機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)教學(xué)的改革實(shí)踐

楊樂

（東北大學(xué)秦皇島分校，河北 秦皇島066000）

一、改革實(shí)踐教學(xué)體系內(nèi)容

機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)主要培養(yǎng)在工業(yè)生產(chǎn)第一線從事機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計、制造、技術(shù)應(yīng)用與運(yùn)行管理等方面的復(fù)合型工程技術(shù)人才。在教學(xué)理念上，應(yīng)以知識為基礎(chǔ)，能力為重點(diǎn)，將知識與能力教育協(xié)調(diào)展開。因此，培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)人才的實(shí)踐能力是重點(diǎn)，須改變傳統(tǒng)的教學(xué)理念，創(chuàng)新思維，改革實(shí)踐教學(xué)體系。在教學(xué)改革實(shí)踐中，加強(qiáng)基礎(chǔ)理論知識與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合[1]。在教學(xué)過程中綜合考慮學(xué)生在學(xué)習(xí)方面相關(guān)的興趣愛好，增設(shè)實(shí)踐課程，使學(xué)生的創(chuàng)新能力及學(xué)習(xí)能力得到全方位提升。在增強(qiáng)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)理論知識的基礎(chǔ)上，為學(xué)生增加更多與專業(yè)有關(guān)的實(shí)踐機(jī)會。

依據(jù)綜合實(shí)踐、實(shí)驗教學(xué)、實(shí)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)的走向，圖1的改革實(shí)踐體系呈現(xiàn)出該專業(yè)教學(xué)的實(shí)踐改革模式。

全部教學(xué)環(huán)節(jié)中，該改革體系可使學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力緊密聯(lián)系，依據(jù)“實(shí)際、實(shí)干、實(shí)地、實(shí)效”四個方向體現(xiàn)實(shí)踐改革教學(xué)體系優(yōu)勢[2]。為確保各個實(shí)踐教學(xué)改革環(huán)節(jié)具備清晰的技能、能力與方法培訓(xùn)要求，需將教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際密切相連，即“實(shí)際”；在教學(xué)條件與要求上，確保指導(dǎo)教師到位、學(xué)生動手，即“實(shí)干”；為培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)工程環(huán)境下的工作能力并提高素質(zhì)，需在實(shí)驗室、實(shí)訓(xùn)中心與校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地中完成全部實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，即“實(shí)地”；為保證每次實(shí)踐教學(xué)活動均有實(shí)際收獲，教師需依據(jù)實(shí)踐性質(zhì)和評價標(biāo)準(zhǔn)，對學(xué)生提交的各項實(shí)驗、實(shí)訓(xùn)、設(shè)計及設(shè)計作業(yè)（成果）進(jìn)行認(rèn)真批閱與點(diǎn)評，即“實(shí)效”。例如在“CAD/CAM和數(shù)控加工綜合訓(xùn)練”中，若要依據(jù)最終上交合格的零件與規(guī)范實(shí)踐報告獲取綜合實(shí)踐成績，就需學(xué)生掌握零件的三維造型、自動編程、數(shù)控加工、加工質(zhì)量檢測與分析。

（一）綜合實(shí)踐改革

機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)的綜合實(shí)踐是影響該專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要因素，綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)也可以延伸與補(bǔ)充基礎(chǔ)理論知識課程。傳統(tǒng)高職院校的機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)教學(xué)里，基本以加強(qiáng)學(xué)生基礎(chǔ)理論知識為主，綜合實(shí)踐改革后則以加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計性、綜合性、操作性為主。高職院校需考慮該專業(yè)的特點(diǎn)與實(shí)際教學(xué)需求，為該專業(yè)擴(kuò)充不同的實(shí)踐課程，依據(jù)差異教學(xué)需求使設(shè)計的實(shí)驗教學(xué)環(huán)節(jié)具備功能性、專業(yè)性。在每個教學(xué)環(huán)節(jié)中增加專業(yè)性以及綜合實(shí)踐課程內(nèi)容。為擴(kuò)展學(xué)生專業(yè)知識視野、優(yōu)化培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，就要鼓勵學(xué)生對專業(yè)內(nèi)自己感興趣的內(nèi)容與專業(yè)的擴(kuò)展內(nèi)容開展深入研究。

圖1 改革實(shí)踐教學(xué)教學(xué)體系框圖

（二）實(shí)驗教學(xué)改革

提高機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力與綜合能力的有效途徑是改革實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計具備開放性、創(chuàng)新性的實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容，前提是必須與機(jī)械設(shè)計制造及自動化課程基礎(chǔ)理論知識相關(guān)。實(shí)驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師只需負(fù)責(zé)引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗，學(xué)生按照教師規(guī)定的實(shí)驗題目，遵循自己的想法獨(dú)自設(shè)計和專業(yè)課程有關(guān)的實(shí)驗方案，根據(jù)自己設(shè)計的方案尋找所需的實(shí)驗器材，實(shí)驗報告獨(dú)自分析完成。根據(jù)所設(shè)計的實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容，最大程度地呈現(xiàn)學(xué)生教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中的主體性。

1.增加開放性與創(chuàng)新性實(shí)驗教學(xué)

在實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容方面增設(shè)開放性的實(shí)驗教學(xué)，前提是學(xué)生要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識與良好的操作技能。因此，在實(shí)際教學(xué)時，有關(guān)學(xué)生的操作能力和基礎(chǔ)理論知識方面，教師要不斷進(jìn)行引領(lǐng)與指導(dǎo)，確保開放性實(shí)驗的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)可最大程度地達(dá)到預(yù)期效果。

創(chuàng)新性實(shí)驗教學(xué)是以工程實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，著重培養(yǎng)工程基本知識與實(shí)踐能力。在實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容方面，要注意減少驗證性實(shí)驗，增加創(chuàng)新性實(shí)驗。在創(chuàng)新性實(shí)驗教學(xué)設(shè)計中，增加了單獨(dú)實(shí)驗課程、CAD/CAM綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)與學(xué)生課外創(chuàng)新活動。創(chuàng)新性實(shí)驗?zāi)K構(gòu)成如圖2所示。

機(jī)械制造技術(shù)教學(xué)是學(xué)習(xí)機(jī)械類專業(yè)知識的基礎(chǔ)，其中包含金屬切削原理與刀具設(shè)計、機(jī)械制造工藝、互換性及技術(shù)測量等方面的知識。CAD/CAM技術(shù)教學(xué)是零件從設(shè)計到制造集成過程的教學(xué)，其中包含CAD/CAM軟件的設(shè)計與制造功能。數(shù)控機(jī)床原理與結(jié)構(gòu)教學(xué)是運(yùn)動軌跡設(shè)計方法與數(shù)控機(jī)床每個部分結(jié)構(gòu)等方面的知識教學(xué)，其中包含傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床和現(xiàn)代開放式結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成、工作原理、控制原理，步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)的工作原理、調(diào)速原理。數(shù)控機(jī)床編程與操作教學(xué)是數(shù)控機(jī)床編程的基本知識、數(shù)控加工的工藝分析及處理、數(shù)控刀具的選用、典型數(shù)控系統(tǒng)的編程指令含義、機(jī)床操作方法、手工編程和自動編程方法等知識的教學(xué)。電氣控制技術(shù)教學(xué)是電氣控制的基本知識、傳感檢測知識、液壓和氣壓傳動等知識的教學(xué)。數(shù)控機(jī)床開發(fā)與設(shè)計教學(xué)是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械設(shè)計與數(shù)控系統(tǒng)的電氣設(shè)計、開放式數(shù)控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計和樹精系統(tǒng)的開發(fā)等知識的教學(xué)。

對此，要進(jìn)一步完善實(shí)驗課程環(huán)節(jié)與實(shí)驗內(nèi)容，在工程訓(xùn)練實(shí)驗里增設(shè)課外輔導(dǎo)性實(shí)驗，將教師指導(dǎo)為主改成教師指導(dǎo)為輔，主要由學(xué)生參與實(shí)驗。在實(shí)驗教學(xué)過程中添加電教設(shè)備，通過進(jìn)行多媒體教學(xué)、實(shí)驗教學(xué)、儀器設(shè)備等實(shí)現(xiàn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理，擁有多媒體開放實(shí)驗教學(xué)的軟硬件環(huán)境，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化手段的實(shí)驗。采用“注重基礎(chǔ)、重視能力、爭取創(chuàng)新”原則，增強(qiáng)學(xué)生科研精神、創(chuàng)新意識與實(shí)驗?zāi)芰Α?/p>

2.自主研制實(shí)驗器材

機(jī)械設(shè)計及自動化、機(jī)械制造及自動化兩個方向的課程均屬于機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)。根據(jù)學(xué)生實(shí)踐能力在專業(yè)方面的要求不一樣，學(xué)校自行研究與制作兩套綜合實(shí)訓(xùn)平臺，其中包括機(jī)械加工工藝綜合訓(xùn)練平臺與光機(jī)電氣一體化綜合實(shí)訓(xùn)平臺。

機(jī)械加工工藝綜合訓(xùn)練平臺可以加強(qiáng)學(xué)生對機(jī)械加工工藝相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的理解，主要包括實(shí)驗教學(xué)、實(shí)習(xí)以及畢業(yè)設(shè)計等內(nèi)容。光機(jī)電氣一體化綜合實(shí)訓(xùn)平臺可以開展開放式、項目式實(shí)踐教學(xué)，將多學(xué)科知識集于一體，其中包括機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計算機(jī)等學(xué)科，完成從設(shè)計到系統(tǒng)調(diào)試等內(nèi)容的工程實(shí)踐。

通過自主研制的綜合實(shí)訓(xùn)平臺，增加多種綜合性實(shí)驗與設(shè)計性實(shí)驗，使實(shí)驗教學(xué)的綜合性、設(shè)計性得到提升，同時加強(qiáng)實(shí)驗教學(xué)的生動性，能夠?qū)I(yè)課程基礎(chǔ)理論知識教學(xué)與實(shí)驗課程實(shí)踐教學(xué)結(jié)合到一起，使理論知識能夠在實(shí)踐中應(yīng)用，實(shí)驗教學(xué)成果得到顯著提升。自主研制實(shí)驗器材，在提升學(xué)校教師教學(xué)水平的同時也能提升學(xué)生創(chuàng)新能力。學(xué)生對實(shí)驗課程產(chǎn)生興趣，有利于對專業(yè)基礎(chǔ)理論知識加深印象，增強(qiáng)其在實(shí)驗教學(xué)環(huán)節(jié)中的積極性與主動性，使學(xué)生的實(shí)踐能力、科研能力與創(chuàng)新能力得到提升。

（三）學(xué)生實(shí)習(xí)改革

根據(jù)該專業(yè)特點(diǎn)，與大中型企業(yè)簽訂產(chǎn)、學(xué)、研、用合作合同，構(gòu)建校企合作實(shí)踐教學(xué)基地，包括高校和生產(chǎn)現(xiàn)場基地。校企合作實(shí)踐教學(xué)基地如圖3所示。

在實(shí)踐過程里漸漸形成并不斷完善“雙參三聯(lián)合”的運(yùn)作機(jī)制，即：企業(yè)在教育學(xué)生基礎(chǔ)理論知識時可以參與其中；企業(yè)生產(chǎn)時學(xué)生可以參與其中；教學(xué)策略由學(xué)校與企業(yè)聯(lián)合制定，聯(lián)合開展實(shí)習(xí)教學(xué)。通過這種運(yùn)作機(jī)制，將單一封閉的校園教育融合到大的工程環(huán)境中，直接將專業(yè)課程內(nèi)容融入到現(xiàn)代化生產(chǎn)中，并使其具有動態(tài)的與生產(chǎn)同步的功能。

這種運(yùn)作機(jī)制在運(yùn)行時采用行之有效的產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合的教學(xué)方法，包括生產(chǎn)現(xiàn)場教學(xué)、生產(chǎn)現(xiàn)場畢業(yè)實(shí)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)生工程訓(xùn)練與整體素質(zhì)培養(yǎng)。建立一種監(jiān)控制度，可以聯(lián)合檢查現(xiàn)場教學(xué)質(zhì)量，聘用企業(yè)相關(guān)人員對學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)進(jìn)行評價。注重對畢業(yè)生的跟蹤與信息反饋，了解企業(yè)對人才培養(yǎng)質(zhì)量的反饋，逐漸完善人才培養(yǎng)目標(biāo)與教學(xué)體系。

學(xué)生在生產(chǎn)學(xué)習(xí)與畢業(yè)實(shí)習(xí)中，通過生產(chǎn)勞動跟班和專題考查相組合的方法，對企業(yè)生產(chǎn)過程中存在的問題進(jìn)行現(xiàn)場分析與檢測，在工程應(yīng)用方面使學(xué)生能夠有親身的感受。

（三）畢業(yè)設(shè)計改革

畢業(yè)設(shè)計在實(shí)踐教學(xué)改革中很重要，學(xué)生可以將學(xué)到的基本理論知識與技能結(jié)合，在出現(xiàn)實(shí)際問題時能夠快速解決。近幾年畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量開始不斷降低[3]，這一問題中包含選題準(zhǔn)確性不高、設(shè)計方案無法實(shí)施、設(shè)計圖紙有問題、抄襲、說明書不規(guī)范等現(xiàn)象。提升畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量的前提是對畢業(yè)設(shè)計的所有過程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控[4]。因此，通過畢業(yè)設(shè)計改革，完善畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量監(jiān)控方式，依據(jù)不同規(guī)定，強(qiáng)化對不同教學(xué)環(huán)節(jié)過程的管理，使畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量得到提高。

1.監(jiān)控前期質(zhì)量

畢業(yè)生準(zhǔn)入監(jiān)控。畢業(yè)前補(bǔ)考經(jīng)常在畢業(yè)設(shè)計期間出現(xiàn)，部分學(xué)生補(bǔ)考科目多至9門，還有補(bǔ)考科目超過9門的學(xué)生，形成補(bǔ)考復(fù)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計爭搶時間的局面，導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計時間減少。畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)所制定的規(guī)定，能夠了解學(xué)生對于基礎(chǔ)知識、理論知識和實(shí)踐環(huán)節(jié)的掌握程度，嚴(yán)格把控入口關(guān)，在最后一學(xué)期結(jié)束后，基礎(chǔ)知識理論課與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不及格課程總數(shù)少于5門（包括5門）的學(xué)生，需以書面申請的形式，綜合考慮課程重修和畢業(yè)設(shè)計的時間問題，并獨(dú)自制定相關(guān)計劃，指導(dǎo)教師同意該計劃后可以進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，需一年以后重新開始畢業(yè)設(shè)計的學(xué)生是超過4門不及格課程的學(xué)生。

指導(dǎo)教師準(zhǔn)入監(jiān)控。指導(dǎo)教師是開展指導(dǎo)、檢查與管理學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的主體。教師職稱為講師及以上級別同時具備相關(guān)工作經(jīng)驗者可以作為指導(dǎo)教師。按照指導(dǎo)教師的不同知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行分組，使指導(dǎo)教師形成數(shù)個指導(dǎo)小組，每個指導(dǎo)小組要有兩個以上的教師組成，便于實(shí)施綜合性的畢業(yè)設(shè)計課題。

選題監(jiān)控。畢業(yè)設(shè)計選題基于綜合性、實(shí)用性和量力性原則開展。綜合性原則應(yīng)確保畢業(yè)設(shè)計滿足該專業(yè)對人才的綜合培養(yǎng)要求，所選的設(shè)計題目以機(jī)械制造為主，還要涉及該專業(yè)的應(yīng)用技術(shù)，同時綜合現(xiàn)代以及傳統(tǒng)設(shè)計手段確保機(jī)、電、控、液或氣結(jié)合在一起。實(shí)用性原則指遵循相關(guān)要求開展畢業(yè)設(shè)計工作，例如有關(guān)機(jī)械制造類的相關(guān)說明書要超過2.2萬字，4張A0圖以上的繪圖量（包含一張A0手繪圖），確保具有精確的工作成果。先進(jìn)性原則指一人一題的選題原則，每年替換一半以上的題目。量力性原則指選題在實(shí)際環(huán)境里能夠?qū)嵤枰獙⒈镜亟虒W(xué)、本單位教學(xué)、實(shí)驗建設(shè)、科研、技術(shù)開發(fā)項目相結(jié)合。

教師指導(dǎo)學(xué)生的數(shù)量基本少于9人，這樣能確保教師具有充足的精力，可以對每個學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。

2.監(jiān)控中期質(zhì)量

中期質(zhì)量監(jiān)控是指對學(xué)生正式開始運(yùn)行畢業(yè)設(shè)計過程的監(jiān)控。在完成畢業(yè)設(shè)計過程中，有些學(xué)生不能將全部精力放在畢業(yè)設(shè)計上，原因是需要尋找工作單位，初試考研成功的學(xué)生要花費(fèi)精力在復(fù)試與調(diào)劑等方面。解決方法如下：（1）提早了解畢業(yè)課題，需要學(xué)生提前一個學(xué)期聯(lián)系好指導(dǎo)教師；（2）指導(dǎo)教師需要確保有充足的時間，一個星期最少能見一次學(xué)生，每次時間要超過3小時，指導(dǎo)教師每周都需檢查學(xué)生畢業(yè)設(shè)計進(jìn)程；（3）避免學(xué)生請假時間過長，保證在校畢業(yè)設(shè)計時間超過11周；（4）時間過去一半時完成中期監(jiān)測，例如機(jī)械制造類課題，時間過半要求圖紙與說明書等完成一半。中期檢查時沒有完成任務(wù)的學(xué)生且在校畢業(yè)設(shè)計時間少于5周的，需要延后一個半月答辯。

3.監(jiān)控后期質(zhì)量

完成畢業(yè)設(shè)計時，對于完成后的情況展開評價性監(jiān)控就是后期質(zhì)量監(jiān)控。（1）答辯前畢業(yè)設(shè)計監(jiān)控。學(xué)校重點(diǎn)查看學(xué)生是否根據(jù)學(xué)校制定的規(guī)則完成畢業(yè)設(shè)計；最終畢業(yè)設(shè)計是否合格，其中包含設(shè)備圖紙是否合格、根據(jù)現(xiàn)場演示實(shí)驗結(jié)果查看實(shí)驗數(shù)據(jù)是否嚴(yán)謹(jǐn)；根據(jù)工作日志和出勤情況查看學(xué)生是否具有答辯資格。滿足這些要求的學(xué)生擁有答辯資格，不滿足這些條件的學(xué)生延后一個半月答辯。（2）答辯過程監(jiān)控。全部答辯過程中都需有評估督導(dǎo)處和學(xué)校答辯委員會等成員進(jìn)行檢查與指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)并解決問題。出色的畢業(yè)設(shè)計會在公開答辯中產(chǎn)生，通過指導(dǎo)教師以及學(xué)生兩種推薦方式產(chǎn)生公開答辯的名單，答辯委員會經(jīng)過學(xué)校畢業(yè)設(shè)計委員會聘用校內(nèi)外專家構(gòu)成并開始公開答辯。答辯不合格的學(xué)生可以修正畢業(yè)設(shè)計，在一個月后進(jìn)行二次答辯。