基于工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革與實(shí)踐

李醫(yī)中 都金光 沈曉濱

【摘要】先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)是工科院校機(jī)械相關(guān)專業(yè)的一項重要的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，通過該項訓(xùn)練旨在讓學(xué)生能夠綜合運(yùn)用各項理論知識及專業(yè)技能，掌握先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵、體系結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢，對學(xué)生工程應(yīng)用綜合素質(zhì)培養(yǎng)具有重要作用。該文以工程教育專業(yè)認(rèn)證要求為背景，遵循“實(shí)質(zhì)等效的原則”，以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向，以持續(xù)改進(jìn)為常態(tài)，結(jié)合本校機(jī)械類專業(yè)實(shí)際情況，有機(jī)融合各實(shí)訓(xùn)項目，使得學(xué)生鞏固并深化了前期課程，為后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)及畢業(yè)后走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)? 項目驅(qū)動? 工程應(yīng)用

【中圖分類號】G64 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2022）03-0109-03

新時局，新變化，新發(fā)展，伴隨著中國綜合國力的提升，本著“不忘初心，牢記使命”的歷史責(zé)任感，中國高等工程教育與很多其他領(lǐng)域一樣，具備著由大國變強(qiáng)國的迫切性。內(nèi)在需求催生變革，為使高等工程教育能夠與國際接軌，使得中國高校培養(yǎng)的工程技術(shù)人才能夠得到國際認(rèn)可，中國于2012年12月正式提出加入華盛頓協(xié)議，通過數(shù)年努力，于2016年6月成為華盛頓協(xié)議正式成員國，這是對中國高等工程教育的認(rèn)可，中國工程教育標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了實(shí)質(zhì)等效。

工程教育認(rèn)證是“五位一體”的高等教育教學(xué)評估體系的重要組成部分。鄭州輕工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院以工程教育專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，結(jié)合工程教育認(rèn)證要求，大膽革新，勇于實(shí)踐，加大實(shí)訓(xùn)在學(xué)習(xí)內(nèi)容中的占比，增設(shè)了先進(jìn)制造綜合訓(xùn)練的實(shí)訓(xùn)課程。有針對性地設(shè)置實(shí)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，通過軟硬件資源的合理配置，提出以學(xué)生為主體的引導(dǎo)式教學(xué)方法，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

實(shí)踐教學(xué)是高等工程教育的重要環(huán)節(jié)，不斷深化實(shí)踐教學(xué)改革，構(gòu)建有效的實(shí)踐教學(xué)體系是當(dāng)前我國高等工程教育改革與發(fā)展的關(guān)鍵。學(xué)生通過一系列的工程實(shí)訓(xùn)，使得所學(xué)理論知識與實(shí)際對象反復(fù)印證，不僅拓寬視野，提升本身的專業(yè)素養(yǎng)，而且使得原本所學(xué)的理論知識理解更加深入。筆者根據(jù)多年工程實(shí)踐經(jīng)驗，基于中國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)即實(shí)質(zhì)等效的要求，考慮全體學(xué)生，以學(xué)生表現(xiàn)的評價為焦點(diǎn)，根據(jù)學(xué)生的期望設(shè)計實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，以有利于學(xué)生達(dá)成預(yù)期目標(biāo)為基本原則，以提高學(xué)生設(shè)計、制造的綜合能力及創(chuàng)新成長為愿景，持續(xù)改進(jìn)，逐步建立與社會需求相接軌的先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系。

1.課程教學(xué)存在的問題

1.1學(xué)生個體的差異性

先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)是工科院校機(jī)械相關(guān)專業(yè)的一項重要的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，通過該項訓(xùn)練讓學(xué)生掌握先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵、體系結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢以及現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、先進(jìn)制造工藝技術(shù)、制造自動化技術(shù)、現(xiàn)代制造管理技術(shù)、先進(jìn)制造模式等。該訓(xùn)練能開拓學(xué)生視野，使學(xué)生了解先進(jìn)制造領(lǐng)域新技術(shù)、新工藝、新材料、強(qiáng)化實(shí)踐動手能力訓(xùn)練，掌握數(shù)控車、數(shù)控銑、微型加工中心、激光切割機(jī)、柔性制造系統(tǒng)等典型的先進(jìn)制造加工方法和組合夾具設(shè)計組裝方法。旨在培養(yǎng)學(xué)生對物理、化學(xué)、電工、液壓、機(jī)械等多門課程各種學(xué)科知識的綜合應(yīng)用能力，鞏固并深化前期課程，為后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)及畢業(yè)后走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。該實(shí)訓(xùn)所包含的知識面較廣，對學(xué)生的實(shí)踐能力也提出了更高的要求，并且對學(xué)生工程知識類資料查閱能力、工程知識綜合分析能力、多類型機(jī)床綜合應(yīng)用能力都提出了較高的要求。

先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)課程包括基礎(chǔ)工藝知識應(yīng)用實(shí)訓(xùn)和機(jī)床基礎(chǔ)操作實(shí)訓(xùn)，還包括了先進(jìn)制造中多種綜合管理實(shí)訓(xùn)，如高級排產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)、物聯(lián)網(wǎng)總線控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)及生產(chǎn)調(diào)度問題分析實(shí)訓(xùn)等實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。在先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)的整個實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，對學(xué)生的整體引導(dǎo)和因材施教是一以貫之，充分考慮學(xué)生的個體差異性，如參加實(shí)訓(xùn)學(xué)生的個人興趣差異、理論知識掌握差異、實(shí)踐動手能力差異以及專升本學(xué)生存在的基礎(chǔ)能力及基本專業(yè)素養(yǎng)的差異。上述差異確實(shí)是客觀存在的，因此，教師在進(jìn)行實(shí)踐性教學(xué)模式的創(chuàng)新過程中，應(yīng)作出充分論證，對設(shè)立的實(shí)訓(xùn)項目認(rèn)真考量，針對不同學(xué)生的個體性差異采取個性化教學(xué)設(shè)計方案，提升學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提升先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)效率與質(zhì)量。

1.2實(shí)訓(xùn)設(shè)備的局限性

先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)因涉及到先進(jìn)制造概念，因此，在前期的實(shí)訓(xùn)項目庫設(shè)計時，既要對目前先進(jìn)制造的技術(shù)門類進(jìn)行綜合分析，又需要結(jié)合學(xué)院實(shí)際情況綜合考量，以期高屋建瓴的同時不脫離實(shí)際，從而保證實(shí)訓(xùn)的有序開展。以加工中心為例，學(xué)院實(shí)驗室只有一臺4軸加工中心，與目前一線機(jī)械加工類企業(yè)5軸加工中心為常態(tài)的現(xiàn)狀有一定差距，但是作為精密加工的重要環(huán)節(jié)，該實(shí)訓(xùn)項目又不能缺席，因此，在項目庫設(shè)計時，盡量減少需要5軸聯(lián)動的曲面類零件加工。

2.確定先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)課程訓(xùn)練方案

教育回歸工程、教學(xué)回歸實(shí)踐是當(dāng)代工程教育改革的主流趨勢，先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展革新對當(dāng)前的工程技術(shù)人才提出了新的需求，為有效應(yīng)對這種需求，先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)課程的開展就具備了其必要性，為了能夠充分、高效地培養(yǎng)出適應(yīng)當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)要求的人才梯隊，綜合訓(xùn)練又必須滿足以下基本條件：

2.1基礎(chǔ)篩選

對學(xué)院現(xiàn)有的專業(yè)課程實(shí)驗進(jìn)行統(tǒng)計分析，對學(xué)院現(xiàn)有實(shí)驗設(shè)備進(jìn)行分類甄選，對學(xué)院教師進(jìn)行合理調(diào)配，結(jié)合工程認(rèn)證具體要求量化細(xì)分，綜合考量，反復(fù)論證后，對當(dāng)前能夠支撐先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)的專業(yè)實(shí)驗篩選后合理再分配或按需增設(shè)新的綜合實(shí)驗課程。以我校為例，將原來分散到各專業(yè)課程的實(shí)驗，如材料、力學(xué)、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理、互換性與技術(shù)測量等多門課程的多項實(shí)驗內(nèi)容，經(jīng)分析每個實(shí)驗的原理、特點(diǎn)及目標(biāo)后，重新排列組合，以多個實(shí)驗的相關(guān)性、承繼性為基本原則，增設(shè)了機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗綜合實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容。

2.2目標(biāo)確立

了解制造技術(shù)發(fā)展的過程及發(fā)展的趨勢，理解先進(jìn)制造技術(shù)的基本概念及內(nèi)涵，初步形成正確的設(shè)計制造理念以及節(jié)約資源保護(hù)生態(tài)環(huán)境的意識;培養(yǎng)在工程實(shí)踐中應(yīng)該遵守的職業(yè)道德和規(guī)范及應(yīng)履行的責(zé)任，培養(yǎng)紀(jì)律意識、合作精神和奉獻(xiàn)精神。列舉典型先進(jìn)制造技術(shù)與模式，理解現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵、體系結(jié)構(gòu)和典型方法;理解制造自動化技術(shù)的內(nèi)涵和發(fā)展趨勢，綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)知識和操作技能，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。理解機(jī)床夾具在機(jī)械加工中的重要作用，掌握工件裝夾中的六點(diǎn)到位原理，熟悉定位基準(zhǔn)、工序基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)、設(shè)計基準(zhǔn)等概念;了解組合夾具的特點(diǎn)，夾具中各種零件結(jié)構(gòu)及功能，學(xué)會根據(jù)零件的工序工藝要求，設(shè)計并組裝該工序加工需要的合理組合夾具。利用CAD/CAM軟件進(jìn)行構(gòu)思創(chuàng)作、繪制圖形和編程，理解數(shù)控語言;掌握精密加工、特種加工、自動化加工的基本原理、方法，掌握典型加工技術(shù)的軟、硬件操作方法;培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力;能對實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行分析，獲得有效實(shí)驗數(shù)據(jù);能夠條理清晰、邏輯正確地撰寫訓(xùn)練筆記及實(shí)訓(xùn)報告。

2.3內(nèi)容選取

選取方法是除去必選實(shí)訓(xùn)項目外，每人可以根據(jù)自己興趣適當(dāng)選取部分實(shí)訓(xùn)項目，進(jìn)而確定每一位學(xué)生本次先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)的具體內(nèi)容。具體實(shí)訓(xùn)對象大致分為技術(shù)預(yù)處理之工藝編制訓(xùn)練、精密加工技術(shù)訓(xùn)練、特種加工技術(shù)訓(xùn)練、精密測量技術(shù)訓(xùn)練、智能制造技術(shù)訓(xùn)練等幾個類別。對應(yīng)每一個實(shí)訓(xùn)項目，除了應(yīng)該明確實(shí)訓(xùn)基本內(nèi)容和要求，還需要在實(shí)訓(xùn)前明確該實(shí)訓(xùn)項目的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

2.4實(shí)訓(xùn)評價

實(shí)訓(xùn)評價由實(shí)訓(xùn)紀(jì)律評價、實(shí)訓(xùn)操作評價、實(shí)訓(xùn)報告評價及最終實(shí)訓(xùn)答辯評價組成，總分采用百分制，各分項得到分?jǐn)?shù)按權(quán)重計入總分值?？傇u成績90～100分為優(yōu)秀，80～89分為良好，70～79分為中等，60～69分為及格，60分以下為不及格。單個訓(xùn)練評定成績規(guī)格化處理后若低于0.5，總評成績?yōu)椴患案瘛?/p>

3.先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)改革實(shí)踐

先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)是我校機(jī)電工程學(xué)院因應(yīng)工程認(rèn)證體系要求，積極變革，為增加學(xué)生工程實(shí)踐能力開設(shè)的一門重要課程，實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系涉及制造技術(shù)預(yù)處理（工藝編制）、精密切削、特種加工、精密測量、智能制造等5大方面，共包含15個實(shí)訓(xùn)項目，如圖1所示。本實(shí)訓(xùn)課程，專業(yè)基礎(chǔ)強(qiáng)，多門課程交叉覆蓋，極大地鍛煉了學(xué)生綜合工程實(shí)踐能力。

為了因材施教，充分考慮全體學(xué)生，經(jīng)與課程組教師多次討論并結(jié)合多年的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗，先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)采用了“項目負(fù)責(zé)制”的教學(xué)改革實(shí)踐方法。項目的設(shè)立采用項目庫預(yù)選和項目自定義（需經(jīng)過指導(dǎo)教師審核）兩種方式，需明確的是：項目選題主要來源于學(xué)生的自主設(shè)計或大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目及各類機(jī)械創(chuàng)新大賽的比賽項目等，之后由課題組教師確定項目具體要求，最后由學(xué)生自由編組組成項目組共同完成該項目的設(shè)計與加工制造。實(shí)訓(xùn)要求整個項目的開發(fā)研究實(shí)踐過程中能夠讓學(xué)生全程參與進(jìn)來，目的是使學(xué)生親歷產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)準(zhǔn)備、加工制造及產(chǎn)品測試的具體過程，加強(qiáng)學(xué)生對多學(xué)科知識的理解和應(yīng)用能力，促進(jìn)學(xué)生對學(xué)科知識的掌握，鍛煉學(xué)生對工程一線的適應(yīng)性，以期逐步達(dá)到基本預(yù)期。

每個項目由一個項目組負(fù)責(zé)（3～5名同學(xué)組成一個項目，設(shè)組長1名），首先確定實(shí)訓(xùn)任務(wù)，即確定研發(fā)產(chǎn)品的任務(wù)書、任務(wù)具體分工、工藝路線確定、研發(fā)時間節(jié)點(diǎn)確定等;其次是產(chǎn)品制造加工;最后是檢查考核并完成研發(fā)資料歸檔等，實(shí)訓(xùn)基本流程如圖2所示。

在整個實(shí)訓(xùn)過程中，要求各項目組成員積極交流，團(tuán)結(jié)協(xié)作，按照確定的時間節(jié)點(diǎn)保質(zhì)保量地完成自己的任務(wù)，最后才能完成整個產(chǎn)品的開發(fā)，只有這樣，各目標(biāo)節(jié)點(diǎn)逐步達(dá)成，最后才能夠以成果的形式展現(xiàn)自己的任務(wù)完成度。

4.結(jié)語

基于工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的先進(jìn)制造綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)，更加貼合目前一線工程技術(shù)人員的實(shí)際工況，并且以目標(biāo)驅(qū)動模式引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)過程參與度，彰顯了學(xué)生的個性特點(diǎn)。通過本實(shí)訓(xùn)項目的完成，既穩(wěn)固了多學(xué)科的知識，又強(qiáng)化了學(xué)生關(guān)于學(xué)科間知識的聯(lián)系，并通過學(xué)生自己親力親為的實(shí)踐，使得學(xué)生本身的想法得以在實(shí)踐中求證。因此，不僅有效培養(yǎng)了參加實(shí)訓(xùn)學(xué)生的基礎(chǔ)能力，而且進(jìn)一步提高了學(xué)生解決相關(guān)專業(yè)問題的綜合素質(zhì)。

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作者簡介：

李醫(yī)中（1983年-），鄭州輕工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院工程師，碩士，研究方向為機(jī)械工程。

都金光（1984年-），鄭州輕工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授，博士，研究方向為機(jī)械工程。

沈曉濱（1965年-），鄭州輕工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院高級實(shí)驗師，研究方向為機(jī)械工程。