胡海霞，王成軍，劉志衛(wèi)

（1.安徽理工大學機械工程學院，安徽 淮南 232001；2.安徽理工大學人工智能學院，安徽 淮南 232001）

0 前言

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，是衡量一個國家科技水平和綜合國力的重要標志[1]。近幾十年來，機械制造專業(yè)已逐漸發(fā)展成為與光學、微電子、自動化、材料科學、信息科學等先進技術相結合的新型交叉學科[2]。如各種智能機械、光電子集成器件、高速光電子芯片、生物芯片，以及超導產(chǎn)品、太陽能裝置、空間裝置等高技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，都離不開先進制造業(yè)[1-2]。先進制造技術是制造業(yè)的前沿和核心，是增強我國自主創(chuàng)新能力、建設創(chuàng)新型國家的重要保障，高等院校相關專業(yè)開設“先進制造技術”課程具有重要意義[3]?！跋冗M制造技術”課程是機械工程類專業(yè)的核心專業(yè)基礎課程，主要介紹機械制造的先進設計技術、前沿加工制造技術、現(xiàn)代管理模式及新一代加工裝備等[4-5]；在傳統(tǒng)制造技術基礎上不斷吸收其他學科的新技術以及現(xiàn)代管理技術的成果，將其綜合應用于產(chǎn)品設計、加工制造、經(jīng)營管理、售后服務及回收再利用制造的全過程[6]。

在機械工程及相關專業(yè)的研究生培養(yǎng)中，通過“先進制造技術”課程教學，培養(yǎng)學生掌握當今先進制造技術的基本知識、理論方法與關鍵技術，擁有探究新技術與不斷創(chuàng)新的意識。隨著科技的不斷進步和工業(yè)的快速發(fā)展，新材料、新技術、新工藝、新設備得到了廣泛的應用，傳統(tǒng)的教學內容和教學方式達不到理想的教學效果，迫切需要對當前的課程教學進行變革[7]。

案例教學是一種教育部提倡實施的教學方法，起源于20世紀20年代，由美國哈佛商學院（Harvard Business School）所倡導，30年代初，開始在美國高校中推廣使用；50、60年代，發(fā)達國家高等院校中開始采用案例教學；80年代初，案例教學被引進我國后很快受到高等教育界的重視。教育要面向現(xiàn)代，要與時俱進，使學生能更好地適應時代要求和社會發(fā)展需求，將教學過程和生產(chǎn)實際相結合將是未來研究生課程教學的主流發(fā)展趨勢。通過案例教學，將理論知識和工程實際相結合，能夠將學生引入實踐，可以提高學生面對復雜情境時決策和解決問題的能力，培養(yǎng)學生具備獨立從事科學研究工作的能力[8]；可以克服傳統(tǒng)教育模式的弊端[9]，激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)學生的實踐能力、創(chuàng)新意識與團隊精神，非常符合機械制造的實踐性、權變性和復雜性的特點及其對學生素質與能力的培養(yǎng)要求[10]。因此，在機械工程專業(yè)學位研究生教學中引入案例教學法，采用以傳統(tǒng)教學方法為主、以企業(yè)案例教學為輔的教學模式，可以極大地促進當前專業(yè)學位研究生教學改革的全面發(fā)展，改善教學效果，提高教學質量，滿足機械工程類全日制專業(yè)學位碩士研究生的實踐性和應用性的培養(yǎng)要求，更好地適應當前制造企業(yè)對人才的需求。

1 課程教學改革的必要性

在經(jīng)濟全球化條件下，出現(xiàn)了國際產(chǎn)業(yè)大轉移、制造業(yè)布局大調整的趨勢，發(fā)展先進制造業(yè)是提高國際競爭力、振興國家經(jīng)濟的戰(zhàn)略手段，各國廣泛采用先進制造技術和模式[11-12]。“先進制造技術”課程內容涵蓋面廣，涉及的資源信息十分龐雜，理論深奧，知識點處于科技前沿，需要具備大量的理論知識儲備。而且，該課程與工程實際聯(lián)系緊密，實踐性強，需要對企業(yè)現(xiàn)狀有最新的了解。傳統(tǒng)的教學模式以課堂理論講授為主，教師是教學活動的主體，教學內容容易和生產(chǎn)實際脫節(jié)，無法將理論知識和現(xiàn)場實踐相結合，學生無法了解先進的設計及制造工藝的具體應用。因此，傳統(tǒng)教學模式一定程度上降低了學生的學習積極性，學生興趣不足，主動性低，這對提高學生的思維能力和創(chuàng)新能力是不利的。尤其是講解先進制造的理念和模式時，如柔性制造系統(tǒng)（FMS）、成組技術（GT）、并行工程（CE）、精益生產(chǎn)（LP）、智能制造（IM）、虛擬制造技術（VMT）等先進的制造模式，采用傳統(tǒng)教學模式會影響學生學習的主動性和積極性，教學效果不理想。學生大多沒有實際工作經(jīng)驗，對工程實際缺乏了解，沒有經(jīng)過理論知識的綜合應用等方面的訓練。因此，在現(xiàn)有的教學條件下，探索新的教學模式，讓學生接觸并學習到企業(yè)先進的制造方法和生產(chǎn)模式的經(jīng)驗，對提高教學質量、培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新意識具有重要意義。

“先進制造技術”課程是一門以科學技術為主、注重應用的課程。科技的快速發(fā)展迫切地需要大量應用型工程技術人才。為滿足企業(yè)對人才的需求，調動學生的學習積極性和主動性，使學生建立正確的、完整的現(xiàn)代工程意識，從而提高自身綜合素質、工程實踐能力及創(chuàng)新意識和能力，必須在教學中引入經(jīng)典企業(yè)案例[13]。案例教學法在研究生科研學習中，具有直接的促進作用。學生通過經(jīng)典企業(yè)案例了解現(xiàn)代制造技術的基本原理、相關技術及最新發(fā)展動態(tài)，有助于開拓學生視野，啟發(fā)學生主動對案例進行思考與討論，有效拓寬學生知識面的同時，培養(yǎng)學生分析問題的能力，提高學生的科研創(chuàng)新能力[14]。因此，在高等教育的教學中引入案例教學是十分必要的。

2 基于企業(yè)案例的教學模式設計

針對“先進制造技術”課程的特點，以培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新意識為目標，結合課堂教學經(jīng)驗，提出了一種以傳統(tǒng)教學方法為主、以企業(yè)案例教學為輔的教學模式。教師在課堂教學中，把先進的設計方法、制造方法和生產(chǎn)模式的基本理論知識傳授給學生，引入企業(yè)案例，讓學生盡可能地貼近企業(yè)的設計、生產(chǎn)、技術和管理的第一線。教師引導學生積極參與課堂討論、案例閱讀、分析企業(yè)的小組作業(yè)方式及撰寫案例分析報告等，運用所學知識分析案例并回答問題，加深對“先進制造技術”課程的理解。企業(yè)案例教學法是一種將理論知識與工程實踐相結合的教學模式，一定程度上提高了學生的積極性和學習效果，提高了學生的綜合素質。

2.1 案例教學和理論教學相結合

碩士研究生已經(jīng)具備了較高的自學能力以及分析問題和解決問題的能力，而且還要參與課題研究、科學實驗及撰寫學術論文等?！跋冗M制造技術”課程不僅涉及一些先進的技術和理論，而且課程內容多與學時數(shù)少的矛盾也十分突出。采用企業(yè)案例教學與傳統(tǒng)課堂教學相結合的方法，學生在教師的引導下自主學習，能夠一定程度上解決課程內容多、技術新、學時少的矛盾。在案例教學過程中，除了應綜合考慮課程本身濃厚的理論基礎和高度的實踐性、應用性特征，還要顧及專業(yè)學位研究生教學的特殊要求[15]。為了加深學生對“先進制造技術”課程的理解和掌握，提高學生運用所學理論知識分析和解決工程實際問題的能力，課堂理論教學應注意優(yōu)化教學內容，突出課程先進性、應用性的特點，注重教學的互動性和實踐性，將工程實際與理論知識相結合，提高教學質量，增強教學效果。

2.2 案例分析與小組討論式教學相結合

良好的案例教學可以讓學生感受到一個仿真的實景，可以讓學生更好地理解和掌握課程內容。案例教學的主要目的是培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。在“先進制造技術”課程教學計劃安排中，需要穿插案例討論課，通常采用互動討論法，讓學生利用基本知識和分析技能，針對案例中的問題提出各自的分析解決方案，比較傳統(tǒng)的設計制造方法與先進的設計制造技術和管理模式的差別，鼓勵學生獨立思考，一起探討解決問題的方法。同時，案例會覆蓋教材中的多個知識點，課堂上教師講解該企業(yè)案例涉及的知識要點，學生通過分析案例可以對知識結構進行梳理和貫通，從而掌握重點知識。例如，“綠色設計和制造技術”部分，以汽車零部件為例，課前布置與綠色設計及制造工藝相關的案例，指導學生提前閱讀，學生自由組合為研討小組，各個小組開展討論后形成各自的方案。企業(yè)案例需要構建理論知識體系，在課堂理論教學中，教師采用多媒體課件的形式向學生講授綠色制造的概念及基本思想、綠色設計的方法、綠色材料的選取和典型的綠色制造工藝技術，指出綠色設計與制造是人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，也是每個企業(yè)重點考慮的企業(yè)行為。全面推行綠色制造，必須按照全生命周期的理念，革新傳統(tǒng)設計、制造技術和生產(chǎn)方式。課堂上引導各小組積極討論，并對其方案進行點評，指出各自的優(yōu)點、不足以及適用范圍等。同時，引入上海通用汽車采用綠色設計、綠色材料和綠色制造的案例，對當時案例企業(yè)的背景、公司概況、生產(chǎn)經(jīng)營情況加以說明。然后，提出企業(yè)案例問題，列舉展示多款采用新能源技術、綠色工藝的通用汽車，可以采用文字、圖片、動畫、視頻等多種形式展示。采用案例分析和理論講授相結合的教學方法，能夠加深學生對基礎知識的理解與把握，達到融會貫通的目的，有助于深化學生對典型案例、重要知識點的理解，也有助于培養(yǎng)和提高學生分析問題、解決問題的能力。

3 案例教學應解決的問題

3.1 注重企業(yè)案例的選擇

綜上所述，在“先進制造技術”課程教學中，案例教學具有減少理論知識的抽象性、提高和培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新意識的優(yōu)點。適宜的經(jīng)典企業(yè)案例是成功開展案例教學的關鍵，所選擇的課程案例應當與教材內容結構緊密相關，學生感興趣并且富有教育啟發(fā)意義?；诖耍跋冗M制造技術”課程案例的選擇，主要從以下三個方向進行：

1）根據(jù)教材內容結構選擇適宜的案例，以典型企業(yè)案例為基礎，理論聯(lián)系實際。隨著科學技術的發(fā)展，先進制造技術逐漸滲透到產(chǎn)品設計、功能規(guī)劃、加工制造、生產(chǎn)經(jīng)營管理與調度、市場營銷、回收再利用等各個環(huán)節(jié)。因此，新科技、新理念、新模式不斷涌現(xiàn)，先進制造技術案例的選擇要具有新穎性。教師選擇不同先進制造技術或者先進管理模式的成功案例，引領學生關注科技發(fā)展和科技前沿，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和科學精神。

2）結合教材內容結構選擇針對性較強的企業(yè)案例。課程教學的目的是深入掌握所涉及的技術，促進基礎理論與應用的深度融合?！跋冗M制造技術”課程不僅應用性強，而且實踐性強，因此，所選擇的案例要結合企業(yè)生產(chǎn)實際，回歸技術本質，實現(xiàn)真正的產(chǎn)學研結合。

3）所選擇的案例要注意內容充實、難易適中，既不能過于簡單，也不能過于繁雜，要便于加強理論知識的鞏固和應用，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維。

隨著科技的不斷進步，工程案例要與時俱進，案例庫也要不斷更新，增加新的工程案例。同時，要跟蹤觀察案例企業(yè)現(xiàn)實發(fā)展動向，體現(xiàn)工程案例的時效性及實用性[16]。

3.2 案例庫的建設內容及使用

傳統(tǒng)教學法和案例教學法兩者各有優(yōu)勢和不足，互為補充。傳統(tǒng)課堂理論教學對課程的基礎理論知識的系統(tǒng)分析和講解有利于學生形成知識體系和結構，注重知識的完整性、系統(tǒng)性、規(guī)范性。案例教學生動直觀，能夠激發(fā)學生的學習興趣，提高學生學習的主動性，培養(yǎng)學生的實務性和創(chuàng)新性。根據(jù)機械工程研究生的培養(yǎng)計劃和課程教學大綱及知識點要求，有針對性地篩選收集面向高等院校機械類研究生的典型的、最新的工程案例，按照現(xiàn)代工程設計技術、先進制造工藝技術和先進制造管理模式三大模塊，基于現(xiàn)代信息化技術構建先進制造技術的案例庫，如圖1所示。制作各個教學課程模塊的課件，將傳統(tǒng)教學和案例教學緊密結合起來，綜合利用，互為補充，通過翻轉課堂、微課、視頻及動畫等形式呈現(xiàn)給學生。在教學計劃安排中，在理論教學中用多媒體課件的形式向學生進行講授，再選取典型的案例開展課堂討論。如逆向工程技術的教學，在理論教學中用多媒體課件向學生介紹逆向工程的定義、分類、步驟、應用和前景。對于比亞迪S6逆向工程案例分析中，學生課堂討論反求對象的分析、三維數(shù)據(jù)采集所需要的儀器設備、模型重構技術及優(yōu)化，總結逆向工程的一般步驟；重申逆向工程是消化吸收與反求對象相關的國內外先進技術，并在此基礎上進行改進，以實現(xiàn)創(chuàng)新的。目前，比亞迪已經(jīng)走上了自主設計的道路。逆向工程技術是迅速提升我國汽車車身研發(fā)水平、提升汽車自主開發(fā)能力的重要手段之一[17]。

圖1 “先進制造技術”課程案例庫體系結構

在參考國內外知名高校機械工程專業(yè)的課程大綱、教學課件及企業(yè)案例的基礎上，有針對性地選取面向高等院校機械類研究生的典型工程案例，通過翻轉課堂、微課、視頻及動畫等形式呈現(xiàn)給學生。對部分案例進行仿真實訓，如工業(yè)機器人的案例教學中，對機械手進行了仿真分析，如圖2所示。相關教學案例已經(jīng)應用于2019級、2020級機械工程及相關專業(yè)研究生“先進制造技術”課程的教學實踐中（40學時）。在將案例庫引入教學后，學生從理論過渡到實際應用，通過課堂教學中的動畫和視頻的演示增強了場景沉浸感，將課程內容展現(xiàn)在實際案例中，加深了對相關先進制造專業(yè)基礎知識的理解，對提高學生的實踐與創(chuàng)新能力具有重要意義[18]。實踐證明，在“先進制造技術”課程教學中，采用傳統(tǒng)課堂教學法和案例教學法相結合的模式，有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識，提高先進設計方法及制造技術應用水平，教學效果良好。

圖2 案例庫中工業(yè)機械手的仿真

4 總結

“先進制造技術”課程是機械工程類專業(yè)學生重要的基礎課程之一，課程涉及的內容較多，知識點多處于科技前沿，因此，教師在講授課程時引進經(jīng)典企業(yè)案例是非常必要的。教學內容的組織應緊緊圍繞專業(yè)需求，企業(yè)案例的選擇既要有代表性，又要結合當前先進制造技術的發(fā)展趨勢，體現(xiàn)出明顯的專業(yè)性、針對性和實用性。采用以傳統(tǒng)教學方法為主、以企業(yè)案例教學為輔的教學模式，有助于提高課堂教學效果，培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。