智能制造背景下的機械制造裝備設計課程教學改革與探索

王洪亮 云介平 趙千里

摘? 要：在智能制造背景下，為了全面提升工程教育人才培養的質量，適應新工科教育對人才培養的定位，本文依托常州工學院智能制造重點產業學院，緊緊圍繞長三角地區裝備制造產業的需求，通過對機械制造裝備設計課程教學現狀的分析，找出了教學中存在的一些不足，將智能制造、理論教學和實踐教學有機結合起來，進行了一系列的教學改革。近三年的教學改革實踐表明，機械制造裝備設計課程教學改革取得了顯著成效，有效提高了教學質量，增強了學生的工程能力和創新能力。

關鍵詞：機械制造裝備設計;智能制造;教學改革;探索

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2021）11-0130-02

高端裝備制造產業是江蘇省十大戰略性新興產業之一，是常州的支柱性產業，常州智能裝備制造產業集群已入選國家戰略性新興產業集群。智能制造是中國“中國制造2025”的主攻點，著力于數字化技術、系統集成技術和智能制造裝備的應用 [1]，智能裝備制造業的發展離不開大批高層次相關人才的支撐。機械制造裝備設計作為機械設計及自動化專業學生必修的一門重要專業課程，是培養面向智能制造方向人才的重要環節。

目前，針對機械制造裝備設計課程的教學改革，樊榮、徐學林、孫富建等人從課程知識結構設計、實施項目教學法和基于實踐觀摩的教學方法等方面進行了實踐與探索 [2-4]。馬可等結合“中國制造2025”對機械制造裝備人才的新需求，提出應適時更新教材內容，建立以學生為中心的教學理念，積極改進教學方法 [5]。

課程的傳統教學內容以機床和夾具設計為主，智能控制系統、工業機器人及自動化成套生產線等關鍵智能裝備制造設計涉及較少，理論與實踐脫節較為嚴重，教學過程枯燥乏味。學校智能制造實訓的設備不足，智能制造相關專業的教師資源比較匱乏，導致智能制造方向的人才培養不能滿足國家戰略發展和行業成長需求 [6]。因此，為了更好地培養學生掌握適應智能裝備制造要求的工程實踐和技術創新能力，使學生在畢業后能迅速適應當前智能裝備制造產業日新月異的發展，機械制造裝備設計課程的教學改革已迫在眉睫。

一、機械制造裝備設計課程教學現狀

目前，課程在教學過程中存在的主要問題有：（1）教師在機床設計、夾具設計等諸多章節的教學過程中，為了趕進度，照本宣科進行授課，學生也僅僅停留在掌握基本理論知識的層面上;（2）現行的課程內容是在傳統機械裝備制造設計知識體系的基礎上，沿用傳統的教學理念和教學方法。從分配的學時看，主要講解金屬切削機床設計和物流傳輸系統設計，已被列入“中國制造2025”優先發展的高端數控機床和工業機器人等內容的學時偏少;（3）課程的教學方法單一，理論教學與實踐教學脫節嚴重，基于智能制造背景下的機械制造裝備設計網絡課程、微課、慕課等現代化教學資源匱乏，配套教學的教案、習題，實踐平臺等教學資源不足，難以滿足學生創新能力的培養。課程的考核還停留在答卷考試的模式上，題目一般都是關于傳統機床設計的理論知識;（4）該課程在授課過程中，選用的教材理論性強，缺乏應用性和特色，而且教材內容滯后，缺乏創新性和實踐性;（5）師資隊伍中“雙師型”教師匱乏，授課教師缺少講授該課程所需的實踐經驗，尤其是缺乏智能制造裝備設計的相關工作經歷。

二、機械制造裝備設計課程教學改革與探索

（一）構建面向智能制造的課程理論教學體系

1. 優化理論教學內容

本文針對機械設計制造及其自動化專業的培養目標，結合長三角地區裝備制造產業的人才需求，對已畢業的在裝備制造企業就業的學生進行調研，獲取合理的“知識點”，根據“知識點”對教學內容進行重組和優化，將教學內容分為4個部分：（1）傳統加工設備的基本組成及設計，如機床的總體設計、傳動系統設計及主要零部件的設計等;（2）機械工藝裝備的設計，主要研究對象為刀具、夾具等;（3）智能機械裝備的設計，主要研究對象為工業機器人、柔性制造系統等;（4）輔助裝備的設計。先講述前兩個部分的內容，讓學生打好基本功。后兩個部分的內容結合目前智能制造背景下智能裝備制造方面的發展前沿，借助常州“智能制造名城”的產業優勢，將智能裝備制造企業相關產品的設計、制造、檢測等過程與課程相融合。

2. 轉變課堂教學方法和手段

按照“專業認證+產教融合”雙驅動的專業人才培養模式，積極推廣“任務驅動項目導向教學法”。通過智能制造產業的任務驅動和項目導向的教學新方法，促進課程內容與產業技術發展銜接、教學過程與企業生產過程對接、人才培養與產業需求融合。積極推進“翻轉課堂”等新形態教學手段改革。利用學校智慧教室資源，集成課件、視頻、知識要點和參考文獻等資料，建立在線課程，采用課程講授、實例分析等教學方式，重點培養學生的動手能力、分析問題和解決問題的能力。

3. 推進網絡教學

基于真實工程項目，共同進行機械制造裝備設計數字課程、在線課程等教學資源的開發和建設，將教材中缺失的最新發展動態等內容及時補充到網絡課程中來。創立機械制造裝備設計課程的微信公眾號，推送內容涵蓋各章節的重要知識點、智能裝備機械制造的加工工藝技巧、常見問題解答等，學生關注公眾號后可隨時閱覽相關知識。公眾號還可以定期推送國內外的前沿文獻和相關視頻，作為學生課后的知識補充。

（二）構建面向智能制造的課程實踐教學體系

以智能制造產業學院校企雙平臺為支撐，以項目為引領，融課程學習、創新創業訓練和競賽、校企技術攻關和新產品研發于一體，構建“學用研創”一體化課程體系。充分利用項目化產教融合課程，依托產業學院的資源和資金優勢，引導學生參與智能裝備制造的項目研發、實際案例訓練和創新創業訓練等，培養學生的科學態度、工程理念、創新意識和交叉學科知識。

校企共建智能制造實訓基地，把智能制造產業相關前沿技術融入相關實驗、實習教學。校企合作探索滿足產教融合需求的實驗、實習教學模式，推行面向企業真實生產環境的任務式培養模式。借助學校現有機床實訓基礎，結合典型零部件的機械加工工藝，通過機器人、立體倉庫、數控加工、AGV運輸等技術手段構建柔性可重構智能制造生產線，實現上料、加工、下料、檢測、裝配等全過程自動化生產。在此基礎上，全力打造基于VE2（Visual Engineering and Education）的全場景智能制造可適應規劃仿真平臺，學生運用平臺可以全面模擬體驗智能制造產業的設計、仿真、演練等過程，使得工業場景再現，有效提升學生對智能制造環境的應用能力。

（三）建立多元化課程考核評價機制

長期以來，機械制造裝備設計課程考核都是以期末考試為主，平時成績為輔，期末考試以考查理論知識為主，平時成績由日常考勤和課外練習題成績組成。學生易形成輕實踐、重理論的不良習慣。為此，筆者在本課程的教學過程中，采用了以“N+1”為主線的學生成績考核評價體系?！癗”代表過程性考核內容（包括微信公眾號平臺隨堂測試、凝練1～2項諸如柔性制造系統的小課題實踐報告、期中檢查、課程設計成績、作業等過程性考核），“1”代表期末考試，期中“N”的比例不低于40%且N≥3。由此改變了以往單獨一張試卷定分數的考核辦法，強調實踐能力，注重過程性、研討性、應用性評價和考核。

（四）建設“雙師雙能型”教師隊伍

一是按照“一課雙師”的模式，聘請智能裝備制造企業的高級工程技術專家為產業教授或雙創導師，擔任課程的部分教學工作，為學生介紹如現代數控等技術知識，引入企業工業機器人等實際應用案例;二是依托智能制造產業學院的資源和資金優勢，建立高素質雙師型教師培養培訓基地，引導教師參與相關智能裝備制造的項目研發、實際案例訓練和專業增值培訓等;三是落實“雙師雙能型工程”，完善授課教師知識、能力評價標準體系，接軌智能裝備制造技術前沿，組織相關授課教師去企業的一線參觀學習，豐富生產實踐知識。

三、結語

教學改革實踐表明，機械制造裝備設計課程教學改革取得了顯著成效，培養了學生的綜合素質，增強了學生的動手能力和創新意識。

參考文獻：

[1] 王海濤，梅雪松，許睦旬，等. 智能制造背景下專業類實驗室建設與人才培養[J]. 實驗室研究與探索，2019，38（10）：270-272+302.

[2] 樊榮，張秀全. 《機械制造裝備設計》理論與實踐一體化教學模式探索[J]. 教育現代化，2018，5（23）：111-113.

[3] 徐學林. 在《機械制造裝備設計》課程中實施項目教學法的研究[J]. 教育現代化，2019，6（67）：182-183.

[4] 孫富建，蘇飛. 基于實踐觀摩的機械制造裝備設計教學方法研究[J]. 教育教學論壇，2018（43）：171-173.

[5] 馬可，苑明海，張靜輝. 面向中國制造2025的機械制造裝備設計方法探討[J]. 價值工程，2018，37（20）：248-250.

[6] 陳冰，李時春. 面向智能制造的機械工程專業人才培養探究[J]. 機械職業教育，2018（01）：23-25.

（責任編輯：淳潔）