高黨尋，姚啟明，楊建新，彭世廣

清華大學 基礎(chǔ)工業(yè)訓練中心，北京 100084

0 前言

成形制造是先進制造技術(shù)的重要組成部分，對一個國家的安全和經(jīng)濟繁榮極其重要，是衡量一個國家制造技術(shù)水平和能力的重要標志，在我國許多關(guān)鍵制造業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用[1]。近10年來，我國制造業(yè)已形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，成為名副其實的制造大國，但還不是制造強國。必須加快先進制造技術(shù)的發(fā)展，提升制造業(yè)核心技術(shù)和高端制造水平的競爭力，培養(yǎng)大批適應(yīng)新制造領(lǐng)域要求的高素質(zhì)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才。作為高等工程教育重要承載之一的基礎(chǔ)工業(yè)訓練中心，實踐教學平臺對學生更好地掌握成形制造技術(shù)具有不可替代的作用[2]。建設(shè)教學體系完善、實踐項目豐富、實踐設(shè)備先進、具有多層次的高素質(zhì)教學隊伍和科學信息化管理的成形制造實踐教學平臺，是符合國家人才培養(yǎng)政策的重要舉措[3]。

1 成形制造實踐教學平臺功能定位和建設(shè)原則

1.1 平臺功能定位

成形制造實踐教學平臺依托中心成形制造實驗室，是中心工程實踐教育基地和雙創(chuàng)教育基地的重要組成部分，平臺功能如圖1所示，針對成形制造技術(shù)開展本科學生工程訓練實踐教學和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，研究成形制造過程中的科學和技術(shù)問題，并服務(wù)于開放院系的科研加工以及各項學生科技大賽活動。成形制造實踐教學平臺應(yīng)突出系統(tǒng)性和先進性，能夠在行業(yè)內(nèi)起到示范引領(lǐng)作用。

圖1 成形制造實踐教學平臺功能定位Fig.1 Function orientation of practice teaching platform for forming manufacturing

1.2 平臺建設(shè)原則

在中心遠景發(fā)展規(guī)劃的指引和領(lǐng)導下，努力建設(shè)一個先進、開放、高效的成形制造實踐教學平臺勢在必行。實踐教學平臺建設(shè)必須與高校的人才培養(yǎng)目標、學科發(fā)展戰(zhàn)略以及當前社會發(fā)展形勢相適應(yīng)。其建設(shè)過程應(yīng)遵循以下原則：

①以中心“十四五”規(guī)劃為基調(diào)，建設(shè)以基礎(chǔ)訓練及面向“中國制造2025”的系統(tǒng)化工程實踐教學平臺。

②以課程教學為核心，開發(fā)系統(tǒng)化、可操作、體驗度好、靈活性強的實踐教學內(nèi)容[4]，搭建以多工藝、多工程、多案例及思政課堂為主的實踐教學平臺，課程內(nèi)容除服務(wù)于本中心，同時也應(yīng)服務(wù)于校內(nèi)其他院系，形成高度融合格局。

③以學生為主體，能夠滿足不同學科背景、不同層次學生的實踐教學要求。

④平臺建設(shè)要涉及主要成形制造方法，從軟硬件設(shè)施、運營機制、科學研究、環(huán)境等多個維度開展。

⑤將成形制造的系統(tǒng)建設(shè)融入雙創(chuàng)教育及校級機電科研服務(wù)平臺中，建設(shè)開放的教學體系和服務(wù)平臺。

⑥能夠緊跟企業(yè)生產(chǎn)實際，實現(xiàn)工業(yè)級水準，打造校企融合的發(fā)展路子。

2 成形制造實踐教學平臺資源建設(shè)

2.1 平臺資源構(gòu)成

成形制造實踐教學平臺現(xiàn)有面積約1380 m2，儀器設(shè)備240臺（套），其中單件30萬元以上的大型儀器設(shè)備12臺（套），固定設(shè)備資產(chǎn)總值（原值）1900多萬元。成形制造實踐教學平臺下設(shè)鑄造、鍛壓、焊接、弧焊機器人、熱處理、碳立方6個主題實驗室，如圖2所示。

圖2 成形制造實踐平臺資源構(gòu)成Fig.2 Resources constitute of practice teaching platform for forming manufacturing

上述6大主題實驗室是成形制造實踐教學平臺的重要組成部分，是構(gòu)成實踐教學平臺的有機單元，其面向特定的成形制造方法，具有各自的功能和特征，實驗室之間相互融合，共同組成成形制造實踐教學平臺。目前的軟硬件配置、教學課程、雙創(chuàng)項目等教學資源基本實現(xiàn)了優(yōu)化配置。此外，平臺與中國鑄造協(xié)會，BREUCK 3D公司共建了藝術(shù)鑄造工作坊及全三維智能制造聯(lián)合研究，致力于在藝術(shù)鑄造、鈦合金及記憶合金方向共同研究，其研究平臺及成果應(yīng)用于實踐教學、創(chuàng)新教學及平臺對外服務(wù)。

2.2 平臺硬件建設(shè)

建設(shè)與教學目標、課程體系和教學內(nèi)容相適應(yīng)的實踐教學平臺硬件設(shè)備是實現(xiàn)實踐教學平臺功能定位，提高工程實踐教學質(zhì)量的基礎(chǔ)和有力保障[5]。

以弧焊機器人實驗室為例。實驗室主要針對先進焊接技術(shù)開展工程訓練實踐類教學，可以使學生了解現(xiàn)代制造業(yè)中先進的機器人焊接應(yīng)用技術(shù)。實驗室擁有3個弧焊機器人工作站，6臺機器人，簡稱“6機3站”，包括1個雙機器人協(xié)同工作站（可完成卡車后驅(qū)車橋的模擬焊接）、1個單機器人工作站和1個多機器人弧焊工作站，如圖3所示。這樣的硬件建設(shè)主要是給學生一個更加真實的工程背景?；『笝C器人實訓室每年完成將近1 700名本科生的實踐教學，主要承擔低年級本科生金工實習、高年級專業(yè)基礎(chǔ)實驗課，以及相關(guān)選修課的實踐教學環(huán)節(jié)。實踐類課程的學生主要在實驗室進行基礎(chǔ)編程和弧焊應(yīng)用等方面的訓練，基礎(chǔ)編程主要完成系標外輪廓在線示教自動運行，弧焊應(yīng)用要完成1個典型構(gòu)件的焊接，總之通過環(huán)節(jié)設(shè)置要拓寬學生對焊接技術(shù)在機械化、自動化發(fā)展方面的了解以及對數(shù)字化制造的認知。

圖3 弧焊機器人實驗室規(guī)劃Fig.3 Planning graph of arc welding robot laboratory

此外，通過不斷優(yōu)化實踐教學體系，依托焊接實驗室的實踐教學，提升先進焊接技術(shù)的融入比，與原有的傳統(tǒng)焊接形成手工、機械化、自動化、智能化的成體系的教學平臺及方案布局。以工業(yè)機器人為載體，在此基礎(chǔ)上搭建焊接質(zhì)量管理系統(tǒng)、免示教智能焊接系統(tǒng)，以及開發(fā)離線編程和虛擬仿真技術(shù)，進而構(gòu)建先進焊接技術(shù)平臺，通過教學開發(fā)探索數(shù)字化、智能化的焊接實踐教學內(nèi)容及成體系化的焊接實踐教學模式。最終豐富實踐教學的內(nèi)容和模式，更好地為人才培養(yǎng)服務(wù)。

其他實驗室均是以上述原則進行硬件建設(shè)，緊密圍繞課程及教學要求，體現(xiàn)先進性、引領(lǐng)性和科學性。如鑄造實驗室在傳統(tǒng)的砂型鑄造實踐平臺基礎(chǔ)上，融入消失模鑄造及精密鑄造，既有手工實踐中的出力流汗、磨煉意志，也有消失模鑄造中的機械化制造和精密鑄造中的先進鑄造方法和工藝。同時，平臺在規(guī)劃過程中將精密鑄造與3D打印、虛擬仿真、逆向掃描和數(shù)控精雕以及木工進行了有機融合，如此，教學平臺能夠打破專業(yè)限制，不僅增強了課程綜合性和設(shè)計性，也是推進創(chuàng)新實踐教學改革的一個重要嘗試。

2.3 教學隊伍建設(shè)

成形制造實踐教學平臺之所以取得一系列成果，得益于長期重視師資隊伍建設(shè)。近年來，平臺創(chuàng)建了一支身兼教師、工程師和技師的三師型師資隊伍，實現(xiàn)了教學、科研、開放服務(wù)相結(jié)合的可持續(xù)發(fā)展機制。各實驗室組織考察交流，鼓勵一線教職工積極參加工程實踐和研究，舉辦教學和學術(shù)交流，制定科學有效的激勵政策，創(chuàng)造有利于一線職工成長的晉升環(huán)境和教研氛圍，同時也增強教學隊伍的工程意識和工程教育能力。此外，通過強化上崗培訓，舉辦教學技能比賽，提升崗位能力。目前，成形制造實踐教學平臺教師總?cè)藬?shù)14人，其中，副教授1名、高級工程師1名、高級技師1名、工程師2名、技師2名、其他技術(shù)人員7名。

2.4 平臺管理機制建設(shè)

成形制造實踐教學平臺將依托在建的中心信息化管理平臺及校內(nèi)設(shè)備開放平臺，對實踐教學安排、過程、安全及平臺硬件設(shè)備預約與使用等各個環(huán)節(jié)進行科學有序地管理。此外，平臺內(nèi)部也形成了自身應(yīng)對實際問題的一系列管理舉措，如各實驗室行為細則公約、實驗室材料采購及科研服務(wù)流程試行方案、實驗室用氣瓶的安全管理、實驗室科研加工收費標準及明細等，最終形成與成形制造實踐教學平臺相適應(yīng)的、能夠應(yīng)對眾多管理問題的平臺管理機制。

3 成形制造實踐教學平臺教學建設(shè)

成形制造實踐教學平臺以優(yōu)質(zhì)實踐教學資源為基礎(chǔ)，創(chuàng)建了集工程訓練、工程文化素質(zhì)訓練、跨院系專業(yè)課實驗、基礎(chǔ)課選修為一體，以模塊化訓練、項目導引案例實踐為基本特征，服務(wù)各教學單元及院系的實踐教學課程體系，并且訓練中心探索將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入工程實踐教育，創(chuàng)建了“面上普及、重點提高和綜合創(chuàng)新”的分層次創(chuàng)新實踐教學體系。

成形制造實踐教學平臺在國內(nèi)高校率先探索，使工程實踐成為理工與人文社會學科交叉與融合的重要結(jié)合點。面向全校多個院系，開設(shè)近10門實驗、實習課程，其中3門國家級精品課程，如圖4所示。平臺通過系列實踐課程，服務(wù)校內(nèi)、北京市和全國的各類創(chuàng)新賽事和創(chuàng)新實踐活動，成為清華大學培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的不可或缺的重要平臺。

圖4 成形制造實踐教學平臺支撐課程Fig.4 Courses of practice teaching platform for forming manufacturing

在教學內(nèi)容方面，平臺從理念先進性、技術(shù)領(lǐng)先性、系統(tǒng)完備性、模式靈活性、知識融入性、思維啟發(fā)性、實踐落地性等多個維度，全方位打造基礎(chǔ)訓練與面向“中國制造2025”的系統(tǒng)化實踐平臺，形成以項目制、產(chǎn)品導引和任務(wù)驅(qū)動為特征的教學內(nèi)容。實現(xiàn)對學生系統(tǒng)化工程思維、綜合工程實踐能力，以及工程素質(zhì)的全面培養(yǎng)。近年來，清華大學著力推進德智體美勞五育并舉，在勞動教育方面充分利用課程教學這一育人的主渠道進行推動。訓練中心作為全校最大的工程訓練實踐基地，在勞育方面具有先天的屬性優(yōu)勢。成形制造實踐教學平臺依托項目內(nèi)容，通過借助工程案例、人物故事、當前社會熱點和教師自身素養(yǎng)傳達思政觀點。廣泛尋找制造工程與思政元素的“植入”點，增強課堂渲染力，潛移默化中影響學生的思維和行為，引導學生樹立正確的勞動意識，從而將思政元素的育人功能與學生實踐教學進行有機結(jié)合，最終由點帶面、“潤物細無聲”地達到價值塑造的目的。

4 結(jié)論

成形制造實踐教學平臺是清華大學基礎(chǔ)工業(yè)訓練中心教學平臺的重要組成部分，對人才培養(yǎng)、科學研究及開放服務(wù)具有重要現(xiàn)實意義。本文從平臺功能定位和建設(shè)原則、平臺資源建設(shè)、平臺隊伍及管理機制、教學建設(shè)4個主要方面進行了規(guī)劃和總結(jié)。立足于科學的構(gòu)建，成形制造實踐教學平臺將全面把握“十四五”時期發(fā)展的新任務(wù)新要求，堅定不移地貫徹中心的發(fā)展理念，構(gòu)建平臺新發(fā)展格局，不斷物化新舉措，積極開展平臺建設(shè)、管理及開放融合工作，努力推進資源共享和優(yōu)化力量配置，服務(wù)院系，不斷提升隊伍能力，推動平臺各項工作的高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。