張衛(wèi)芬 李永梅 董祥國 嚴紅霞

摘 要：在當前智能制造背景下，學生在多學科交叉的專業(yè)知識、產(chǎn)品研發(fā)、解決復雜工程問題等方面的能力需要提高，對機械專業(yè)實驗教學提出了新的需求。針對目前機械專業(yè)實驗教學存在的主要問題，文章提出了實驗教學體系建設(shè)思路，即建立“多層次、系統(tǒng)化”的實踐能力培養(yǎng)體系，更新實踐教學內(nèi)容，加強校企協(xié)同育人，增加實驗教學學時，強化集中實踐環(huán)節(jié)。文章根據(jù)智能制造需求，設(shè)計實驗教學項目，并進行了實例分析。文章針對機械專業(yè)實驗教學進行了探索，為新時期培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：智能制造;機械專業(yè);實驗教學

0? ? 引言

隨著新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的時代的到來，智能制造成為制造業(yè)發(fā)展的重中之重，在此背景下，傳統(tǒng)的培養(yǎng)方案、課程體系、課程內(nèi)容、教學方法、教學模式等要與智能制造相關(guān)領(lǐng)域的新知識的快速發(fā)展相協(xié)調(diào)，教育模式要能適應(yīng)智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。學校除了要培養(yǎng)學生具有寬厚的自然科學、數(shù)學和工程科學基礎(chǔ)之外，還需提高學生在多學科交叉的專業(yè)知識、產(chǎn)品研發(fā)、解決復雜工程問題等方面的能力。實驗教學是高等教育中人才培養(yǎng)的重要組成部分，更是培養(yǎng)人才實踐能力、創(chuàng)新能力的重要方式與方法。如何適應(yīng)智能制造的需求，讓實驗教學主動適應(yīng)新技術(shù)的變革，提升學生的創(chuàng)新精神和實踐能力是亟待解決的問題[1]。

1? ? 機械專業(yè)實驗存在的主要問題

工科專業(yè)的特點是實踐性強，實驗環(huán)節(jié)在教學中占有舉足輕重的地位。開設(shè)足夠的教學實驗是培養(yǎng)學生動手能力、創(chuàng)新能力和解決工程實際問題能力的重要手段[2]。目前實驗教學存在以下問題。

（1）驗證性實驗為主。許多實驗流于形式，大部分實驗以驗證性實驗為主，驗證理論課程知識，而創(chuàng)新性實驗和綜合性實驗所占的比例較少，且實驗設(shè)備更新較慢，授課內(nèi)容比較陳舊，對工程應(yīng)用的拓展較少，具有工程背景的實驗較少，無法滿足智能制造下行業(yè)的需求，也無法提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

（2）校企融合不夠。高校和企業(yè)之間相互交叉融合程度較低，高校需要企業(yè)提供相關(guān)的實驗實踐訓練的機會，企業(yè)需要高質(zhì)量的人才，但目前這一現(xiàn)狀較難協(xié)調(diào)。

（3）實驗學時較少。目前實驗所占學時較少，如東南大學成賢學院機械設(shè)計課程，總學時64，但實驗只有6學時，僅能滿足基本教學需求。這就導致學生的實際動手機會較小，學生無法從實驗中獲得實際工程能力培養(yǎng)的訓練機會。

目前來看，傳統(tǒng)實驗無法滿足針智能制造對人才培養(yǎng)的需要，為培養(yǎng)學生的工程能力、綜合能力和創(chuàng)新意識，基于學院機械專業(yè)人才的培養(yǎng)現(xiàn)狀，進行如下探索。

2? ? 實驗教學體系建設(shè)思路

在智能制造背景下，對機械與信息相結(jié)合的人才需求增長迅速，學校提出了機械專業(yè)信息化改造，創(chuàng)辦了數(shù)字化制造學院，并從 2015 級開始從培養(yǎng)目標、培養(yǎng)方案、課程體系、師資保障、實驗課程等方面進行逐年修訂，形成了具有鮮明特色的辦學模式。實驗課程與行業(yè)單位對接，根據(jù)行業(yè)的發(fā)展需求制定了相應(yīng)的實驗課程，按照新工科的人才培養(yǎng)要求，探索機械專業(yè)實驗教學項目，讓學生能盡早接觸學科前沿內(nèi)容，培養(yǎng)學生理論與實踐相結(jié)合的能力，提升機械專業(yè)學生的人才培養(yǎng)質(zhì)量[3]。

（1）建立“多層次、系統(tǒng)化”的實踐能力培養(yǎng)體系。從通識教育課實驗、專業(yè)基礎(chǔ)課實驗、專業(yè)主干課實驗、專業(yè)方向課實驗、集中實踐環(huán)節(jié)5個環(huán)節(jié)展開實踐教學，通過課內(nèi)實驗、課程實訓、課程設(shè)計、項目實訓、技能實訓、綜合性實驗、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)，輔以學科競賽、技能訓練、大學生創(chuàng)新項目等開放性實習實驗，搭建基本技能培養(yǎng)層、綜合能力培養(yǎng)層、工程應(yīng)用能力培養(yǎng)層和創(chuàng)新能力訓練層的“多層次、系統(tǒng)化”實踐能力培養(yǎng)體系，保證學生實踐能力培養(yǎng)的層層遞進。

（2）校企深度融合的協(xié)同育人體系建設(shè)。與克恩里伯斯（太倉）有限公司、南京埃斯頓機器人工程有限公司、蘇州富強科技有限公司、西門子工業(yè)軟件（上海）有限公司、蘇州奧杰? ?汽車技術(shù)股份有限公司、無錫華洋滾動軸承有限公司等 22 家企業(yè)建立穩(wěn)定的運行良好的校外實習基地。聘請企業(yè)師資團隊參與指導學生實踐實訓、畢業(yè)設(shè)計等。此外，培養(yǎng)計劃的制訂充分聽取企業(yè)、兄弟院校的建議，力求人才培養(yǎng)與企業(yè)需求相匹配。

（3）設(shè)置模塊化的實踐環(huán)節(jié)，實踐教學內(nèi)容與時俱進。通過及時追蹤行業(yè)的發(fā)展變化，及時更新實踐教學內(nèi)容。根據(jù)不同職業(yè)崗位所需要的知識能力結(jié)構(gòu)設(shè)置了機電一體化、汽車工程兩大模塊的實踐環(huán)節(jié)，緊跟工業(yè)機器人和新能源汽車發(fā)展趨勢，調(diào)整實踐教學內(nèi)容，引導學生關(guān)注行業(yè)前沿動態(tài)，培養(yǎng)學生職業(yè)拓展能力，取得了良好的成績。同時，積極鼓勵教師開展實踐教學改革，及時更新實踐教學內(nèi)容，一方面緊密結(jié)合生產(chǎn)實際，跟蹤新技術(shù)、新工藝的發(fā)展步伐，整合實驗內(nèi)容，開設(shè)貼合企業(yè)生產(chǎn)實際的實驗項目;另一方面，鼓勵教師將科研引入教學，把科研成果與實踐教學內(nèi)容結(jié)合起來，編寫實驗講義，不斷更新和完善實驗教學內(nèi)容。

（4）增加實驗教學學時，強化集中實踐環(huán)節(jié)。重視實踐教學，學時比例提高，實踐教學學時占總學時的比例為 39.1%。集中實踐環(huán)節(jié)多以設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)新應(yīng)用型實驗或課題為主，有獨立的實踐教學大綱、獨立的教材或?qū)嵱栔笇覇为氂嬎銓W分和成績，有完善的集中實踐環(huán)節(jié)考核體系。集中實踐環(huán)節(jié)綜合性比較強，運用一門課程多個知識點或者多門學科知識，解決一個比較復雜的問題，主要考查學生對專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力和系統(tǒng)解決問題的能力。

3? ? 智能制造背景下機械專業(yè)實驗教學項目設(shè)計—以“機電控制綜合實踐”為例

“機電控制綜合實踐”是一門應(yīng)用性、實踐性、綜合性很強的實驗課程，在學習過程中，需邊學理論邊實踐，教學過程中，以理論為輔、實踐為主，多訓練學生的分析、動手能力，授課與實驗交叉進行，以邊講解、邊實踐的模式引導學生學習，講授與操作結(jié)合，之前的課程實驗主要有控制流程圖繪制、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、PLC 程序編制、整體控制系統(tǒng)設(shè)計、聯(lián)機調(diào)試等項目任務(wù)。為提高學生機械、信息、機器人專業(yè)交叉融合的復合能力、工程能力、發(fā)現(xiàn)問題與分析解決問題能力，本實驗擬增加以下幾個實驗項目。

3.1? 工業(yè)機器人噴漆實驗項目

工業(yè)機器人噴漆實驗項目布局如圖1所示。該實驗項目模擬工業(yè)機器人對零件進行噴漆的過程。上料的形式采用雙工位交替上料，實現(xiàn)不間斷連續(xù)生產(chǎn)功能，一個工位噴涂過程中，另一工位同時換料，提高噴涂效率。機臺左右兩工位單獨設(shè)置操作按鈕（啟動、急停按鈕），機臺設(shè)有三色燈，用于在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時進行聲光報警提示。機臺罩殼可視化，方便人員隨時監(jiān)控噴涂狀態(tài)。進料窗口做成自動開閉形式，防止油漆濺出。通過此項目的訓練，學生可掌握工業(yè)機器人的工作坐標的建立、運動參數(shù)、運動軌跡編程等內(nèi)容。此外，此平臺可對學生進行一些創(chuàng)新實訓，如送料平臺通過改進，利用電機驅(qū)動，工件可實現(xiàn) 360°旋轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)邊噴涂邊旋轉(zhuǎn)功能，符合實際生產(chǎn)需求。

3.2? 工業(yè)機器人碼垛實驗項目

工業(yè)機器人碼垛實驗項目布局如圖 2 所示。本實驗項目是按照江蘇省機器人大賽進行設(shè)置的，該實驗項目模擬工業(yè)機器人對零件進行碼垛的過程。機器人將指定物料區(qū)貨物取出，在碼垛區(qū)域完成指定形式的碼垛，在完成基本碼垛形式后，方可進一步完成部分的碼垛形式，同時，機器人通過視覺系統(tǒng)進行不同顏色物料的識別，然后進行碼垛。通過此項目的訓練，學生除了可掌握工業(yè)機器人進行碼垛工作的原理、過程之外，還可了解視覺識別在現(xiàn)今生產(chǎn)線中的應(yīng)用。

3.3? 工業(yè)機器人組裝實驗項目

工業(yè)機器人組裝實驗項目布局如圖3所示。本實驗項目的目的是完成殼體和電阻的裝配，替換人工，實現(xiàn)電阻組裝、點膠，模擬了實際生產(chǎn)功能。在此實驗項目中，學生可了解組裝的生產(chǎn)過程，每一個功能模塊的作用，如載具輸送線，其運載方式通過線體和兩端撥桿氣缸實現(xiàn)循環(huán)送料，相比直接用托盤載具供料的方式，可以減少運載載具的數(shù)量;點膠機采用三軸伺服點膠結(jié)構(gòu)，定位精準，采取雙膠槍的點膠方式，提高點膠效率;電阻抓手采用一次抓取多個進行壓裝的方式壓裝電阻。通過此項目的訓練，學生可掌握一條成品生產(chǎn)的過程，也可按照產(chǎn)品需求進行改進，如上下料裝置等可作為大學生創(chuàng)新訓練項目，激發(fā)學生的學習興趣，打開學生的思維，按照生產(chǎn)需求完成相關(guān)設(shè)計。

通過上述項目的補充，加強了“機電控制綜合實踐”的完整性，將 PLC 技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、機器人技術(shù)、伺服控制技術(shù)等進行融合，有利于后續(xù)綜合性、設(shè)計性實驗的開展，有利于對學生綜合能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新意識的訓練，在構(gòu)建多學科交叉融合的實驗體系中做了有益的嘗試，增加了學生對工程實際的認知，鍛煉了學生解決工程實際問題的能力。

4? ? 結(jié)語

在智能制造背景下，培養(yǎng)學生的工程實踐能力、創(chuàng)新設(shè)計能力是機械專業(yè)學生培養(yǎng)中的重要一環(huán)，對實驗的要求也更為嚴格，構(gòu)建系統(tǒng)化的、融合多課程的實驗教學體系能夠使學生在動手能力、分析解決問題能力等方面得到綜合訓練。因此，加強校企合作，改進實驗條件，能夠大大提高學生的學習效率，促進學生的自我學習，增強學生解決復雜問題的能力，為智能制造背景下機械專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供條件。在今后的實驗教學改革中，學校更要把握好時代發(fā)展需求，更新機械專業(yè)實驗教學項目設(shè)計，對機械專業(yè)應(yīng)用型人才的實驗教學進行探索，適應(yīng)智能制造發(fā)展需求。

[參考文獻]

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（編輯 王永超）