、檢測單元、立體儲存單元、加工單元、分揀輸送單元、AGV運(yùn)輸單元等多個單元，各單元通過通信技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)構(gòu)成一套完整的柔性自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)。各單元雖然功能不同，但都可以通過結(jié)構(gòu)與功能分析、機(jī)械及氣動元件安裝與調(diào)試、氣動控制原理分析與裝調(diào)、電氣系統(tǒng)分析與裝調(diào)、控制程序設(shè)計分析等來深入分析，因此實(shí)踐課程根據(jù)課時需要，僅在課內(nèi)對搬運(yùn)單元、提取安裝單元兩個典型單元作為學(xué)習(xí)場景進(jìn)行分析，而其他由同學(xué)們在課余利用開放時間自主學(xué)習(xí);然后以雙單元協(xié)調(diào)工作任務(wù)為實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)情境三，講述PPI通信技術(shù)與兩個單元的聯(lián)機(jī)調(diào)試;進(jìn)而再以整條自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試作為實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)情境四講解現(xiàn)場總線技術(shù)、MES生產(chǎn)制造管理系統(tǒng)等，并全面分析FMS柔性制造系統(tǒng)的架構(gòu)和特點(diǎn)。

企業(yè)實(shí)習(xí)部分以學(xué)生在本地自動化生產(chǎn)設(shè)備的領(lǐng)先企業(yè)廣東碩泰智能裝備有限公司等企業(yè)開展企業(yè)跨界課堂，由企業(yè)技術(shù)人員根據(jù)工作任務(wù)來講解和剖析，實(shí)現(xiàn)工作任務(wù)課程化。

課程以設(shè)計任務(wù)的形式取代卷面考試，按照工作任務(wù)導(dǎo)向法要求學(xué)生完成實(shí)現(xiàn)加工、搬運(yùn)、分揀、檢測、倉儲等某種具體生產(chǎn)任務(wù)的自動化生產(chǎn)制造裝置的構(gòu)建和設(shè)計，達(dá)到知識重構(gòu)、能力提升的目的，培養(yǎng)其實(shí)際的設(shè)計和應(yīng)用能力。

2? 教學(xué)內(nèi)容確定

2.1 教學(xué)目標(biāo)

《自動化制造系統(tǒng)》作為應(yīng)用型人才培養(yǎng)試點(diǎn)本科院校重點(diǎn)發(fā)展專業(yè)的專業(yè)核心課程，遵循《高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》的要求，按照專業(yè)工程認(rèn)證的精神，確定好課程的知識、能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)，如表1所示。

2.2? 教學(xué)形式

基于工作過程系統(tǒng)化的教學(xué)方法，需要打破傳統(tǒng)的教學(xué)形式，并對課程的知識和技能進(jìn)行解構(gòu)和重構(gòu)[4]。

本課程的四大類課程形式，涵蓋了基于行動體系的理論知識講授、模擬真實(shí)工業(yè)環(huán)境并具備典型特征和要素的柔性制造自動化生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)訓(xùn)練、校企合作產(chǎn)學(xué)育人的企業(yè)真實(shí)現(xiàn)場環(huán)境的參觀和生產(chǎn)實(shí)習(xí)、工作任務(wù)導(dǎo)向的知識重構(gòu)的課程設(shè)計四大環(huán)節(jié)。上述四個環(huán)節(jié)逐步遞進(jìn)，從理論到模擬實(shí)踐、再到真實(shí)場景，最后再進(jìn)行設(shè)計性的總結(jié)提升，學(xué)生的興趣和專業(yè)能力在不同的場景下逐步加強(qiáng)和提升，其未來適應(yīng)職業(yè)工作的能力顯著增強(qiáng)。

2.3 講授方式

針對課程的四種不同形式，教學(xué)講授方式也不盡相同，各有差異和特點(diǎn)[5]。

就理論課堂講授而言，改變傳統(tǒng)的教師一言堂形式，轉(zhuǎn)而采用以學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)的啟發(fā)研究式教學(xué)，課堂上在教師的引導(dǎo)下，對照工作任務(wù)的要求，按照工藝分析、設(shè)備選取、工作特點(diǎn)、分析、總結(jié)的總體步驟逐步展開，學(xué)生們可以以個人、小組等形式進(jìn)行發(fā)言、討論和辯論，從而激發(fā)學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體的作用;在此過程中，教師要注意作為課程的引導(dǎo)者，保證課堂的有序和講授內(nèi)容的有序推進(jìn)。每次課教師會提出下次課的內(nèi)容、要求等組織學(xué)生在課前通過觀看相關(guān)視頻、動畫、PPT等教學(xué)資源，學(xué)生了解課程的主要內(nèi)容。理論課堂重點(diǎn)在于通過啟發(fā)研究式教學(xué)的課堂教學(xué)設(shè)計，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)造學(xué)生“樂學(xué)”、師生互動的良好氛圍，同時給學(xué)生以足夠的思考空間，鍛煉其問題解決能力，養(yǎng)成“勤思”的好思維習(xí)慣。

對于實(shí)驗(yàn)課程而言，課堂在模擬真實(shí)工業(yè)環(huán)境并具備典型特征和要素的柔性制造自動化生產(chǎn)線上實(shí)施實(shí)訓(xùn)，采取教師講解工作原理與示教、學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練的形式開展;學(xué)生課前通過視頻、動畫、PPT、實(shí)訓(xùn)實(shí)踐指導(dǎo)書等了解實(shí)踐內(nèi)容。教師在對相關(guān)工作任務(wù)單元的工作原理、組成、特點(diǎn)、工作流程等簡單講解和示教后，學(xué)生在圍繞工作單元開展包括實(shí)踐訓(xùn)練，機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與裝調(diào)、液壓與氣壓傳動控制系統(tǒng)的分析與裝調(diào)、電氣控制系統(tǒng)分析與裝調(diào)、可編程控制程序的設(shè)計分析與調(diào)試等，強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐技能的訓(xùn)練和培養(yǎng)。實(shí)踐教學(xué)重點(diǎn)在于訓(xùn)練學(xué)生對典型自動化單元的設(shè)計、分析與掌握，通過實(shí)訓(xùn)提高實(shí)踐應(yīng)用能力，提供學(xué)生實(shí)現(xiàn)“善行”的基本環(huán)境。

對于企業(yè)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)，通過校企合作、產(chǎn)學(xué)育人在業(yè)內(nèi)知名自動化制造企業(yè)的真實(shí)現(xiàn)場環(huán)境開展生產(chǎn)實(shí)習(xí)，在此環(huán)節(jié)中學(xué)校教師和企業(yè)教師共建跨界學(xué)堂，以企業(yè)技術(shù)人員為課堂主講，以企業(yè)的工作任務(wù)為載體，實(shí)現(xiàn)校企合作的工作任務(wù)課程化，學(xué)生在真實(shí)的職業(yè)工作環(huán)境中學(xué)習(xí)，克服學(xué)習(xí)惰性，提高工作熱情，起到以實(shí)踐帶領(lǐng)理論學(xué)習(xí)的作用，寓知識學(xué)習(xí)于實(shí)踐實(shí)習(xí)過程中，以“做中學(xué)”達(dá)到理實(shí)一體化的目的。企業(yè)實(shí)習(xí)是為學(xué)生提供認(rèn)知企業(yè)、了解職業(yè)崗位需求的重要環(huán)節(jié)[6]，也是學(xué)生認(rèn)識“善行”重要性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

課程以設(shè)計任務(wù)取代傳統(tǒng)的期末試卷考試形式，設(shè)計工作任務(wù)由教師布置，或者學(xué)生自擬、師生共同協(xié)商確定，設(shè)計過程以學(xué)生的課外自主學(xué)習(xí)形式開展，學(xué)生根據(jù)工作任務(wù)的要求，按照“資訊-決策-計劃-實(shí)施-檢查-評價”的全過程完成實(shí)現(xiàn)某種生產(chǎn)任務(wù)的自動化生產(chǎn)制造裝置的構(gòu)建和設(shè)計，實(shí)現(xiàn)知識的靈活重組和構(gòu)建，打造其應(yīng)用設(shè)計能力。課程設(shè)計環(huán)節(jié)重點(diǎn)在于綜合訓(xùn)練學(xué)生靈活重構(gòu)知識的設(shè)計和應(yīng)用實(shí)踐能力，即實(shí)現(xiàn)“活用”的目標(biāo)。

3? 課程考核方式

由于本課程的教學(xué)形式多樣化，所以考核也為不同教學(xué)形式的學(xué)生考評成績的綜合評價，根據(jù)課時安排，理論、實(shí)驗(yàn)與設(shè)計任務(wù)的比例分別為30%、40%、30%;理論課以過程考核成績?yōu)橹鳎òㄕn堂表現(xiàn)15%、工作任務(wù)參與情況15%），實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)包括有過程考核成績（20%）和報告的完成質(zhì)量（20%）。設(shè)計環(huán)節(jié)則以完成設(shè)計任務(wù)的質(zhì)量來進(jìn)行評分。實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)作為本課程的有效延伸，開展獨(dú)立的生產(chǎn)實(shí)習(xí)任務(wù)實(shí)踐和考評。

4? 教學(xué)活動成效

基于工作過程系統(tǒng)化的教學(xué)組織方法，理論課堂逐步實(shí)現(xiàn)了教學(xué)任務(wù)工作化，學(xué)生帶著任務(wù)來學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性顯著提高;而校內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)、企業(yè)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)則實(shí)現(xiàn)了“工作任務(wù)課程化”，學(xué)生們更加明晰實(shí)踐任務(wù)的目標(biāo)和理論依據(jù)，學(xué)習(xí)潛力得以激發(fā)，動手積極性更高。在教學(xué)過程中，教師與學(xué)生角色逐步從手把手、牽著手、放開手上升為育巧手，而學(xué)生的能力水平也從生手變熟手、高手練成了巧手。學(xué)生們在智能制造設(shè)計大賽等取得一等獎的優(yōu)異成績，就是能力提升的有力佐證。

隨著學(xué)生們的積極主動學(xué)習(xí)和參與，教師在實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中的工作強(qiáng)度降低了，但要解決學(xué)生所提的各種問題，對教學(xué)的工作能力要求更高，教師的課前準(zhǔn)備工作也要求更充分。

5? 結(jié)語

課程教學(xué)的探索實(shí)踐表明，課程采用理論、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、企業(yè)實(shí)習(xí)、設(shè)計任務(wù)等多種教學(xué)形式，遵循“工程過程系統(tǒng)化”的課程開發(fā)原則，實(shí)現(xiàn)了“教學(xué)任務(wù)工作化、工作任務(wù)課程化”，學(xué)生們的設(shè)計和實(shí)踐應(yīng)用能力明顯提高，達(dá)到了良好的教學(xué)成效。

參考文獻(xiàn)

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