機械設計制造及其自動化專業實踐體驗課程探索

彭寶營 劉國慶 王鵬家

10.3969/j.issn.1671-489X.2022.03.136

摘 要 在新工科背景下，傳統的機械設計制造及其自動化專業受到巨大沖擊。為此，探索開設文獻檢索與學科導引實踐體驗課程。文獻檢索環節，通過學習報告寫作的形式鍛煉學生的文獻查閱和科技報告寫作能力。學科導引環節，通過完成個性化零件設計、加工，使學生快速了解計算機輔助設計、計算機輔助制造、數控加工整個過程。文獻檢索寫作與學科導引相結合，可以有效提高機械類學生的學習興趣和基本能力。

關鍵詞 實踐體驗課程；文獻檢索；學科導引；機械設計

制造及其自動化

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）03-0136-03

0 引言

機械設計制造及其自動化專業歷史悠久[1]，作為典型工科專業，該專業涉及數學、力學、機械設計、機械制造、計算機科學、自動化等學科，實踐性極強，在國民經濟中處于極其重要的地位，對其他技術領域起著支撐性作用，是各行業的基礎。進入新世紀以來，我國工業化的發展進程加快，為實現從制造大國向制造強國邁進，急需大量機械設計制造及其自動化專業人才[2]。然而，隨著高校對轉專業的日益開放，不斷降低門檻，機械相關專業受到巨大的沖擊，普遍存在學生大量流失現象，學生大量流入金融、經管等管理類專業或計算機、通信等熱門工科專業[3]。此外，還有部分學生流入機器人工程及智能制造工程等新興專業。

究其原因，一方面是專業課程難度大、實踐性極強，目前本專業教師很難做到理論與實踐結合[4]，課程中實際動手機會少，造成學生普遍覺得課堂講授內容如空中樓閣、難以理解和運用；另一方面是人工智能技術、信息技術人才薪資待遇高，對傳統工科專業學生影響很大。基于新工科理念的機械設計制造及其自動化專業的培養體系仍不成熟，迫切需要改進完善。

科技文獻檢索與寫作是機械設計制造及其自動化專業學生的基礎能力[5]。考慮到相當一部分大一學生文獻查閱及科技報告寫作能力較弱，因此，在機械設計制造及其自動化專業大一下學期，進行為期兩周的文獻檢索與學科導引綜合性實踐體驗，通過成果導向[6]，使學生熟悉本專業基本實踐環節，同時了解相關專業文獻信息資源的獲取渠道，具備報告撰寫與整理的能力。

1 機械設計制造及其自動化專業實踐體驗

課程構成

1.1 實踐體驗課基本內涵

機械設計制造及其自動化專業實踐體驗課是在大一新生入學后開展兩周的文獻檢索與學科導引類課程，是一個獨立實踐環節。通過文獻檢索、報告撰寫、計算機輔助設計、計算機輔助制造及數控加工實踐等環節的學習，獲得進行三維建模及數控加工、文獻檢索及撰寫的初步能力，使學生對機械學科產生興趣，為后續的專業課程學習做好準備。

在文獻檢索與科技報告寫作方面，通過教師的講解，學生以智能制造為主題，進行文獻檢索與學習報告書寫。在實踐環節方面，學生通過學習與討論，選取某一零件，并根據該零件的二維圖紙完成三維造型設計。在教師的指導下，選取刀具、加工路線、進給量等工藝參數，獲得CAM數控加工程序自動編程的初步能力。實踐體驗課程成績比例構成如表1所示。

1.2 實踐體驗課程目標

通過課程設置，使學生初步具備科技文獻檢索和寫作能力，形成對三維建模與制造技術等智能制造初步理解，使學生對機械工程裝備產生興趣。課程具體目標如下。

課程目標1：了解和掌握科技文獻檢索的意義和基本方法。

課程目標2：通過查閱國內外文獻資料，進行文獻綜述、分析，培養學生科技報告的撰寫能力。

課程目標3：通過查閱國內外文獻，使學生了解智能制造領域科技前沿的發展趨勢、研究熱點，并關注其發展方向，培養學生關注科技前沿發展的意識。

課程目標4：培養學生在機械設計、制造方面的方案設計和可行性分析能力。結合已有理論知識和加工設備，擬定三維建模及自動數控加工的初始設計方案，并對不同設計方案作出可行性評價。

課程目標5：通過實踐體驗，對CAD/CAM形成初步認識，倡導學以致用，培養學生創新實踐能力以及運用專業知識解決技術問題的綜合能力。

課程目標6：掌握CAD/CAM軟件的基本使用方法，通過三維建模及自動數控加工過程，認識到自主和終身學習的必要性，培養學生的科技創新意識、自主創業能力以及自主學習的能力。

機械設計制造及其自動化專業實踐體驗課教學內容提要與基本要求對應如表2所示。

2 機械設計制造及其自動化專業實踐體驗

課程實施及效果

2.1 科技文獻檢索及寫作的實施

針對機械類大一學生的特點，在科技文獻檢索模塊首先進行科技文獻排版編輯練習，之后講授科技論文的特點、作用，科技論文寫作過程中的選題、資料檢索、表達方式及語言的運用、表達規范，以及學術論文的寫作與發表。重點講授學習報告、畢業設計報告及學位論文的工作開展方法、論文撰寫要求與論文答辯等內容。

實施階段，以智能制造為核心，將學習報告劃分成20個左右的題目，由學生自由挑選。科技文獻檢索及寫作，授課時間為兩天，學習報告撰寫由學生利用課后時間完成。學習報告寫作完成后，授課教師對每位學生的學習報告進行逐一點評，使學生認識到自身存在的問題并及時改正。

2.2 學科導引訓練的實施

目前市場上CAD/CAM軟件較多，考慮到市場占有率及CAD軟件與CAM軟件的兼容情況，實踐環節的計算機輔助設計軟件選擇SolidWorks軟件，該軟件是現代三維機械設計的國際主流軟件，具有界面友好、上手簡單等特點，在航空、航天、鐵道、兵器、模具、汽車、醫療器械三維機械設計領域應用廣泛[7]。

UG NX是集CAD、CAM、CAE功能于一體的三維參數化軟件，是當今比較先進的計算機輔助設計、分析和制造的高端軟件，被廣泛應用于航空、航天、汽車、輪船、通用機械和電子等工業領域。該軟件產生于美國麥道飛機公司，是飛機零件數控加工首選編程工具[8]。UG NX計算機輔助制造模塊與SolidWorks兼容性較好，在CAM領域處于領先的地位。

加工設備采用桌面型數控銑床，如圖1所示。桌面型數控銑床采用全封閉加透明有機玻璃結構、鑄鐵材料鑄造，采用高精度研磨滾珠絲桿，搭載工業級數控系統，可加工鐵、銅、鋁、塑料、有機玻璃等材料，操作安全，便于學生實踐操作。在實施過程中，學生自由選擇零件設計方案、加工方案、裝卡方案，并判斷方案的合理性和可行性，由教師檢查確認。

2.3 實踐體驗課程效果

通過課程實施，絕大部分學生在文獻檢索、寫作方面的能力得到大幅提升。大部分學生掌握了科技報告中、英文文獻查詢途徑，能夠根據模板和要求進行標題、正文、參考文獻的編輯和排版，效果較好。在實踐環節，學生能夠根據教師提供的學習視頻和參考書籍，實現簡單零件的三維建模及數控加工，部分加工結果如圖2所示。

3 結論

通過對機械設計制造及其自動化專業大一學生開設綜合實踐體驗課，使得大部分學生具備了科技文獻檢索和寫作的初步能力。與實踐環節的結合，使得學生快速體驗到三維建模、CAM軟件自動編程、數控加工的整個流程，大幅提高了學生對機械設計制造及其自動化專業的興趣，課程的多處鋪墊也為后續專業課程的開設提供了基礎。

參考文獻

[1] 曹進華，方亮.機械設計制造及其自動化專業歷史

沿革與發展展望[J].大學教育，2021（6）：62-64.

[2] 馮建俊.機械設計制造及其自動化專業的現狀反思

與前景展望[J].湖北農機化，2020（3）：71.

[3] 顏士偉，施毅寧，蔡銘，等.轉專業學生的發展性

研究[J].科教導刊，2018（15）：19-21.

[4] 賈振元，孫偉，王殿龍，等.高等院校機械工程專業

青年教師工程實踐能力培養的探索和實踐[J].教育

教學論壇，2013（8）：35-37.

[5] 朱強，陳江義.機械工程“文獻檢索課”教學創新

探索[J].教育教學論壇，2012（31）：177-179.

[6] 解芳，蔡廣宇，李陽，等.基于成果導向的機械類

《專業導論與文獻檢索》課程目標達成度評價[J].

才智，2018（24）：124，126.

[7] 張忠將，李敏.SolidWorks2010機械設計從入門到

精通[M].北京：機械工業出版社，2011.

[8] 展迪優.UGNX10.0數控加工完全學習手冊[M].北

京：機械工業出版社，2016.

*項目來源：教育部產學合作協同育人項目（201902168012）。

作者：彭寶營，北京信息科技大學機電工程學院，副教授，研究方向為數控技術與裝備；劉國慶、王鵬家，北京信息科技大學機電工程學院（100192）。