面向新工科建設(shè)的“機(jī)械制造技術(shù)”課程改革探析＊

向召偉，殷 勤，張明德，舒銳志，汪靜姝

（重慶理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，重慶 400054）

為了適應(yīng)科技發(fā)展和產(chǎn)業(yè)變革，國家積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)，提升高等教育人才培養(yǎng)的社會適應(yīng)能力[1-3]。課堂教學(xué)是新工科建設(shè)的重要一環(huán)，然而傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實需求，為了提升人才培養(yǎng)的時代適應(yīng)性，有必要對傳統(tǒng)教學(xué)體系進(jìn)行改革[4-6]。

“機(jī)械制造技術(shù)”是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的核心課程，在專業(yè)培養(yǎng)體系中具有重要地位。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解和掌握機(jī)械制造技術(shù)的有關(guān)基本知識、基本理論、基本工藝編制方法，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用“機(jī)械制造技術(shù)”的基本知識、基本理論、基本工藝方法解決生產(chǎn)實際中的有關(guān)工藝問題的能力，從而達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)力，降低生產(chǎn)成本的目的。隨著時代進(jìn)步，制造技術(shù)不斷推陳出新，如智能制造、增材制造、綠色制造、工業(yè)機(jī)器人、人工智能等技術(shù)廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中；同時網(wǎng)絡(luò)資源等日趨豐富，為課程教學(xué)提供了豐富的素材。該課程也應(yīng)緊跟科技發(fā)展步伐，對課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)環(huán)節(jié)及考核方式等進(jìn)行改革創(chuàng)新，以適應(yīng)社會發(fā)展需求[7-8]。

1 課程特點及存在的問題

“機(jī)械制造技術(shù)”是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)一門綜合性極強(qiáng)的專業(yè)核心課程。該課程要求學(xué)生掌握金屬切削原理及機(jī)床夾具原理的基本知識、零件機(jī)械加工工藝規(guī)程制訂的基本理論及方法、零件機(jī)械加工質(zhì)量分析與控制的基本理論、機(jī)器裝配工藝的基礎(chǔ)知識等；能夠綜合應(yīng)用機(jī)械制造技術(shù)基本知識、基本理論以及相關(guān)資料（如手冊、圖冊、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等），對中等復(fù)雜程度零件進(jìn)行機(jī)械加工工藝規(guī)程編制；能夠綜合應(yīng)用機(jī)械加工質(zhì)量的基本知識、基本理論，針對機(jī)械加工中出現(xiàn)的質(zhì)量、生產(chǎn)率及成本等復(fù)雜加工工藝問題進(jìn)行分析、計算，并提出改進(jìn)措施；能夠應(yīng)用機(jī)器裝配的基礎(chǔ)知識，提出保證機(jī)器裝配精度的方法，并進(jìn)行機(jī)器裝配工藝規(guī)程編制；能夠使用技術(shù)語言，就機(jī)械加工領(lǐng)域復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行進(jìn)行有效溝通和交流；能夠進(jìn)行機(jī)械加工及裝配等工程文件的編纂，并進(jìn)行說明與闡釋。學(xué)好該課程要求學(xué)生掌握并能綜合運(yùn)用“機(jī)械制圖”“材料力學(xué)”“機(jī)械原理”“機(jī)械工程材料”“機(jī)械精度設(shè)計”等課程的相關(guān)知識，課程內(nèi)容繁雜，具有一定難度。

隨著科技發(fā)展，新興先進(jìn)制造技術(shù)不斷出現(xiàn)，零件加工制造方法也面臨新的選擇和挑戰(zhàn)。然而，傳統(tǒng)課程內(nèi)容與時代脫節(jié)，缺乏智能制造、工業(yè)機(jī)器人、增材制造等新興制造技術(shù)相關(guān)知識，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。傳統(tǒng)教學(xué)模式以填鴨式教學(xué)為主、教學(xué)模式單一，且重在理論知識的講解，學(xué)生參與度低、課程目標(biāo)達(dá)成度往往較差。同時，傳統(tǒng)教學(xué)過程采用的是單個知識逐一講解的方式，學(xué)生學(xué)到的知識為零碎的知識點。然而，機(jī)械制造過程是一個復(fù)雜的工程問題，比如零件的加工工藝規(guī)程制定需要考慮零件的批量、加工精度要求、工藝裝備的加工能力等因素，現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容缺乏對加工制造過程進(jìn)行綜合分析的內(nèi)容，培養(yǎng)的學(xué)生往往缺乏綜合運(yùn)用相關(guān)知識解決復(fù)雜工程問題的能力。此外，現(xiàn)有課程內(nèi)容缺乏對學(xué)生團(tuán)隊合作、科技溝通等方面的培養(yǎng)。

如果能以新工科建設(shè)為契機(jī)，與時俱進(jìn)更新教學(xué)內(nèi)容，合理利用多種新興教學(xué)資源，設(shè)置更為科學(xué)的教學(xué)環(huán)節(jié)，將有利于提升人才培養(yǎng)質(zhì)量及其社會適應(yīng)性。因此，本文將針對“機(jī)械制造技術(shù)”課程特點，面向科技發(fā)展和社會需求，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計等方面進(jìn)行改革探析。

2 改革與實踐措施

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革

近年來，制造業(yè)快速發(fā)展，人工智能、數(shù)字孿生、增材制造等新的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。相關(guān)技術(shù)為機(jī)械制造帶來了全新的契機(jī)，但同時也帶來了一些挑戰(zhàn)。因此需要更新課程內(nèi)容，適當(dāng)講授增材制造等新興技術(shù)，并借此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。例如，針對增材制造技術(shù)，介紹其基本原理和優(yōu)缺點，講解其對零件設(shè)計、加工、制造等帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生利用增材制造進(jìn)行工程創(chuàng)新設(shè)計等。

授課教師應(yīng)及時閱讀與課程內(nèi)容相關(guān)的最新文獻(xiàn)資料，結(jié)合自己的學(xué)術(shù)研究成果等，適當(dāng)拓展教學(xué)內(nèi)容。此外，相關(guān)課程授課老師應(yīng)積極參加行業(yè)前沿會議、工業(yè)展等活動，主動了解機(jī)械制造領(lǐng)域最新動態(tài)，豐富講課素材和內(nèi)容，提升課程內(nèi)容的時代性和實用性。

2.2 教學(xué)模式與手段改革

改變原有的填鴨式教學(xué)方法，以問題導(dǎo)向引導(dǎo)學(xué)生積極思考，形成以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的教學(xué)模式，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。充分運(yùn)用多媒體功能，利用短視頻、動畫展現(xiàn)結(jié)構(gòu)原理等，直觀、形象地描述知識，提高課堂教學(xué)效率。同時可以利用課間播放與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的加工實景錄像等，增進(jìn)學(xué)生的產(chǎn)業(yè)參與感，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

傳統(tǒng)教學(xué)以基于PPT 的內(nèi)容講解為主，講課難易及進(jìn)度很難滿足所有學(xué)生的需求?？梢猿浞掷媚秸n平臺、超星爾雅等進(jìn)行輔助教學(xué)，讓課堂知識講授有的放矢。鼓勵學(xué)生關(guān)注相關(guān)精品網(wǎng)絡(luò)課程，利用相關(guān)資源進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，提高課堂學(xué)習(xí)效果。對于部分難點知識及上課掌握不好的知識，鼓勵學(xué)生利用相關(guān)資源進(jìn)行有針對性的復(fù)習(xí)，有效促成課程目標(biāo)達(dá)成。同時可以利用相關(guān)平臺的題庫等，對學(xué)生知識的掌握情況進(jìn)行及時考察，根據(jù)考察結(jié)果利用下一節(jié)課上課時段進(jìn)行有針對性的復(fù)習(xí)和案例講解等，切實保證學(xué)生達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

2.3 教學(xué)環(huán)節(jié)改革

通過合理安排先修課程及其內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生對制造業(yè)基礎(chǔ)知識及前沿動態(tài)的認(rèn)識。如在“機(jī)械工程學(xué)科導(dǎo)論”“智能制造技術(shù)概論”等先修課程中安排數(shù)字化工廠等教學(xué)內(nèi)容，在“工程訓(xùn)練”等教學(xué)實踐環(huán)節(jié)安排學(xué)生參觀學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗室、數(shù)字孿生系統(tǒng)等學(xué)校建設(shè)的教學(xué)科研基地，增進(jìn)學(xué)生對人工智能、數(shù)字孿生、增材制造等先進(jìn)技術(shù)的了解。課程教學(xué)環(huán)節(jié)綜合采用課堂講授、課堂練習(xí)、課程項目設(shè)計、課外作業(yè)等教學(xué)手段。其中課堂講授主要針對重點基本知識、基本理論及應(yīng)用基本知識、基本理論對實際工藝問題進(jìn)行分析的方法進(jìn)行講解。課堂練習(xí)以學(xué)生為主導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生對某些問題進(jìn)行分析。課程項目設(shè)計給出若干典型零件，讓學(xué)生分組進(jìn)行討論分析，并完成工藝規(guī)程的編制。課外作業(yè)是對一些重要內(nèi)容進(jìn)行課外練習(xí)消化。

在課程后期將學(xué)生分成若干小組，每組3～5 人，每組分配不同的軸類零件圖及箱體零件圖。通過課程學(xué)習(xí)，小組內(nèi)部討論對相應(yīng)零件進(jìn)行工藝分析，編制工藝技術(shù)文件。在課程最后，要求各小組就零件工藝編制過程及最終結(jié)果進(jìn)行課堂答辯。教師對每組的完成情況進(jìn)行點評，并根據(jù)完成質(zhì)量和小組成員貢獻(xiàn)等綜合給出相應(yīng)成績。通過該環(huán)節(jié)以期提升學(xué)生的參與積極性，增加學(xué)生對講授知識的理解，提升學(xué)生分析、解決復(fù)雜工程問題的能力，并培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力和團(tuán)隊合作精神。

2.4 改進(jìn)課程考核體系

“機(jī)械制造技術(shù)”課程內(nèi)容繁雜、綜合性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中往往存在一定的難度。課程考核要綜合考慮學(xué)生的理論知識掌握情況、綜合運(yùn)用各方面知識解決復(fù)雜問題的能力及團(tuán)隊合作與溝通能力等，因此需要綜合運(yùn)用課程表現(xiàn)、小作業(yè)、課程項目設(shè)計、期末考試等環(huán)節(jié)對學(xué)生進(jìn)行考評，以期能準(zhǔn)確評估學(xué)生的課程目標(biāo)達(dá)成情況。同時，合理設(shè)計小作業(yè)等環(huán)節(jié)，通過小作業(yè)完成情況，定量分析學(xué)生個體對有關(guān)知識點的掌握情況及對應(yīng)課程目標(biāo)達(dá)成狀況，對知識點掌握不好的同學(xué)進(jìn)行針對性輔導(dǎo)，使其在后續(xù)考核環(huán)節(jié)中能夠達(dá)到課程要求，最終達(dá)成相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)，切實保證人才培養(yǎng)質(zhì)量。

3 結(jié)論

“機(jī)械制造技術(shù)”是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化的專業(yè)核心課程，具有知識分布廣、難度大、實踐性強(qiáng)的特點。在新工科建設(shè)背景下，對課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式與手段、教學(xué)環(huán)節(jié)、考核體系等進(jìn)行了改革和實踐。新的教學(xué)體系更加尊重學(xué)生對知識的認(rèn)知規(guī)律，有利于更好的理解、運(yùn)用相關(guān)知識。新的教學(xué)模式與手段下可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，切實保證教學(xué)目標(biāo)達(dá)成。同時，通過課程項目設(shè)計可以有效增進(jìn)學(xué)生對講授知識的理解，鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力，并培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力和團(tuán)隊合作精神。