智能制造背景下機械制造及自動化專業課程教學改革與實踐

岳 鵬

（天津工業職業學院，天津 300400）

0 引言

2015年5 月，國家提出“國制造2025”戰略。作為直轄市的天津，積極參與中國制造2025，基于“中國制造2025”打造天津市先進制造技術基地，促進產業轉型升級，針對制造類企業、行業，提出解決主要問題具體對策建議，打造天津市先進制造研發基地[1]。這些行動使天津市制造業在近10年產業升級改造后處于國家先進行列。

“中國制造2025”要求培養的復合型人才要具備創新能力、綠色能力和應用轉換能力[2]。高職教育培養的學生應該是專業理論夠用，生產技術操作熟練和組織能力強的復合型人才。

1 專業現狀與崗位能力需求分析

1.1 專業建設現狀

高職院校作為培養復合型人才的主要教育基地，在機械制造業向智能制造轉型升級的時代，天津工業職業學院現有的傳統專業課程，其設置的培養專業技術技能型人才，與現在制造業升級轉型過程中所需要的人才要求有脫節的現象。但是，隨著企業加工工藝的更新、技術的改進及產品升級換代的產業轉型升級要求，人才培養也要保證培養目標精準，能力要求匹配。

1.2 區域人才需求

天津工業職業學院坐落于天津市北辰區，區域內集聚高端裝備制造、現代醫藥、新能源新材料、新一代信息技術四大主導產業。北辰區以完備的產業體系為基礎，以智造賦能高質量發展，推動“北辰制造”向“北辰智造”轉變，從生產設備和生產流程發力，通過持續創新提升了企業整體的智能化水平，在制造智能化方面，打造貫穿生產全過程的智能化管理系統，實現了每一道工序可視化，使得每個鏈接工序之間的流轉更加快速。

用人單位招聘學生主要關注以下幾點：學習成績、工作實習經歷、個人綜合素質與個人修養，學生具備責任心、學習能力強、敬業精神。對于溝通能力強、愛崗敬業、專業知識扎實的學生更受企業的歡迎。

1.3 崗位能力要求

企業崗位多數集中在設備裝配工、繪圖、智能化設備操作、設備操作工、產品檢測、工藝員等崗位。在部分企業調研中，現場維護要求具有數據收集、管理能力和精益化管理軟件使用能力。主要崗位包括：設備裝配工、操作工、產品檢測、工藝員、繪圖員等。

學院應培養機械生產制造領域，能從事機械設備操作及維護、產品造型設計、零件工藝編制與加工、產品的質量控制、設備裝及與銷售、生產線管理等工作的高素質技術技能人才。

2 機制專業課程教學模式創新

2.1 課程體系建設

立足天津市機械裝備制造業對人才技術技能要求，培養思想政治立場堅定、德才兼備、掌握機械加工等知識和技術技能，面向裝備制造領域的高素質勞動者和技術技能人才。

根據高職學生的認知規律和職業能力的養成規律，搭建“三層次”能力進階的課程體系。其中“三層次”能力是指：專業基本能力（包括基本繪圖、零件普通加工、機械零件檢測、零件基本結構分析）；專業核心能力（包括機械零件結構設計、工藝編制、機械零件精密檢測、機械零件結構優化、零件數字化設計）；專業綜合能力（包括現代制造裝備的使用、機械設備的維護保養等綜合制造能力），見圖1所示。

圖1 “三層次”課程體系

“三層次”專業技能課程主要包括：工程材料與熱處理、機械制圖與CAD、機械制造工藝與實施、機械結構設計、公差配合與精度檢測、電工與電子技術、液壓與氣動系統應用與維修、數控編程及加工技術、機電設備維修與維護、機械產品數字化設計、電氣控制與PLC、先進制造技術、零件測繪、機械產品建模實訓、工程創新實踐等。

通過專業課程中增加創新設計項目，使學生了解機械產品制造全過程。通過三層次課程的學習，采用現代學徒試點班教學，引進企業導師到校授課，將企業職業標準、行業技術技能標準融入到課程中，使學生對企業真實崗位的實際情況有一定的了解，將企業真實案例融入到專業課程當中，采用任務完成的形式，作為學生學習的主要載體。通過在校學習的基礎，最終引導學生到校企合作企業實習工作，進行針對性較強的頂崗實習，培養復合型技術技能人才。

2.2 創新項目階梯遞進訓練

通過專業課程增加創新設計項目，具體的應用性技術項目——纏繞機設備為載體，圍繞機械制造與自動化專業課程開發了“小型纏繞設備”產品設計流程，即產品項目，使學生了解機械產品制造全過程。

將濱海新區城市的文化特征、精神特征、地域特征融合到以城市整體形象設計中，通過歸納整理提取出代表元素，并運用圖形和文字相結合進行設計表現，并且將多元素重組應用在城市形象相關的設計中，構成由平面到立體的濱海新區城市品牌形象。地域文化元素以城市VI設計、環境公共設施設計、城市景觀設計等為載體，體現地域文化特色，使人們在多重設計中感受、體驗濱海新區文化。特色明確的城市品牌形象可以增加人們的認知和識別度，從而擴大城市影響力和知名度。

2.2.1 創新任務選擇

在選擇創新項目中，選擇典型企業產品——小型纏繞機產品設計為依托，進行機械結構的設計、機械圖紙繪制、機械制造工藝的編制、數控程序編制、產品造型設計、機床電氣回路設計、機械產品的安裝與調試等課程的設計。小型纏繞機產品設計對應的任務及課程見表1。

表1 小型纏繞機設備任務設計

2.2.2 創新任務融入課程

通過在不同課程中融入創新設計內容，選取班級采用“立典型任務，增課程設計”，將與創新項目相關的內容，以課程設計、專題講座、第二課堂、生產實踐等方式融入相關課程的教學中。

小型纏繞機設備教學設計表如下表示，通過不同任務的教學要求，采用不同教學方式，最終學生以任務成果的形式展示，提高學生學習興趣。整個過程以通過典型工作任務，將纏繞機項目融入課程教學。

任務包括：纏繞機圖紙設計、纏繞機零部件工藝的編制、零件加工——數控程序編制、電路安裝調試、產品的安裝與調試、產品造型設計。纏繞機具體教學任務參見表2。

表2 纏繞機教學任務設計

2.3 “三段式”階梯遞進任務

在纏繞機項目中，每個任務都有相應的子任務，子任務設計要按照能力遞進規律，從簡單到復雜來設計教學內容。“三段式”：初學階段、掌握階段、提升階段。在初學階段，了解本任務要解決的問題，任務中對應的重要知識點。掌握階段，學生應對要完成的任務需要解決的問題非常清晰，能對提出的問題有針對性的解決。提升階段，熟練掌握該任務要求，提出解決方案并實施。

以纏繞機設備任務為例，選擇其中“纏繞機零部件工藝的編制”任務，開展階梯遞進式教學。在該任務中，針對“三段式”任務階梯式教學，設計了3個子任務，分別為：銷軸零件工藝編制、臺階軸零件工藝編制、光滑軸工藝編制。其中，臺階軸為纏繞機設備中主機內的實際零件，其流程如下：

試讀典型零件圖紙-分析零件圖紙-機加工工藝與裝備-制定零件加工工藝方案-產品質量檢測。

臺階軸的加工工藝制定是根據企業實際產品纏繞機上所用零件所設計的一個學習子任務，通過學習銷軸、臺階軸、光滑軸，完成軸類零件加工工藝裝備的選擇及加工工藝方案的制定。從初級到進階，反復訓練的同時難度提升，學習難度螺旋上升，提升學生學習效果。

2.4 教學資源建設

專業課程進行顆粒化資源的打造，包括文本、圖形、課件、動畫、虛擬仿真、微課視頻、實訓視頻等。同時可將顆粒化資源進行整合，建設立體化教材，搭建課程平臺，為教學提供標準資源。

（1）線上、線下混合式學習模式

基于信息化手段在專業課程中的應用實施與研究，實現學生主體和可定制的學習模式創新，突出以學生為主體，改變了教師在教學中的角色和地位，有效地提高學生學習興趣。

（2）教學資源的整合

搭建的教學平臺要適合混合式學習模式，對學生而言，能夠自主學習，也可進行小組互助，師生互動的協作式的學習，對教師而言，能夠分層教學來實現教學過程。顆粒化的教學資源的通過網絡平臺完成整合，為教學提供標準資源。

（3）測評系統和考核評價系統

網絡平臺系統會記錄學生知識點訪問、論壇交流統計及學習進度情況。在線考試系統可自動評分并導出錯題，方便學生自我管理、自我提高。加大了過程性評價所占的比重，減小了總結性評價所占的比重，使對學生的最終評價回歸自然，正常反映學生的學習方法和效果，有效提高了學生各方面的素質和能力[4]。

2.5 專業實訓基地建設

學院對校內教學實訓基地進行建設，擴建具有實際生產加工能力的實訓中心，實訓中心由數控機床和工業機器人等設備構成的可以實現對機械產品的智能自動化加工，可以使學生對當今現代機械制造領域的先進技術有一個全新的認識，亦可承接社會企業機械產品的加工任務，對企業員工進行培訓、鑒定等。建立工業造型設計實訓中心，可完成包括CAD/CAM實訓室，數字化產品造型設計，數控仿真實訓室，工業產品設計與造型等實訓任務。培養學生熟悉產品造型設計、產品開發流程，具備創新能力。

3 結語

智能制造背景下，高職院校機械制造及自動化專業應按照企業崗位能力要求重新整合，是適應智能制造業的發展需求的，也是未來企業轉型下所需崗位的要求。根據高職學生的認知規律和職業能力的養成規律，搭建智能制造背景下的“三層次”能力進階的課程體系。課程教學內容設計“三段式”階梯遞進項目，從初級到進階，反復訓練的同時難度提升，學習難度螺旋上升，提升學生學習效果。專業從以上幾個方面展開課程改革，有效起到提升綜合教學質量的作用，有利于高職院校培養出更多的機制專業高端人才。