邢曉紅 郭明森 竇小麗 傅寶根 殷英

摘 要：依據(jù)機(jī)械制造技術(shù)課程教學(xué)改革要求，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)設(shè)計(jì)等進(jìn)行了優(yōu)化和重構(gòu)。針對(duì)課程現(xiàn)狀存在的問(wèn)題，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新設(shè)計(jì)；融合線上線下混合式教學(xué)模式；改進(jìn)課程考核方案等。教學(xué)效果表明，該項(xiàng)教學(xué)改革提高了學(xué)生的面向先進(jìn)制造的實(shí)踐能力，提升了師資的教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞：先進(jìn)制造 加工工藝 教學(xué)改革

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國(guó)之本、興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基。繼德國(guó)2013年提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略后，我國(guó)于2015年推出《中國(guó)制造2025》，強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，將為傳統(tǒng)制造業(yè)帶來(lái)深刻變革[1-2]。同時(shí)包括南京在內(nèi)的蘇南5個(gè)城市成為中國(guó)制造2025試點(diǎn)示范城市。2021年十三屆全國(guó)人大四次會(huì)議通過(guò)了《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，《綱要》第八章明確指出：要深入實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。堅(jiān)持自主可控、安全高效，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級(jí)化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化，保持制造業(yè)比重基本穩(wěn)定，增強(qiáng)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。新知識(shí)、新概念的不斷涌現(xiàn)和新產(chǎn)品、新工藝的迅速更新加速了市場(chǎng)的變化，企業(yè)面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。企業(yè)不僅需要有對(duì)市場(chǎng)變化的快速反應(yīng)能力，還需要通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品更新來(lái)不斷開拓市場(chǎng)、引導(dǎo)市場(chǎng)能力。作為應(yīng)用型工科院校培養(yǎng)先進(jìn)制造技術(shù)的技能型人才責(zé)無(wú)旁貸。

1 課程現(xiàn)狀

我校《機(jī)械制造技術(shù)》課程為機(jī)械工程專業(yè)必修課，在第六學(xué)期進(jìn)行，要求學(xué)生掌握機(jī)床結(jié)構(gòu)、刀具、夾具及機(jī)械加工工藝過(guò)程等，是一門包括《工程制圖》、《工程材料學(xué)》、《互換性與技術(shù)測(cè)量》等多門學(xué)科交叉的綜合性課程；《機(jī)械制造技術(shù)課程設(shè)計(jì)》為實(shí)踐類課程，2學(xué)分，共2周，停課進(jìn)行，根據(jù)給定的零件圖，制定工藝路線、制定工序卡片、繪制某道工序的夾具裝配圖及零件圖、撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書等。這也是學(xué)生在走上工作崗位前，進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐的一次歷練。生產(chǎn)企業(yè)為了適應(yīng)市場(chǎng)單件、小批量生產(chǎn)，大多采用更高效、柔性的先進(jìn)制造技術(shù)。而國(guó)內(nèi)、國(guó)外各大高校在機(jī)械制造教學(xué)中仍然以普通機(jī)床加工的工藝為主，主要存在以下問(wèn)題：

（1）加工工藝設(shè)計(jì)方法陳舊。目前機(jī)械制造技術(shù)課程的實(shí)踐課程部分-機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)，著重強(qiáng)調(diào)零件的實(shí)際加工過(guò)程，先給出某一零件的零件圖，分析其工藝路線、劃分加工階段、繪制工藝卡片、夾具裝配圖、夾具零件圖等，還在采用手工繪圖，未能采用先進(jìn)的CAD/CAM/CAPP技術(shù)，也未給出零件的設(shè)計(jì)要求與工藝過(guò)程的聯(lián)系。例如零件的尺寸精度、幾何公差、表面粗糙度等要求與加工基準(zhǔn)的選擇、加工順序等之間的關(guān)系等；同樣的毛坯在不同精度的機(jī)床、相同的零件精度要求下，加工效果有何不同[3-6]。所選擇的加工機(jī)床為普通機(jī)床，而實(shí)際制造企業(yè)已大多采用數(shù)控機(jī)床，掌握數(shù)控機(jī)床的機(jī)械加工工藝過(guò)程也尤為關(guān)鍵?，F(xiàn)代制造業(yè)從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到最后完工，每一步都要靠制造技術(shù)和加工工藝完成，只有最先進(jìn)的加工工藝和制造技術(shù)，才能使生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)械產(chǎn)品有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

（2）課程體系不完善。原有實(shí)踐課程中以機(jī)械制造課程為主，與機(jī)床數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等關(guān)聯(lián)較少，沒有形成面向先進(jìn)制造技術(shù)的完整課程體系。在教學(xué)中引入先進(jìn)制造技術(shù)，將機(jī)械、電子、能源、材料、信息等技術(shù)成果，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科交叉和跨界融合，知識(shí)體系更加系統(tǒng)化，綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、管理等生產(chǎn)周期的過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、靈活、清潔”的生產(chǎn)技術(shù)模式，取得理想的經(jīng)濟(jì)效果。此創(chuàng)新教學(xué)方法是基于制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，按照先進(jìn)制造企業(yè)思維，理解零件的技術(shù)要求決定零件的加工工藝，讓同學(xué)們感受到實(shí)際企業(yè)工作中的思維過(guò)程，鍛煉學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作、自學(xué)進(jìn)取，精益求精的學(xué)習(xí)態(tài)度和工作品格[7]。

（3）課程考核方法不合理。課程考查中，以學(xué)生對(duì)專業(yè)課知識(shí)的掌握情況為主，忽視了對(duì)先進(jìn)裝備、企業(yè)生產(chǎn)方式的掌握。先進(jìn)制造技術(shù)更加注重制造技術(shù)與管理方法的結(jié)合，運(yùn)用先進(jìn)制造模式或管理技術(shù)來(lái)提升制造系統(tǒng)的績(jī)效水平。通過(guò)流程再造提升效率，減少浪費(fèi)；采用先進(jìn)的協(xié)同生產(chǎn)計(jì)劃方法來(lái)提升對(duì)隨機(jī)動(dòng)態(tài)的市場(chǎng)需求的相應(yīng)能力。

2 研究思路和方法

2.1 教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

對(duì)教學(xué)內(nèi)容重新進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、線上教學(xué)和考試考核四部分，如圖1所示，強(qiáng)調(diào)學(xué)科交叉和跨界融合。在理論教學(xué)環(huán)節(jié)，增加車、銑、鉆、鏜、磨等不同類型的普通機(jī)床及數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)、工藝及傳動(dòng)的教學(xué)學(xué)時(shí)，尤其是機(jī)床與夾具、刀具、工件間的位置關(guān)系，解決原有機(jī)械制造課程的重理論輕應(yīng)用的問(wèn)題。在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)工程訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)室參觀等實(shí)地學(xué)習(xí)，發(fā)布任務(wù)書及實(shí)施方案，采用CAD/CAM/CAPP/CAE/PDM軟件，將機(jī)械、電子、能源、材料、信息等技術(shù)成果，應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、管理、服務(wù)等全生命周期，進(jìn)行工藝路線的制定、工序卡片的繪制及裝配圖、零件圖的設(shè)計(jì)等，知識(shí)體系更加系統(tǒng)化。在線上教學(xué)環(huán)節(jié)，建立了《機(jī)械制造技術(shù)》、《工程訓(xùn)練》、《機(jī)床數(shù)控技術(shù)》等線上資源，如圖2所示。電子資源和教學(xué)課件可以反復(fù)觀看，配合動(dòng)畫更直觀，通過(guò)練習(xí)及習(xí)題，了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。在課程考核環(huán)節(jié)，注重理論聯(lián)系實(shí)踐，分為理論教學(xué)考核部分和實(shí)踐教學(xué)考核部分；對(duì)先進(jìn)裝備、企業(yè)生產(chǎn)方式的掌握。先進(jìn)制造技術(shù)更加注重制造技術(shù)與管理方法的結(jié)合，運(yùn)用先進(jìn)制造模式或管理技術(shù)來(lái)提升制造系統(tǒng)的績(jī)效水平。通過(guò)流程再造提升效率，減少浪費(fèi)；采用先進(jìn)的協(xié)同生產(chǎn)計(jì)劃方法來(lái)提升對(duì)隨機(jī)動(dòng)態(tài)的市場(chǎng)需求的相應(yīng)能力。

重新設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容將機(jī)械制造技術(shù)、工程訓(xùn)練、機(jī)床數(shù)控技術(shù)等理論及實(shí)踐課程內(nèi)容交叉進(jìn)行，課程結(jié)束后學(xué)生可熟練掌握機(jī)械加工工藝過(guò)程，至少掌握2種軟件并熟練操作，畢業(yè)后可直接勝任機(jī)械加工工藝方面的工作。

2.2 教學(xué)方法的創(chuàng)新

改革后的教學(xué)內(nèi)容在于能適應(yīng)機(jī)械工業(yè)發(fā)展的需求，用科技創(chuàng)新帶動(dòng)先進(jìn)制造技術(shù)，用先進(jìn)制造企業(yè)的思維模式指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作。根據(jù)不同的機(jī)械加工工藝方案， 采用智能裝備-3D打印機(jī)將零件加工出來(lái)，通過(guò)對(duì)精度、粗糙度的測(cè)量進(jìn)行比較，得出最優(yōu)的機(jī)械加工工藝方法。培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械行業(yè)相關(guān)的思維能力，為畢業(yè)后工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

新教學(xué)方法通過(guò)對(duì)同一個(gè)零件設(shè)置不同的材料、精度等技術(shù)要求，讓學(xué)生思考分別采用怎樣的加工工藝。同一個(gè)零件，分別放在普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床上加工，工藝路線有何變化？使學(xué)生認(rèn)識(shí)到細(xì)微的差別產(chǎn)生巨大的工藝路線變化，開拓思維，認(rèn)識(shí)到“精雕細(xì)琢方為器”，成為具有創(chuàng)新、精益求精的“大國(guó)工匠”，為社會(huì)主義發(fā)展做貢獻(xiàn)。

新教學(xué)方法采用線上線下結(jié)合的方式，線上以學(xué)生自主學(xué)習(xí)，通過(guò)各種平臺(tái)了解先進(jìn)制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，包括成組技術(shù)、敏捷制造、并行工程、快速成形技術(shù)、虛擬制造技術(shù)、智能制造技術(shù)。掌握機(jī)械加工的一般流程，如何確定工藝路線，如何制定工藝路線等，并將先進(jìn)制造技術(shù)用于工藝設(shè)計(jì)中。教師以線下指導(dǎo)為主，將容易出錯(cuò)的問(wèn)題進(jìn)行分析講解，并讓學(xué)生提出改正方案，使得理論在工程訓(xùn)練實(shí)踐操作中“學(xué)以致用”。也可利用下廠實(shí)習(xí)等實(shí)踐課程，通過(guò)學(xué)生去先進(jìn)制造企業(yè)的參觀學(xué)習(xí)等加深課程理解。

3 案例實(shí)施

以常見的連桿零件為例，材料為45鋼，模鍛件，生產(chǎn)批量為500件，如圖3所示。通過(guò)對(duì)連桿零件分析，制定其工藝路線，繪制工序卡片。

本實(shí)施案例旨在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決機(jī)械加工工藝問(wèn)題的能力，使學(xué)生熟悉和能夠運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)標(biāo)等技術(shù)資料，指導(dǎo)學(xué)生分析零件加工的技術(shù)要求和企業(yè)具備的工藝條件，掌握從事工藝設(shè)計(jì)的方法和步驟。提出“精雕細(xì)琢方為器”的思政要點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、精益求精的“大國(guó)工匠”精神。

具體實(shí)施中，由教師采用講授式、啟發(fā)式、自主探究式教學(xué)方法，先提出本次課程要完成的任務(wù)，讓學(xué)生主動(dòng)思考如何完成本任務(wù)。接下來(lái)通過(guò)案例式教學(xué)，對(duì)連桿零件進(jìn)行精度與批量分析、確定定位方案、確定夾緊方案、繪制工序簡(jiǎn)圖等，在問(wèn)題中一步步得到答案，完成工藝卡片的設(shè)計(jì)，如圖4所示。學(xué)生邊學(xué)邊思考邊擴(kuò)充，課程效果良好。

通過(guò)案例式教學(xué)，學(xué)生感興趣、接受程度高；通過(guò)對(duì)定位的講解，糾正工藝卡片設(shè)計(jì)中容易犯的錯(cuò)誤；繪制工藝卡片的4點(diǎn)注意，嚴(yán)格按照國(guó)標(biāo)進(jìn)行，使學(xué)生在技術(shù)上做到“精雕細(xì)琢”。

4 總結(jié)

構(gòu)建“面向先進(jìn)制造”的機(jī)械加工工藝教學(xué)方法，教學(xué)中采用CAD/CAM軟件，增加數(shù)控機(jī)床的機(jī)械加工工藝；強(qiáng)調(diào)“學(xué)科交叉”和“跨界融合”，將機(jī)械、電子、能源、材料、信息等技術(shù)成果，應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、管理、服務(wù)等全生命周期，知識(shí)體系更加系統(tǒng)化；采用“線上線下”結(jié)合的多元化教學(xué)方式，搭建線上教學(xué)平臺(tái)供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，線下教師指導(dǎo)為主，線上線下結(jié)合使學(xué)生在工程實(shí)踐操作中做到“學(xué)以致用”。

基金項(xiàng)目：全國(guó)金工與工訓(xùn)青年教師教學(xué)方法創(chuàng)新研究項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱：面向先進(jìn)制造的機(jī)械加工工藝教學(xué)改革研究，項(xiàng)目編號(hào)：2022JJGX-WKJY-23。

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