張培榮 杜勁 周婷婷

基金項目：齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）教學改革研究項目“基于‘產(chǎn)教融合’的《機械制造技術基礎》課程教學方法研究”（2021yb35）；教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目“基于工程實踐能力和創(chuàng)新能力的《機械制造技術基礎》虛擬仿真實驗建設”（202102525016）；齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）教學改革研究項目“基于工程實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的《機械制造技術基礎》教學案例庫建設”（2020yb20）

第一作者簡介：張培榮（1989-），男，漢族，山東泰安人，博士，副教授。研究方向為金屬切削加工機理及表面完整性。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.06.002

摘? 要：在校（院）產(chǎn)教融合模式推動下，基于虛擬仿真、思維導圖、校企合作和課程思政多重模式，深入挖掘真實工程案例（加工或裝配過程）中涉及的理論知識、課程思政點，以點及面，將對應的專業(yè)知識教學內(nèi)容打散重構(gòu)，重新形成一套以真實工程案例為需求導向的新的教學體系。新的教學體系注重知識點的橫向和縱向聯(lián)系，體現(xiàn)綜合性，有利于提高學生綜合運用理論知識解決復雜工程問題的能力。今后應繼續(xù)優(yōu)化本案例及增加新的案例，尤其應注重案例的先進性和前沿性，使綜合案例的學習成為課程學習的有力跳板。

關鍵詞：機械制造技術基礎；產(chǎn)教融合；教學方法；教學體系；教學內(nèi)容

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）06-0006-05

Abstract： Driven by the integration of production and education in the school （academy）， starting from a complete and specific machining or assembly process， in-depth discussing the professional theoretical knowledge required by the production process， and feeding it back into the teaching to arrange the corresponding professional knowledge content. The existing structure of professional knowledge is broken up， and a new teaching system oriented by the machining or assembly and introduced by engineering cases is re-formed. In addition， the new teaching system pays attention to the horizontal and vertical connections of knowledge points， reflecting the comprehensiveness， and is conducive to improving students' ability to comprehensively apply theoretical knowledge to solve complex engineering problems. In the future， we should optimize the engineering case and add new cases continuously， especially pay attention to the advance and frontier properties of the cases， so that the comprehensive case study can become a powerful springboard for course study.

Keywords： Fundamentals of Mechanical Manufacturing Technology; integration of production and education; teaching method; teaching system; teaching content

齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）于2017年5月由齊魯工業(yè)大學和山東省科學院整合組建而成，是國家“產(chǎn)教融合”項目首批建設高校。齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）匯聚山東省優(yōu)質(zhì)科教資源，實行校院合一的管理體制，打造科教融合優(yōu)勢特色，是山東省新型工業(yè)科技創(chuàng)新及人才培養(yǎng)領域的重要力量。目前，隨著新技術的不斷涌現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)變革的不斷加快，對具備強工程實踐能力、強創(chuàng)新能力、強團隊精神和強終身學習意識等素質(zhì)的復合型人才的需求更加迫切[1-2]。學部充分發(fā)揮科教融合機制優(yōu)勢，圍繞建設國內(nèi)一流、國際有影響的應用研究型大學的目標，構(gòu)建了“產(chǎn)學研用”一體化、全鏈條的人才培養(yǎng)模式。在校（院）及學部建設推動下，課程建設理應符合“產(chǎn)教融合”導向，全力建設健全新的教學體系，滿足新工科復合型人才培養(yǎng)需求。

本文以綜合案例作為切入點，旨在打破傳統(tǒng)的“舊工科”課程體系和教學內(nèi)容，實現(xiàn)產(chǎn)教融合，將產(chǎn)業(yè)和技術的最新發(fā)展、行業(yè)對人才培養(yǎng)的最新要求引入教學過程，建成滿足行業(yè)發(fā)展需要的教學資源，對加強學生對理論知識的系統(tǒng)掌握、提高學生分析解決復雜工程問題的能力及啟發(fā)創(chuàng)新思維具有重要意義。

一? 課程教學過程中存在的問題

（一）? 課程特點和學情分析

機械制造技術基礎是面向機械設計制造及其自動化專業(yè)本科生開設的一門專業(yè)基礎課程。該門課程是將原有的金屬切削原理與刀具、金屬切削機床、機床夾具設計和機械制造工藝學4門課程融為一體，主要講述金屬切削的基本理論，金屬切削機床、刀具和夾具的基本知識，機械制造工藝規(guī)程和裝配工藝規(guī)程制定、機械加工質(zhì)量的分析與控制等知識。具有教學內(nèi)容與工程實踐聯(lián)系密切、課程知識覆蓋面廣、理論知識較為抽象、知識點多和綜合性強等特點[3-4]。

根據(jù)培養(yǎng)大綱要求，機械制造技術基礎課程開設時間為第五學期（即大三上學期），該階段學生實習實踐開展相對較少，無外乎是工程訓練I和見習實習，而生產(chǎn)實習、畢業(yè)實習等其他的集中實習實踐環(huán)節(jié)均在課程結(jié)束之后方才開展。因此，學生對工程案例較為陌生，導致學生在課程學習過程中感覺概念更為抽象，而將具體知識點與工程實踐相結(jié)合更是難上加難。其導致的最直接的結(jié)果是學生課程學習效果不佳，課程通過率更是不足75%。因此，亟需改變課程教學模式，旨在提高學生課程學習效果和應用能力。

（二）? 師資力量和教學方法

目前，該課程任課老師已基本實現(xiàn)博士學歷全覆蓋。但是，任課教師由于缺乏實踐經(jīng)驗，普遍以灌輸式講授為主，很少結(jié)合實際案例對相關理論知識展開論述[5]。在這種傳統(tǒng)教學模式下，培養(yǎng)出的學生對知識點的掌握較差，不能對知識活學活用，缺乏獨立思考能力和實踐能力。案例教學則是將理論與工程實踐問題緊密結(jié)合，推進教學改革的重要手段[6-7]。目前已有部分任課教師相繼開展課程案例庫建設等教學改革嘗試，但所選案例大多為生產(chǎn)過程中的部分環(huán)節(jié)，且不同知識點選用的案例相互獨立，缺乏對學生工程素養(yǎng)及大局觀的培養(yǎng)。比如常用教學案例包含數(shù)控刀具磨損檢測系統(tǒng)的原理和應用、滾齒機結(jié)構(gòu)認知和傳動鏈分析、鉆床夾具結(jié)構(gòu)認知與定位誤差分析、精鏜活塞銷孔加工誤差分析和航天薄壁結(jié)構(gòu)件加工質(zhì)量分析與控制等，表面上覆蓋課程教學的重點和難點，但實際上各案例只是單一地服務于某一教學內(nèi)容，使案例庫缺乏系統(tǒng)性和一致性。其根本原因在于多數(shù)教師在授課過程中普遍將教材目錄作為授課順序，在課程內(nèi)容的基礎上輔以工程案例，雖然在一定程度上加強了學生對理論知識的掌握，但難以實現(xiàn)對學生分析解決復雜工程問題能力、實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二? 課程教學改革模式

（一）? 教學內(nèi)容的選擇與重構(gòu)

面向不同工程領域搜集整理相關工程案例，包括機械加工和機械裝配兩大部分。第一，機械加工就是按照一定的工藝對工件進行金屬切削加工，在對工件進行金屬切削加工前需要制定加工工藝規(guī)程。工件在金屬切削加工過程中會產(chǎn)生切削力，由此出現(xiàn)切削變形、切削熱、刀具磨損等現(xiàn)象和規(guī)律，這屬于金屬切削原理的知識范疇。對工件進行切削所用到的工具設備主要有刀具、機床、夾具等。檢驗經(jīng)過金屬切削加工后獲得的零件是否合格，屬于加工質(zhì)量和精度控制的知識范疇。第二，切削加工后得到的合格零件需要經(jīng)過裝配才能成為產(chǎn)品，屬于機械產(chǎn)品裝配工藝制定的知識范疇。

如圖1所示，結(jié)合工程案例所涉及的加工工藝規(guī)程、裝配工藝規(guī)程，梳理教學內(nèi)容，整合基礎知識內(nèi)容，融入新技術、新產(chǎn)業(yè)相關內(nèi)容，挖掘各知識點之間的顯性及隱性關系，考慮其整體性和系統(tǒng)性，進行課程體系重構(gòu)，實現(xiàn)知識碎片“穿糖葫蘆”式整合完善。

（二）? 教學方法的改革與優(yōu)化

1? 虛實結(jié)合

將具體工程案例建設生成虛擬仿真案例庫，實現(xiàn)工程案例可視化，加強可操作性。一方面，通過虛擬仿真技術可以突破時間和空間的限制，學生可以創(chuàng)造性地去體驗機械加工或裝配過程，直觀、形象，有利于加深學生對知識點的理解和記憶。另一方面，虛擬現(xiàn)實技術提供的教學演示視頻可反復用于新課、復習上，通過及時演示，加強學生對知識的融會貫通，提高復習效率。

2? 構(gòu)建課程模塊思維導圖

本課程案例采用綜合案例，需要注重知識點的橫向和縱向聯(lián)系，可涉及多個章節(jié)的知識，體現(xiàn)復雜性和綜合性，目的在于提高學生綜合運用理論知識解決復雜工程問題的能力。通過構(gòu)建各課程模塊的思維導圖，有利于加強學生對理論知識的系統(tǒng)掌握、提高學生分析解決實際問題的能力及啟發(fā)創(chuàng)新思維，從而保障綜合案例式教學的順利實施。一方面，思維導圖的構(gòu)建過程可以幫助學生理清楚課程知識點與工程案例的映射關系；另一方面，通過思維導圖可以反向指導案例實際實施過程，分析解決實際工程問題，這對于進一步探討產(chǎn)學研合作新模式，推進復合型人才培養(yǎng)具有重要意義。

3? 校企合作

加強校企合作，以合作促教學。一方面，教師通過與企業(yè)開展相關合作，增加工程應用背景，進一步提高雙師型教師比例。教師也可以從校企合作項目中提取素材，豐富教學案例。另一方面，學生通過到合作企業(yè)參觀實習，實地感受金屬切削加工和裝配過程，加深對課程理論知識的深層次理解及應用。學生也可以利用已學的理論知識來解決企業(yè)技術問題。同時，邀請企業(yè)工程師進校開展學術講座，開拓學生的學術視野，一舉多得。

4? 課程思政

挖掘提煉課程知識點所蘊含的思想價值和精神內(nèi)涵，將課程教學與品德教育、社會主義核心價值觀有機融合，幫助學生樹立正確的人生觀、價值觀、世界觀，培養(yǎng)學生的科學思維和工匠精神。通過在課程教學中引入代表我國科技發(fā)展前沿的案例和制造業(yè)領域中的關鍵“卡脖子”問題，使學生了解我國制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及與世界先進國家制造業(yè)發(fā)展水平之間的差距，彰顯家國情懷，在教授專業(yè)知識的同時又激發(fā)學生科技報國的愛國熱情和使命擔當，從而培養(yǎng)學生成為德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的社會主義人才。

（三）? 課程考核方式的改革與優(yōu)化

改革課程考核標準，將案例討論、課后拓展添加進課程考核中，探索案例討論和課后拓展的考核方式和合理占比，使課程考核成績能反映出學生獨立思考能力和實踐能力。

三? 課程教學改革方法應用舉例——以二級同軸式減速器為例

二級同軸式減速器就是利用各級齒輪傳動來達到降速的目的。其主要零件組成包括上箱體、下箱體、齒輪副、傳動軸（階梯軸）、軸承、密封件、端蓋、定位銷、螺栓和螺母等。除標準件和外攜件外，企業(yè)主要生產(chǎn)過程包括傳動軸、齒輪、上箱體、下箱體的機械加工及裝配工作。本示范例就是圍繞這幾方面內(nèi)容對課程體系進行重構(gòu)（圖2），具體執(zhí)行過程如下。

（一）? 課程知識點重構(gòu)

圍繞二級同軸式減速器主體結(jié)構(gòu)，可以提煉出如下四個模塊。

1? 45#鋼傳動軸車削加工

針對45#鋼傳動軸的外圓、端面、退刀槽加工的工藝特點、加工精度要求和工件材料屬性，聯(lián)系刀具材料、結(jié)構(gòu)、幾何角度（機械加工原理）等基本知識點，引導學生從切削理論的角度去分析和選擇刀具材料及其幾何參數(shù)，制訂機械加工工藝規(guī)程。結(jié)合金屬切削原理，分析車削過程中所涉及的切削力、切削熱、刀具磨損和表面質(zhì)量等加工規(guī)律，進而改善切削加工性。結(jié)合先進制造技術，開發(fā)零件的高效高質(zhì)量加工新方法、新工藝、新手段，深化校企合作。

2? 齒輪的加工

通過一個螺旋直齒圓柱齒輪的加工，引導學生認知滾齒機的結(jié)構(gòu)、主要傳動鏈和展成法工作原理。進一步延展到不同齒輪加工技術和適用范圍對比。

3? 減速器下箱體的加工

分析減速器下箱體的零件圖，審查零件的結(jié)構(gòu)工藝性，確定毛坯，確定加工表面的成型方法，選擇定位基準，安排加工順序，選取加工設備及刀具、夾具，組合工序，最終擬定減速器下箱體加工工藝規(guī)程。根據(jù)減速箱體上孔的加工要求，合理選擇加工機床和夾具，重點說明鉆削與鏜削在孔加工過程中的差異。結(jié)合加工精度和誤差分析的教學內(nèi)容，分析影響工件尺寸精度、形狀精度、位置精度的工藝系統(tǒng)原始誤差因素。

4? 減速器的裝配

根據(jù)某型號二級減速器的技術要求，分析裝配結(jié)構(gòu)工藝性，明確各零部件的裝配關系，確定裝配方法，劃分裝配單元，明確裝配順序，設計工序內(nèi)容，擬定該減速器的裝配工藝規(guī)程。

（二）? 虛實結(jié)合

建設二級減速器虛擬仿真案例庫，應包含重構(gòu)課程體系中的傳動軸車削加工（圖3）、齒輪加工、下箱體加工及減速器的裝配等環(huán)節(jié)，使學生能夠充分認識加工或裝配案例具體實施過程，達到從具體實施案例中提取相應課程知識點的目的。如階梯軸的車削加工過程，涉及下料、安裝、粗加工、半精加工、精加工、測量和檢驗等，學生通過反復操作和觀看視頻資源可以客觀地認識階梯軸的加工過程。該虛擬仿真資源應在課前進行發(fā)布，學生通過自主學習將其生產(chǎn)過程與課程知識點相對應。

（三） 模塊化思維導圖的生成（以階梯軸的車削加工為例）

結(jié)合虛擬仿真資源，生成相應模塊的思維導圖。如圖4所示，階梯軸車削加工下設機床、夾具、刀具、機械加工的表面質(zhì)量、機械加工精度、金屬切削原理及機械加工工藝規(guī)程7個一級節(jié)點。各節(jié)點就是圍繞教學大綱展開，滿足人才培養(yǎng)方案中不同指標點的要求。其中，機床、夾具、刀具和金屬切削原理4個一級節(jié)點對應“指標點3.1掌握機械產(chǎn)品設計、制造方法和技術，能夠根據(jù)需求確定詳細的設計目標，了解影響設計目標和技術方案的各種因素”，機械加工的表面質(zhì)量、機械加工精度、機械加工工藝規(guī)程3個一級節(jié)點對應“指標點1.3掌握機械工程領域?qū)I(yè)知識，針對機電產(chǎn)品和裝備的設計與制造過程中的復雜工程問題，能應用數(shù)學模型對解決方案進行比較與綜合”，夾具和機械加工工藝規(guī)程2個一級節(jié)點對應“指標點3.2運用工程基礎和專業(yè)知識，通過類比、改進或創(chuàng)新等方式提出機械系統(tǒng)、零部件或生產(chǎn)工藝流程的解決方案，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識”，機械加工工藝規(guī)程一級節(jié)點對應“指標點11.1掌握本專業(yè)工程實踐所需的工程管理及經(jīng)濟發(fā)展的基本知識和決策方法，能夠分析產(chǎn)品全周期、全流程的成本構(gòu)成”。

（四）? 課程思政

依據(jù)機械設計制造及其自動化專業(yè)人才培養(yǎng)方案，機械制造技術基礎課程應至少從馬克思主義理論與方法、科學精神、科學思維和工匠精神四個方面展開課程思政建設。

針對機床一級節(jié)點，可以圍繞《中國制造2025》，展示近年來我國的機床行業(yè)發(fā)展成就（如重型和超重型機床的自主研制），表明我國與美、日等發(fā)達國家間雖有差距但日益減小，堅定學生學習的信心、激發(fā)學生學習的動力、強化責任擔當；通過講授機床的型號編制方法，強調(diào)愛崗敬業(yè)、誠實守信、素質(zhì)修養(yǎng)等。針對夾具一級節(jié)點，通過講授專用夾具設計，培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神；強調(diào)標準件的選用，突出遵守行業(yè)規(guī)范的重要性。

針對金屬切削原理和刀具一級節(jié)點，通過講授切削用量、刀具幾何角度的選擇原則，引入馬克思主義唯物辯證法，辨識主要矛盾和次要矛盾，加強對學生辯證思維能力的培養(yǎng)；通過講授刀具材料的發(fā)展歷程，使學生充分認識到科學驅(qū)動和需求驅(qū)動作用，通過對比不同刀具材料的性能特點及加工適用性，培養(yǎng)學生在分析事物原因的時候應全面分析，取長補短，切忌以偏概全。此外，在講授切削加工性時，要引導學生學會具體問題具體分析，將刀具幾何角度、加工用量、刀具材料等有機結(jié)合起來。

針對機械加工工藝規(guī)程一級節(jié)點，凝練大國工匠精神，推薦學生觀看《大國工匠》紀錄片（如敬業(yè)模范胡雙錢、“鏜工大王”戎鵬強等），通過大國工匠事跡學習一絲不茍、精益求精、無私奉獻的大國工匠精神。圍繞機械加工精度的選擇及加工階段的劃分，引入量變與質(zhì)變的哲學思想，進而強調(diào)腳踏實地、循序漸進的大國工匠精神。圍繞零件加工工藝規(guī)程的制定，通過分析不同方案的優(yōu)缺點，引入多角度、全方面分析問題的哲學思想。

四? 結(jié)束語

從一個具體的生產(chǎn)或裝配過程入手，結(jié)合虛擬仿真、思維導圖等手段，深入探討該過程所需要的專業(yè)理論知識及課程思政點，再反饋到教學中進行相應的專業(yè)知識教學內(nèi)容安排，將已有的教學專業(yè)知識結(jié)構(gòu)打散，重新形成一套以實際生產(chǎn)或裝配為導向，以案例為引入的新的教學體系。新的教學體系從工程實踐活動中提取素材，涵蓋零件的機械制造和裝配兩大方面，案例更加系統(tǒng)完整，一方面極大促進了學生綜合運用理論知識解決復雜工程問題的能力，另一方面有助于學生了解本專業(yè)相關領域的企業(yè)動態(tài)，開拓學生的學術視野。

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