以綜合實踐能力培養為導向的設計與制造類課程融合建設研究

苗淑杰 徐莉 劉春香

摘 要：本文根據工程教育專業認證的“成果導向”理念， 針對當前機械類專業教學中存在的設計和制造類課程之間相對獨立設置的問題，提出了設計與制造類課程實踐教學融合建設的思路。圍繞機械產品設計和制造主線，突出設計制造能力培養設置理論教學內容。以培養學生知識綜合應用能力和工程實踐能力為導向，以真實工程環境為依托，通過項目化實踐教學的5個階段，即方案設計、零部件結構設計、典型零件工藝設計、零件加工、精度檢測分析及組裝，實施機械類專業設計和制造類課程實踐教學的融合，實現設計與制造系統化、完整化的綜合實踐教學建設。

關鍵詞：機械類專業設計與制造類課程課程融合建設 綜合實踐能力 項目化教學

Research on Integrated Construction of Design and Manufacturing Courses Guided by the Cultivation of Comprehensive Practical Ability

MIAO Shujie ?XU Li ?LIU Chunxiang

（College of Mechanical and Electrical Engineering， Heilongjiang Institute of Technology， Harbin， Heilongjiang Province， 150030 China）

Abstract：According to the "results-oriented" concept of engineering education certification， this paper puts forward the idea of integrating practical teaching of design and manufacturing courses in view of the relatively independent setting of design and manufacturing courses in the current teaching of mechanical majors.Focus on the main line of mechanical product design and manufacturing， the theoretical teaching content of design and manufacturing ability training is highlighted. Guided by cultivating students' comprehensive knowledge application ability and engineering practice ability， relying on the real engineering environment， the project practice teaching is divided into five stages： Scheme design， component structure design， typical component process design， component processing， precision testing and analysis and assembly are integrated into the practical teaching of mechanical design and manufacturing courses to achieve a complete integrated practice teaching of design and manufacturing.

Key Words： Mechanical majors; Design and manufacturing courses; Curriculum integration construction; Comprehensive practical ability; Project teaching

機械類專業教學包括機械設計和機械制造兩大核心內容。如筆者在《機械類專業設計與制造類課程的融合建設》一文中提到的，目前，機械類專業設計與制造類課程之間存在彼此相對獨立設置的問題。設計與制造類課程教學內容相脫節，導致學生對知識的掌握是零散的，對設計完成的零部件是否有良好的加工工藝性、是否滿足裝配要求和精度要求等缺乏認知和體驗，理論指導工程實踐能力和動手能力欠缺，解決工程問題的能力較弱，設計與制造類各課程內容無法做到融會貫通、靈活應用，缺乏知識和實踐能力的綜合訓練與培養[1][2]。

為了強化工程實踐教育，提升工程教育質量，深化學生的知識綜合運用能力、工程實踐能力以及創新意識，使得工程教育人才培養適應實際生產的需求，我國高等教育開展了本科工程教育專業認證工作。工程教育認證體現了“成果導向”“以學生為中心”和“持續改進”3個基本理念，其核心理念是以產出為導向，以學生為中心設計實施教學活動[3]。為此，機械類專業應以培養學生設計和制造綜合實踐能力為主線，優化課程體系，加強工程綜合實踐能力訓練和培養。

1 機械類專業設計與制造類課程建設思路

機械類專業教學實踐性很強，對學生既要注重基礎理論、基礎知識和基本技能的培養，還要注重面向工程的基本思維和基本能力的養成。應以工程為引導，以知識獲取能力、工程實踐能力培養為核心，強調教與學相結合、理論與實踐相結合、教學與工程相結合的培養方式，強化學習與應用融合。

學生需同時具備設計與制造兩方面的知識和實踐能力，其應具備的工程實踐能力及達成的教學支撐見圖1[4]。

理論教學環節遵循教育教學規律，基本以學科要求設置課程，以夠用為度優化課程教學內容，圍繞機械產品設計和制造主線，突出設計和制造的基本知識、基本原理、基本方法及基本過程等教學內容，強調知識的應用。

實踐教學環節在學生已經具備一定的設計和制造方面專業知識的基礎上，實施設計類和制造類實踐教學融合的綜合實踐訓練教學。以真實工程環境為依托，采用項目化工程案例教學形式，把計算機繪圖、機械方案設計、機械結構設計、工藝設計、加工制造、精度測量等內容融合入項目中，實施機械產品從設計—制造—精度檢驗—組裝的生產流程全過程實踐教學模式，實現設計與制造系統化、完整化實踐教學，強化培養學生的知識整合能力、綜合知識應用能力，提高學生對機械產品的設計和制造的整體認識。

2 機械類專業設計與制造類課程融合建設實施

2.1設計與制造類課程理論教學

針對機械類專業學生應具備的設計和制造方面的工程實踐能力，首先需要學生掌握制圖和工程設計表達、方案設計、材料分析和選擇、結構設計和分析校核、精度設計和測量、加工工藝設計和制造等專業基礎知識。因此，在設計制造融合實踐教學環節開設前，要有足夠的理論知識來支撐，需要先學習相應的理論課程，以獲取相應的機械產品設計和制造的基本知識與技能。

通過機械制圖課程的學習，掌握投影、國家標準、機件的表達、標準件常用件等知識，培養學生的識圖、制圖及設計表達能力;通過工程力學課程的學習，掌握運動學及動力學分析計算，桿件的內力、應力分析及強度、剛度計算等知識和理論，培養學生對機械工程問題進行受力、運動等方面的分析及對桿件進行設計計算的能力;通過互換性與技術測量課程的學習，掌握標準、機械零件的尺寸精度、幾何精度和表面粗糙度的選用及標注，現代測量技術等知識，培養學生機械精度設計及技術測量能力;通過工程材料及成形技術基礎課程的學習，掌握機械工程材料、組織結構、性能，熱處理工藝、成形工藝等知識，培養學生合理選材，制定經濟合理的熱處理工藝及成形工藝的能力;通過機械原理課程的學習，掌握機械原理的基本知識、常用機構的設計原理及方法、機械動力學基礎等知識，培養學生機械系統傳動方案設計及可行性分析能力;通過機械設計課程的學習，掌握傳動零件、軸系零部件、連接件等通用零部件的設計理論和設計方法知識，培養學生通用機械零部件或簡單機械設計及工作能力分析的能力;通過金屬切削機床與刀具課程的學習，掌握金屬切削原理、刀具及機床設備等知識，培養學生零件加工的能力;通過機械制造工藝學課程的學習，掌握機械制造工藝、機床夾具設計、機械加工精度、機械加工表面質量及機械裝配工藝等知識，培養學生機械加工工藝規程設計及機床夾具設計能力。

教學中，精簡各理論課程教學內容，刪除重復內容，對于實踐性較強或結合實物易于理解的內容，如工程材料及成形技術基礎課程中熱加工零件毛坯制造部分的基本知識，金屬切削機床與刀具和機械制造工藝學課程中有關金屬切削刀具、加工設備、機械加工工藝及夾具結構設計等方面基本知識，適合于現場講授的內容盡量安排在實習中講解。

2.2以實踐能力培養為導向的設計與制造類課程融合的綜合實踐教學

綜合實踐教學即將兩門或兩門以上的實踐課程合并在一起，融合各門課程的主要教學內容，形成綜合實踐訓練的教學模式，以便學生系統、全面、綜合地掌握專業知識技能。綜合實踐教學融合原傳統的教學內容有：機械原理課程設計、機械設計課程設計、機械制造工藝課程設計及機械制造工藝實習，還增加了精度測量分析內容。

在進行綜合實踐教學前，需完成計算機輔助設計和工程訓練實踐技能訓練。通過計算機輔助設計實踐教學，培養學生應用CAD軟件表達機械結構的能力，為后續設計機械結構儲備技能;通過工程訓練實踐教學對典型產品的制造加工過程，使學生了解零件加工方法和工藝過程，培養學生加工操作技能，為后續零件工藝設計及加工奠定實踐基礎。

在綜合實踐教學中，按照專業人才培養目標，堅持成果導向教育理念，以設計制造能力培養為主線，運用、整合所學的知識和技能，交互融合理論教學與實踐教學，使學生得到逐步遞進式的產品構思、設計、實現、運行的全過程系統性綜合訓練[5]。

2.2.1項目實踐教學的任務要求

在進行綜合實踐教學前，需向學生布置詳細的工作任務。項目選擇實際工程機械，如產品包裝生產線、輸送線布料裝置、分度沖壓機、曲柄壓力機、顎式破碎機、絞肉機、提升機、抽油機等。學生需完成項目的方案設計、零部件結構設計、典型零件工藝設計及加工、精度檢測分析、組裝、技術文件編寫等綜合性的設計制造內容。

2.2.2項目實踐教學實施

按照機械產品設計制造的生產過程，項目實踐教學分為如下幾個階段進行。

第一階段：方案設計。學生以組為單位，分別完成任務書中上述不同的項目案例的機械方案設計。進行機構選型和組合，研究運動形式的變換，并對機構進行結構分析和性能比較，根據機械的用途、功能、工藝要求及機構運動規律要求，確定設計方案，繪制方案的機構運動簡圖，編寫設計說明書。培養學生初步的方案設計能力。

第二階段：零部件結構設計。從第一階段設計的方案中，選擇1個或2個典型部件，如變速器、減速器等完成結構設計。運用機械設計原理和方法，依據工作技術要求，選用標準和規范，進行電動機選擇、部件及其中零件的尺寸設計計算和結構設計，應用CAD等軟件繪制裝配圖及部分典型零件工作圖，編寫設計說明書。培養學生初步的簡單機械裝置設計能力。

第三階段：典型零件工藝設計。從第二階段設計的部件結構中，選擇已完成設計的2個具有配合關系的典型零件，如齒輪和軸、連桿和軸等完成工藝設計。運用機械制造的基本理論和方法，分析零件的加工工藝要求，設計機械零件加工工藝規程，編寫工藝過程卡片及工序卡片，編寫設計說明書。培養學生初步的工藝設計能力。

第四階段：零件加工。在校工程訓練中心完成第三階段工藝設計的典型零件的加工制造，將設計的零件實物化。按照零件設計的加工工藝及經過工程訓練所掌握的裝備操作技能和零件加工方法，合理選擇零件加工的設備和工具，根據零件的尺寸、結構形狀及精度要求，加工出滿足設計要求的零件。培養學生按工藝要求加工零件的操作技能和解決現場工藝問題的能力，增強學生對零件設計結果的直觀感性認識。

第五階段：精度檢測分析及組裝。根據第四階段加工零件的測量指標，完成尺寸精度測量。合理選用計量器具，根據零件精度的測量技術方法，結合零件的尺寸及尺寸精度、幾何精度、表面粗糙度等設計要求，對已經加工完成的具有配合關系的兩零件進行精度檢測，并對測量結果數據進行判定，是否滿足設計指標要求。對精度測量合格的軸、孔零件進行配合組裝，其結果可能會出現滿足配合公差要求的合格加工件和不滿足配合公差要求的不合格加工件兩種情況。出現配合公差不合格的情況原因有兩種：一種是軸、孔配合公差設計不合理;另一種是軸、孔配合公差設計合理，但零件設計中尺寸公差與配合公差標準不一致。因此，最后要求學生對精度測量不滿足設計指標要求的不合格數據及不滿足配合公差要求的不合格軸、孔加工件進行問題分析，找出問題出現的原因和環節，是設計階段還是加工階段，提出修改方法或措施，做出改進分析報告。培養學生機械精度技術測量、數據分析處理及解決產品質量問題的能力。

通過設計與制造相融合的綜合實踐教學，將教學場地從教室擴展到工程訓練車間及實驗室，讓工程教育回歸工程實踐[6]。實踐能力的培養貫穿于項目教學全過程，避免了“紙上談兵”，切實培養學生求真務實的精神，增強學生產品設計的責任感，有效檢驗學生設計與加工的合理性。

2.3教學環節進程安排

根據設計與制造類課程先修與后續課程之間的相互支撐關系，各教學環節進程安排及支撐情況如圖2所示。

3 教學建設需進一步完善之處

為了更好地實施課程建設，有些問題需要進一步完善。

（1）修改專業人才培養方案，從頂層設計優化實踐教學體系，設置課程融合的綜合實踐教學環節。

（2）改善實踐教學條件，加大對零件加工基礎設施的投入力度，增加設備的種類和臺套數。

（3）加強教師與工程訓練中心指導教師的協調配合，共同參與實踐教學的全過程。

（4）如有條件，可以在項目中融入電氣控制部分內容，實現設計、制造、控制類課程相融合的機電一體化綜合實踐課程建設[7]。

（5）形成開放式的工程實踐訓練模式。項目最好延伸到企業，學生可以體驗企業真實的生產環境，感受企業工程文化。

4 結語

設計與制造類課程融合改革建設中，重點對傳統的實踐課程進行了重新整合，以綜合工程實踐能力培養為主線重構實踐課程體系。以機械工程項目教學為導向，建立新的開放式工程實踐訓練模式，學生自主完成項目的構思、設計、實現等完整的設計制造過程，符合機械類專業人才培養需求。

參考文獻

[1]苗淑杰，馬慧良，孟兆生.機械類專業設計與制造類課程的融合建設[J].中國冶金教育，2020（3）：81-83.

[2]田普建，葛正浩，趙雪妮.融合性教學在機械類人才培養中的探索與實踐[J].教育教學論壇，2019（15）：156-157.

[3]周龍，景大雷.工程教育認證背景下機械專業實踐教學體系建設[J].實驗室科學，2020，23（1）：71-74.

[4]李 儉，唐茂.以創新能力培養為導向的機械類專業實踐課程改革研究[J].教育與教學研究，2012（11）：87-88，115.

[5]覃曉.中職《機械基礎》課程項目化設計與教學實踐[D].桂林：廣西師范大學，2021.

[6]劉樹青，賈茜，宗亞妹.基于產教融合的應用型本科項目化課程改革探究[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2020（4）：32-34.

[7]楊新剛，劉鴻雁，呼剛義，等.機械專業機電一體化綜合實踐課教學模式探索[J].高等工程教育研究，2021（5）：88-93.