基于工程應用能力培養的先進制造綜合實訓教學改革與實踐

李醫中 都金光 沈曉濱

【摘要】先進制造綜合實訓是工科院校機械相關專業的一項重要的實訓內容，通過該項訓練旨在讓學生能夠綜合運用各項理論知識及專業技能，掌握先進制造技術的內涵、體系結構及發展趨勢，對學生工程應用綜合素質培養具有重要作用。該文以工程教育專業認證要求為背景，遵循“實質等效的原則”，以學生為中心，以成果為導向，以持續改進為常態，結合本校機械類專業實際情況，有機融合各實訓項目，使得學生鞏固并深化了前期課程，為后續專業課學習及畢業后走上工作崗位打下良好的基礎。

【關鍵詞】先進制造綜合實訓教學? 項目驅動? 工程應用

【中圖分類號】G64 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2022）03-0109-03

新時局，新變化，新發展，伴隨著中國綜合國力的提升，本著“不忘初心，牢記使命”的歷史責任感，中國高等工程教育與很多其他領域一樣，具備著由大國變強國的迫切性。內在需求催生變革，為使高等工程教育能夠與國際接軌，使得中國高校培養的工程技術人才能夠得到國際認可，中國于2012年12月正式提出加入華盛頓協議，通過數年努力，于2016年6月成為華盛頓協議正式成員國，這是對中國高等工程教育的認可，中國工程教育標準實現了實質等效。

工程教育認證是“五位一體”的高等教育教學評估體系的重要組成部分。鄭州輕工業大學機電工程學院以工程教育專業認證為契機，結合工程教育認證要求，大膽革新，勇于實踐，加大實訓在學習內容中的占比，增設了先進制造綜合訓練的實訓課程。有針對性地設置實習教學內容，通過軟硬件資源的合理配置，提出以學生為主體的引導式教學方法，大大提高了學生的學習積極性。

實踐教學是高等工程教育的重要環節，不斷深化實踐教學改革，構建有效的實踐教學體系是當前我國高等工程教育改革與發展的關鍵。學生通過一系列的工程實訓，使得所學理論知識與實際對象反復印證，不僅拓寬視野，提升本身的專業素養，而且使得原本所學的理論知識理解更加深入。筆者根據多年工程實踐經驗，基于中國工程教育認證標準即實質等效的要求，考慮全體學生，以學生表現的評價為焦點，根據學生的期望設計實訓內容，以有利于學生達成預期目標為基本原則，以提高學生設計、制造的綜合能力及創新成長為愿景，持續改進，逐步建立與社會需求相接軌的先進制造綜合實訓教學體系。

1.課程教學存在的問題

1.1學生個體的差異性

先進制造綜合實訓是工科院校機械相關專業的一項重要的實訓內容，通過該項訓練讓學生掌握先進制造技術的內涵、體系結構及發展趨勢以及現代設計技術、先進制造工藝技術、制造自動化技術、現代制造管理技術、先進制造模式等。該訓練能開拓學生視野，使學生了解先進制造領域新技術、新工藝、新材料、強化實踐動手能力訓練，掌握數控車、數控銑、微型加工中心、激光切割機、柔性制造系統等典型的先進制造加工方法和組合夾具設計組裝方法。旨在培養學生對物理、化學、電工、液壓、機械等多門課程各種學科知識的綜合應用能力，鞏固并深化前期課程，為后續專業課學習及畢業后走上工作崗位打下良好的基礎。該實訓所包含的知識面較廣，對學生的實踐能力也提出了更高的要求，并且對學生工程知識類資料查閱能力、工程知識綜合分析能力、多類型機床綜合應用能力都提出了較高的要求。

先進制造綜合實訓課程包括基礎工藝知識應用實訓和機床基礎操作實訓，還包括了先進制造中多種綜合管理實訓，如高級排產系統應用實訓、物聯網總線控制系統實訓及生產調度問題分析實訓等實訓環節。在先進制造綜合實訓的整個實訓教學過程中，對學生的整體引導和因材施教是一以貫之，充分考慮學生的個體差異性，如參加實訓學生的個人興趣差異、理論知識掌握差異、實踐動手能力差異以及專升本學生存在的基礎能力及基本專業素養的差異。上述差異確實是客觀存在的，因此，教師在進行實踐性教學模式的創新過程中，應作出充分論證，對設立的實訓項目認真考量，針對不同學生的個體性差異采取個性化教學設計方案，提升學習興趣，進而提升先進制造綜合實訓課程的教學效率與質量。

1.2實訓設備的局限性

先進制造綜合實訓因涉及到先進制造概念，因此，在前期的實訓項目庫設計時，既要對目前先進制造的技術門類進行綜合分析，又需要結合學院實際情況綜合考量，以期高屋建瓴的同時不脫離實際，從而保證實訓的有序開展。以加工中心為例，學院實驗室只有一臺4軸加工中心，與目前一線機械加工類企業5軸加工中心為常態的現狀有一定差距，但是作為精密加工的重要環節，該實訓項目又不能缺席，因此，在項目庫設計時，盡量減少需要5軸聯動的曲面類零件加工。

2.確定先進制造綜合實訓課程訓練方案

教育回歸工程、教學回歸實踐是當代工程教育改革的主流趨勢，先進制造技術的發展革新對當前的工程技術人才提出了新的需求，為有效應對這種需求，先進制造綜合實訓課程的開展就具備了其必要性，為了能夠充分、高效地培養出適應當前先進制造技術要求的人才梯隊，綜合訓練又必須滿足以下基本條件：

2.1基礎篩選

對學院現有的專業課程實驗進行統計分析，對學院現有實驗設備進行分類甄選，對學院教師進行合理調配，結合工程認證具體要求量化細分，綜合考量，反復論證后，對當前能夠支撐先進制造綜合實訓的專業實驗篩選后合理再分配或按需增設新的綜合實驗課程。以我校為例，將原來分散到各專業課程的實驗，如材料、力學、機械設計、機械原理、互換性與技術測量等多門課程的多項實驗內容，經分析每個實驗的原理、特點及目標后，重新排列組合，以多個實驗的相關性、承繼性為基本原則，增設了機械基礎實驗綜合實訓的內容。

2.2目標確立

了解制造技術發展的過程及發展的趨勢，理解先進制造技術的基本概念及內涵，初步形成正確的設計制造理念以及節約資源保護生態環境的意識;培養在工程實踐中應該遵守的職業道德和規范及應履行的責任，培養紀律意識、合作精神和奉獻精神。列舉典型先進制造技術與模式，理解現代設計技術的內涵、體系結構和典型方法;理解制造自動化技術的內涵和發展趨勢，綜合運用所學的基礎知識和操作技能，進一步加強學生的實踐能力，培養學生的創新意識和創新能力。理解機床夾具在機械加工中的重要作用，掌握工件裝夾中的六點到位原理，熟悉定位基準、工序基準、測量基準、設計基準等概念;了解組合夾具的特點，夾具中各種零件結構及功能，學會根據零件的工序工藝要求，設計并組裝該工序加工需要的合理組合夾具。利用CAD/CAM軟件進行構思創作、繪制圖形和編程，理解數控語言;掌握精密加工、特種加工、自動化加工的基本原理、方法，掌握典型加工技術的軟、硬件操作方法;培養學生獨立分析和解決問題的能力，提高學生自主學習的能力;能對實驗結果進行分析，獲得有效實驗數據;能夠條理清晰、邏輯正確地撰寫訓練筆記及實訓報告。

2.3內容選取

選取方法是除去必選實訓項目外，每人可以根據自己興趣適當選取部分實訓項目，進而確定每一位學生本次先進制造綜合實訓的具體內容。具體實訓對象大致分為技術預處理之工藝編制訓練、精密加工技術訓練、特種加工技術訓練、精密測量技術訓練、智能制造技術訓練等幾個類別。對應每一個實訓項目，除了應該明確實訓基本內容和要求，還需要在實訓前明確該實訓項目的重點、難點。

2.4實訓評價

實訓評價由實訓紀律評價、實訓操作評價、實訓報告評價及最終實訓答辯評價組成，總分采用百分制，各分項得到分數按權重計入總分值。總評成績90～100分為優秀，80～89分為良好，70～79分為中等，60～69分為及格，60分以下為不及格。單個訓練評定成績規格化處理后若低于0.5，總評成績為不及格。

3.先進制造綜合實訓課程教學改革實踐

先進制造綜合實訓是我校機電工程學院因應工程認證體系要求，積極變革，為增加學生工程實踐能力開設的一門重要課程，實訓教學體系涉及制造技術預處理（工藝編制）、精密切削、特種加工、精密測量、智能制造等5大方面，共包含15個實訓項目，如圖1所示。本實訓課程，專業基礎強，多門課程交叉覆蓋，極大地鍛煉了學生綜合工程實踐能力。

為了因材施教，充分考慮全體學生，經與課程組教師多次討論并結合多年的實踐教學經驗，先進制造綜合實訓采用了“項目負責制”的教學改革實踐方法。項目的設立采用項目庫預選和項目自定義（需經過指導教師審核）兩種方式，需明確的是：項目選題主要來源于學生的自主設計或大學生創新創業項目及各類機械創新大賽的比賽項目等，之后由課題組教師確定項目具體要求，最后由學生自由編組組成項目組共同完成該項目的設計與加工制造。實訓要求整個項目的開發研究實踐過程中能夠讓學生全程參與進來，目的是使學生親歷產品設計、生產準備、加工制造及產品測試的具體過程，加強學生對多學科知識的理解和應用能力，促進學生對學科知識的掌握，鍛煉學生對工程一線的適應性，以期逐步達到基本預期。

每個項目由一個項目組負責（3～5名同學組成一個項目，設組長1名），首先確定實訓任務，即確定研發產品的任務書、任務具體分工、工藝路線確定、研發時間節點確定等;其次是產品制造加工;最后是檢查考核并完成研發資料歸檔等，實訓基本流程如圖2所示。

在整個實訓過程中，要求各項目組成員積極交流，團結協作，按照確定的時間節點保質保量地完成自己的任務，最后才能完成整個產品的開發，只有這樣，各目標節點逐步達成，最后才能夠以成果的形式展現自己的任務完成度。

4.結語

基于工程應用能力培養的先進制造綜合實訓教學，更加貼合目前一線工程技術人員的實際工況，并且以目標驅動模式引導學生主動學習，提升了學生學習興趣，提高了學生的學習過程參與度，彰顯了學生的個性特點。通過本實訓項目的完成，既穩固了多學科的知識，又強化了學生關于學科間知識的聯系，并通過學生自己親力親為的實踐，使得學生本身的想法得以在實踐中求證。因此，不僅有效培養了參加實訓學生的基礎能力，而且進一步提高了學生解決相關專業問題的綜合素質。

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作者簡介：

李醫中（1983年-），鄭州輕工業大學機電工程學院工程師，碩士，研究方向為機械工程。

都金光（1984年-），鄭州輕工業大學機電工程學院副教授，博士，研究方向為機械工程。

沈曉濱（1965年-），鄭州輕工業大學機電工程學院高級實驗師，研究方向為機械工程。