《先進(jìn)制造與智能制造技術(shù)》教學(xué)內(nèi)容的改革案例設(shè)計(jì)

朱麗娜，岳 文，唐云龍，佘丁順

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）工程技術(shù)學(xué)院，北京 100083）

0 引言

2015年，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略，這是我國(guó)關(guān)于實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的第一個(gè)十年行動(dòng)綱領(lǐng)。其核心是加快推進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、提質(zhì)增效，實(shí)現(xiàn)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，這標(biāo)志著我國(guó)的制造行業(yè)要向著更加先進(jìn)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、服務(wù)化的方向發(fā)展[1]。

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，是創(chuàng)新的主戰(zhàn)場(chǎng)。智能制造體系下，產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的周期大大縮短，產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量性能大幅度提升，因而對(duì)機(jī)械工程技術(shù)人員的綜合素質(zhì)和能力需求也相應(yīng)提高[2]。需要推進(jìn)教學(xué)方法改革，讓學(xué)生在有限的學(xué)制內(nèi)獲得更寬、更深、更新的知識(shí)，落實(shí)先進(jìn)制造和智能制造專業(yè)領(lǐng)域要求的工程人才需要具備的解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的培養(yǎng)[3]。

因此，本文將以先進(jìn)制造與智能制造為背景，探討如何將機(jī)械工程專業(yè)的《先進(jìn)制造與智能制造技術(shù)》課程進(jìn)行改革，從而培養(yǎng)出更加符合先進(jìn)制造和智能制造專業(yè)領(lǐng)域要求的機(jī)械工程人才。

1 現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，《先進(jìn)制造與智能制造技術(shù)》課程內(nèi)容主要包括智能制造的背景介紹、基本概念、框架體系以及關(guān)鍵技術(shù)等。在授課過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于智能制造內(nèi)容較于寬泛、抽象，且教材本身對(duì)概念和知識(shí)點(diǎn)闡述不深，缺少實(shí)際的教學(xué)案例，在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不足。由于興趣不足，有很多學(xué)生上課不認(rèn)真聽講，到考前了才臨時(shí)抱佛腳，死記硬背，甚至根本不理解書本上的知識(shí)，因此很難應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中去。為此，提出對(duì)《先進(jìn)制造與智能制造技術(shù)》課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革。結(jié)合當(dāng)前的課題研究?jī)?nèi)容，將智能制造領(lǐng)域的前沿動(dòng)態(tài)引入課堂，讓學(xué)生深刻感受到科技的魅力，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情和探索的動(dòng)力。

2 面向先進(jìn)制造與智能制造的教學(xué)內(nèi)容改革

2.1 校企合作，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人

為保證人才培養(yǎng)質(zhì)量，適應(yīng)快速發(fā)展的智能制造科技革新，在《先進(jìn)制造與智能制造技術(shù)》本科專業(yè)課程的教學(xué)質(zhì)量方面應(yīng)有效地利用企業(yè)的資源，實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程與企業(yè)需求的有機(jī)結(jié)合，完成理論知識(shí)與實(shí)踐能力的有效轉(zhuǎn)換，從而提升課程的產(chǎn)業(yè)價(jià)值，進(jìn)而提高學(xué)生的綜合職業(yè)能力[4]。通過(guò)校企雙方在“智能制造”領(lǐng)域的緊密合作，開展《先進(jìn)制造與智能制造技術(shù)》本科專業(yè)課程改革，可為高校的“智能制造”類人才培養(yǎng)改革，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量奠定良好基礎(chǔ)。

2.2 完善教學(xué)方法，優(yōu)化考核方式

好的教學(xué)內(nèi)容加上合理的教學(xué)方法，才能夠?qū)⒔虒W(xué)效果發(fā)揮到極致，兩者缺一不可[5]。《先進(jìn)制造與智能制造技術(shù)》作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)方向的一門核心專業(yè)課程，其重要性不言而喻。該課程屬于跨學(xué)科、多學(xué)科的學(xué)科交叉融合的教學(xué)，概念和術(shù)語(yǔ)較多，先進(jìn)技術(shù)多。由于涉及不同的學(xué)科領(lǐng)域，容易造成學(xué)生在知識(shí)理解上產(chǎn)生困難。

初步探索《先進(jìn)制造與智能制造技術(shù)》課程采用線上與線下混合式教學(xué)改革[6-8]。對(duì)于基礎(chǔ)性的知識(shí)，學(xué)生較容易理解，通過(guò)線上自學(xué)就能夠很好地掌握。但對(duì)于教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，則需要在線下進(jìn)行教學(xué)。首先，借助通俗易懂的語(yǔ)言，讓學(xué)生對(duì)該術(shù)語(yǔ)或技術(shù)初步建立概念的淺層理解；其次，通過(guò)圖片、視頻等較為直觀形象的形式展示給學(xué)生，加深學(xué)生對(duì)概念深層次的理解，并使學(xué)生能夠建立濃厚的學(xué)習(xí)興趣。對(duì)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)部分采用“剝洋蔥”式法進(jìn)行逐層分解，將重點(diǎn)和難點(diǎn)講深、講透[5]。因此，進(jìn)行《先進(jìn)制造與智能制造技術(shù)》課程的線上與線下相結(jié)合的教學(xué)模式改革，學(xué)生可以線上自學(xué)較為簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)知識(shí)，線下結(jié)合學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心與企業(yè)的設(shè)備和平臺(tái)開展教學(xué)活動(dòng)，完成重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容以及關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的精講，使學(xué)生在這些教學(xué)活動(dòng)中能夠深刻地理解知識(shí)內(nèi)涵、鍛煉自己的能力，達(dá)到高階的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

《先進(jìn)制造與智能制造技術(shù)》課程目前采用平時(shí)成績(jī)、期末筆試成績(jī)加權(quán)的考評(píng)方式。平時(shí)成績(jī)占40%，包含出勤情況、課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)成績(jī)和期中測(cè)試成績(jī)，四部分各占10%；期末筆試成績(jī)占60%。隨著線上線下混合式教學(xué)模式的推進(jìn)，將出勤情況、課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)成績(jī)由線上學(xué)習(xí)成績(jī)代替，包括視頻的學(xué)習(xí)及相關(guān)問(wèn)題的討論情況。成績(jī)通過(guò)小組自評(píng)、小組互評(píng)、老師打分的形式確定，最終成績(jī)?nèi)∪叩钠骄帧Ｆ谀┛荚囍爸攸c(diǎn)考查的是教材中需要死記硬背的基礎(chǔ)知識(shí)，改革后增加一些分析型的題目，即針對(duì)某個(gè)實(shí)際的產(chǎn)品，應(yīng)用哪種制造技術(shù)來(lái)進(jìn)行加工制造。

改革后的考核方式能夠更好地考察學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況。平時(shí)的線上學(xué)習(xí)成績(jī)主要考察學(xué)生的自學(xué)能力，而期末考試則主要考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。線上成績(jī)+期末考試構(gòu)成的評(píng)價(jià)體系是對(duì)學(xué)生知識(shí)和能力的綜合考察，符合新時(shí)代科學(xué)育人的原則。

2.3 增加激光刻蝕智能加工的案例

結(jié)合本人的課題研究方向，向?qū)W生介紹激光刻蝕智能加工的案例。首先，給學(xué)生講解大自然中存在的“荷葉效應(yīng)”。無(wú)論人們何時(shí)看到荷葉，它的葉子總是整潔干凈的，這是因?yàn)楹扇~的表面具有許多低表面能的蠟質(zhì)微/納米級(jí)的多重乳突狀結(jié)構(gòu)。即使荷葉上黏附了灰塵、污泥等，在經(jīng)過(guò)一場(chǎng)雨之后，滾動(dòng)的水珠便能將這些污漬帶走，使荷葉潔凈如初，達(dá)到自我清潔的效果，這就是荷葉能夠“出淤泥而不染”的原因。荷葉效應(yīng)的本質(zhì)是超疏水現(xiàn)象，那么再給學(xué)生講解超疏水的定義：當(dāng)水滴在物體表面的接觸角達(dá)到150°到180°之間，并且水滴在該物體表面的滾動(dòng)角低于10°時(shí)，則稱該物體表面具有超疏水性。接著給學(xué)生講解利用先進(jìn)的激光刻蝕智能加工技術(shù)能夠人工制造出“類荷葉”的微納米粗糙結(jié)構(gòu)。利用圖片和視頻的形式向?qū)W生展示激光刻蝕加工的過(guò)程，并介紹超疏水材料在實(shí)際生活中的應(yīng)用實(shí)例，如制造出具有超疏水自清潔功能的聚酯雨衣、雨篷及衣物面料等；制造出防止戶外設(shè)備積雪的超疏水涂層材料；制造出微液滴控制針頭，使得在實(shí)驗(yàn)或者生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)液體滴加計(jì)量能夠精確控制等。通過(guò)以上的講解，使學(xué)生能夠?qū)す饪涛g智能加工技術(shù)有全面的了解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

3 結(jié)論

為保證人才培養(yǎng)質(zhì)量，適應(yīng)快速發(fā)展的智能制造科技革新，必須對(duì)課程內(nèi)容及教學(xué)方法進(jìn)行改革。教學(xué)方面：進(jìn)行線上與線下相結(jié)合的教學(xué)模式改革，學(xué)生線上自學(xué)較為簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)知識(shí)，線下采用“剝洋蔥式”的教學(xué)方法進(jìn)行重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容的講解。內(nèi)容方面：增加激光刻蝕智能加工的案例，結(jié)合筆者當(dāng)前的課題研究?jī)?nèi)容，將激光刻蝕智能制造領(lǐng)域的前沿動(dòng)態(tài)引入課堂，讓學(xué)生深刻感受科技的魅力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情和探索的動(dòng)力。