機械制造綜合能力訓練教學方法探索與實踐

王 淵 張傳偉 張武剛 解 暉

（西安科技大學機械工程學院 陜西西安 710054）

一、引言

隨著中國2025戰(zhàn)略的逐步實施，社會對高質(zhì)量和高水平機械專業(yè)畢業(yè)生的需求越來越迫切[1]。高等院校承擔著這一重要任務，對培養(yǎng)機械專業(yè)學生知識掌握深度及應用能力的至關重要。而機械制造綜合能力訓練就是對學生掌握知識的應用能力訓練的重要環(huán)節(jié)之一。

一直以來，多數(shù)工科類院校以典型減速器的設計和加工工藝作為機械類課程的設計題目[2]。但是從工程專業(yè)認證和機械專業(yè)學生新的課程培養(yǎng)目標的角度以及從培養(yǎng)學生綜合工程實踐能力方面來看，以傳統(tǒng)的減速器設計作為課程設計的題目，培養(yǎng)的效果和能力顯然無法達到新課程目標的要求。同時學生的設計能力、動手能力和解決實際問題的能力的培養(yǎng)不足。因此，為了更好地滿足機械類課程培養(yǎng)的目標以及培養(yǎng)學生綜合運用所學理論解決生產(chǎn)實際中典型零件的制造問題的能力，激發(fā)學生進行機械工程相關領域研究與探索的興趣，我們受到機電綜合訓練模塊化設計的啟發(fā)，借鑒車輛的拆裝實現(xiàn)，選擇摩托車發(fā)動機為對象，進行了機械制造綜合能力訓練教學方法探索與實踐[3-4]。

二、建立以發(fā)動機拆裝、測繪為載體的訓練教學模式

我們選擇摩托車單缸風冷發(fā)動機作為對象，對其進行拆裝、測繪、關鍵零部件的CAD二維圖繪制和三維建模與裝配，并設計加工工藝和模擬加工過程，進而增強學生對機械產(chǎn)品設計與機加全過程周期的了解和認識。

在單缸摩托車風冷發(fā)動機拆裝及關鍵零件的測量與繪圖環(huán)節(jié)，充分調(diào)動學生的興趣和積極性，鍛煉學生上網(wǎng)查閱資料解決問題的能力，通過讓學生收集整理與發(fā)動機結(jié)構(gòu)與工作原理相關的資料，結(jié)合拆卸發(fā)動機的過程，深刻地認識發(fā)動機的組成及工作原理，然后自己選擇零件進行繪圖，對零件的設計結(jié)構(gòu)提出自己的見解。摩托車發(fā)動機與變速箱的拆裝、關鍵零件測繪、設計及加工工藝、制造為機械專業(yè)本科生課程設計重要組成部分，本實踐不僅可提高學生實踐動手能力，而且還可以激發(fā)學生對機械內(nèi)部結(jié)構(gòu)探索的興趣。通過本部分的訓練，讓學生了解單缸風冷發(fā)動機的工作原理和傳動結(jié)構(gòu)，了解典型零件的用途及其性能要求；學會使用基本的拆卸工具對摩托車單缸風冷發(fā)動機進行拆卸；掌握常用的測量工具的使用方法，對典型零件進行測繪并完成零件圖繪制；掌握單缸風冷發(fā)動機關鍵零件工藝設計；使用二維圖繪制軟件CAXA繪制零件圖；使用Pro/E或Solidworks軟件對摩托車單缸風冷發(fā)動機的關鍵零部件進行三維設計。

通過桌面數(shù)控平臺的使用，使學生了解三維軟件與數(shù)控編程軟件的使用方法、加工過程仿真，學生能夠?qū)ψ约涸O計的零件生成加工程序，并導入編程軟件完成其加工過程。這也是在智能制造大環(huán)境背景下培養(yǎng)學生應用現(xiàn)代化制造技術(shù)，緊跟當代加工工藝，提高自身競爭力、提高知識層次的有效途徑。學生通過自學機械加工領域相關軟件，根據(jù)測繪設計零件，由學生自己獨立完成程序生成、模擬加工、工件裝夾等基本操作，最終在桌面數(shù)控平臺上加工出實際零件形狀。通過以上環(huán)境的訓練，鍛煉了學生逆向設計能力、制圖能力、工藝設計能力、對現(xiàn)數(shù)控平臺的操作和加工能力，最終使學生適應現(xiàn)代社會發(fā)展。

三、采用“項目驅(qū)動法”實施課程綜合訓練與實踐相結(jié)合的教學實踐

以摩托車單缸風冷發(fā)動機為研究對象，依托機械課程組提出機械制造綜合能力訓練創(chuàng)新項目開發(fā)。先講授摩托車單缸風冷發(fā)動機設計背景、項目需求及相關知識。在學生建立基本的理論和認知基礎上，再以小組的形式分別對摩托車單缸風冷發(fā)動機某一問題提出優(yōu)化設計方案。在方案設計過程中，各小組成員充分討論，相互溝通交流、發(fā)表各自的見解，統(tǒng)一思想完成項目最優(yōu)的設計方案。這樣，使各組成員都能夠積極參與項目，融入到問題的解決中去。同時，也能夠培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力和溝通表達交流能力。在項目的實踐環(huán)節(jié)，各小組需要完成設計零件的工藝設計并獨自加工自己改進設計所得的零件。在加工零件過程中，指導教師應做好詳細的安排和計劃并予以及示教和監(jiān)督。通過以項目為載體的制造環(huán)節(jié)能夠培養(yǎng)學生的安全意識、質(zhì)量意識、創(chuàng)新意識、環(huán)保意思使學生具備良好的職業(yè)素養(yǎng)及敬業(yè)奉獻精神。最后指導教師分別對各組的項目載體的完成效果進行答辯評價、驗證實踐項目載體的科學、合理、正確性，給出最終的考核成績。在以項目為載體實施的整個過程中，堅持OBE理念，以學生為主體，以成果為導向。改變了傳統(tǒng)的灌輸式教學方式，激發(fā)了學生對知識的渴望和探索，調(diào)動了學生的積極性，培養(yǎng)了學生的團隊合作意識、創(chuàng)新意識，同時也提高了學生對機械領域復雜問題的發(fā)現(xiàn)、分析、解決的能力。

通過實施“機械制造綜合能力訓練”以“項目和任務驅(qū)動式”教學來彌補機械設計與制造在理論教學中的不足之處，從而培養(yǎng)學生具備良好的職業(yè)素養(yǎng)、敬業(yè)精神、工程素質(zhì)，以此來提高學生的機械設計創(chuàng)新能力以及綜合工程實踐能力。

四、創(chuàng)新機械制造綜合能力訓練的教學模式

（一）課程結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新

人才培養(yǎng)過程中最重要的是課程結(jié)構(gòu)的設置。培養(yǎng)受社會歡迎的并且具有過硬綜合素質(zhì)的機械設計制造人才需要有受社會認可的課程結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容和課程教學方法。注重機械制造綜合能力訓練與課程設置之間的聯(lián)系，提高機械類學生的實踐能力。適時更新實踐內(nèi)容和方式，靈活開發(fā)新的課程結(jié)構(gòu)和教學方法；重構(gòu)機械制造綜合能力訓練實踐教學體系，加強實踐教學過程中學生實踐能力的培養(yǎng)。打破傳統(tǒng)的機械制造綜合能力模式，引入文化素質(zhì)教育的內(nèi)容，提高大學生的凝聚力和創(chuàng)新思維方法。完善機械制造綜合能力課程實踐設置的規(guī)范性，提高大學生的自主解決問題的能力。

（二）教學方式的創(chuàng)新

隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略的提出和實施，為制造業(yè)的發(fā)展帶來了重大機遇[5]。培養(yǎng)新時代機械制造綜合素質(zhì)人才，是普通高等學校順應時代發(fā)展潮流的關鍵[6]。機械設計制造是一門綜合性極強的學科，突破傳統(tǒng)的線性教學組織結(jié)構(gòu)，優(yōu)化組合教與學兩要素。在機械制造綜合能力訓練教學中引入“互聯(lián)網(wǎng)+”教學方式?；诖髷?shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)，促使教學內(nèi)容在選擇與推送上更加準確、科學，使教學內(nèi)容的呈現(xiàn)方式更加豐富多樣，極大地增強了傳統(tǒng)機械設計加工過程過于抽象的問題。采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)不但能夠增強學生對機械設計制造過程的理解，而且能夠有效避免實操過程中一些危險操作的發(fā)生，有效增強了學生的安全操作水平。能夠使學生更好的將傳統(tǒng)的制造業(yè)與信息化技術(shù)結(jié)合，為國家智能制造戰(zhàn)略的發(fā)展和個人適應未來社會的發(fā)展具有十分重要的意義。

（三）教學手段的創(chuàng)新

學生要在激烈的競爭中脫穎而出，就需要加強實踐教學，普通高等學校需要加快機械制造實踐教學改革[7]。學生在實訓中缺乏主動性，為激發(fā)學生主動性和積極性，采用任務型或者是項目導向型，由學生自主進行實訓探索，通過教師給出的資料及崗位介紹，讓學生通過機械制造的過程和精準度、崗位要求進行探索和分析，在項目中獲取機械制造相關的知識，深化對實訓的認識，進而提高實訓效果，提高學生的實訓積極性。

以前的課程設計，由于實踐教學中多采用示范教學，沒有放開手讓學生進行實訓操作，實踐探究。在實際過程中，導致學生缺乏主動性和積極性，只是在完成學習任務，沒有意識到實訓的真正作用。

學生通過機械制造綜合能力訓練能夠有效提高學生的設計能力、動手能力和解決實際問題的能力，鞏固和加深理論教學內(nèi)容，培養(yǎng)學生綜合運用所學理論解決生產(chǎn)實際中典型零件的制造問題的能力。專業(yè)課程的綜合能力訓練將逐漸成為高等學校工程教育必不可少的重要環(huán)節(jié)，發(fā)揮著其他課程不可替代的重要作用。