基于東莞制造的先進(jìn)制造技術(shù)教學(xué)淺談

宋菊青 王翀 盧文娟 張玉勛

東莞理工學(xué)院 廣東東莞 523808

1 教學(xué)背景分析

先進(jìn)制造技術(shù)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程等機(jī)械類專業(yè)的選修課，主要講授先進(jìn)機(jī)械制造技術(shù)及現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)。在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下，世界各國(guó)紛紛提出針對(duì)制造業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措，尤其是德國(guó)工業(yè)4.0和中國(guó)制造2025，先進(jìn)制造技術(shù)即為其中的重要內(nèi)容[1]。而廣東東莞是我國(guó)改革開放的先行地之一，從“三來一補(bǔ)”開始，東莞就開始大力發(fā)展制造產(chǎn)業(yè)，制造業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，逐漸成為中國(guó)制造業(yè)的中心。如今，東莞作為粵港澳大灣區(qū)的一員，在自身傳統(tǒng)制造業(yè)的基礎(chǔ)上緊跟先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，逐漸從“東莞制造”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皷|莞智造”。

先進(jìn)制造技術(shù)作為一門多學(xué)科綜合交叉的專業(yè)技術(shù)課，涉及現(xiàn)代設(shè)計(jì)學(xué)、現(xiàn)代制造學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子與電氣、控制學(xué)、現(xiàn)代管理學(xué)等方面，課程內(nèi)容廣泛，概念、原理以及應(yīng)用等知識(shí)點(diǎn)龐雜，技術(shù)發(fā)展變革迅速。而傳統(tǒng)的先進(jìn)制造技術(shù)課程受理念和條件的限制，多以教師課堂講授為主，缺乏實(shí)踐性，不利于學(xué)生的理解與接受，學(xué)生的創(chuàng)新思維得不到訓(xùn)練，創(chuàng)新能力得不到培養(yǎng)。因此，我們有必要對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的教學(xué)理念與模式、教學(xué)方法和手段進(jìn)行新的探索。

東莞理工學(xué)院扎根東莞大地，將東莞制造產(chǎn)業(yè)融入先進(jìn)制造技術(shù)的教學(xué)，借助本土資源加深學(xué)生對(duì)基本理論和典型技術(shù)的理解，以傳授學(xué)生專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐技能，強(qiáng)化學(xué)生分析解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械工程師素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)“來莞學(xué)習(xí)，留莞服務(wù)”的夢(mèng)想。

2 教學(xué)內(nèi)容梳理

先進(jìn)制造技術(shù)是由美國(guó)于20世紀(jì)80年代提出，它是一個(gè)相對(duì)的、動(dòng)態(tài)的概念，是為了適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)要求，對(duì)制造技術(shù)不斷優(yōu)化所形成的[2]。先進(jìn)制造技術(shù)的提出使得世界各國(guó)重新認(rèn)識(shí)制造業(yè)，不斷提升本國(guó)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，從而促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。

廣義的先進(jìn)制造技術(shù)除了傳統(tǒng)制造技術(shù)外，還包括信息技術(shù)、現(xiàn)代管理科學(xué)以及有關(guān)的材料科學(xué)、能源等高新科學(xué)技術(shù)。課程的主要內(nèi)容可以概括為以下六個(gè)方面：(1)先進(jìn)制造技術(shù)概述。主要包括制造/制造技術(shù)/制造系統(tǒng)的概念、制造技術(shù)的發(fā)展與其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位、先進(jìn)制造技術(shù)的特點(diǎn)與國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r。(2)先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)。主要包括先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的概念與特點(diǎn)、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)、產(chǎn)品可信性設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)。(3)先進(jìn)制造工藝。主要包括材料受迫成型工藝、超精密加工、高速加工、快速原型技術(shù)、微細(xì)加工、表面工程、現(xiàn)代特種加工。(4)加工自動(dòng)化技術(shù)。主要包括數(shù)控加工技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)、智能機(jī)器人。(5)現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)。主要包括現(xiàn)代生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)(物料需求計(jì)劃、制造資源計(jì)劃、企業(yè)資源管理)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)、物流系統(tǒng)管理、及時(shí)生產(chǎn)技術(shù)、現(xiàn)代質(zhì)量保證技術(shù)。(6)先進(jìn)制造生產(chǎn)模式。主要包括計(jì)算機(jī)集成制造、并行工程、精益生產(chǎn)、敏捷制造、智能制造系統(tǒng)。課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

圖1 先進(jìn)制造技術(shù)課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)框架

3 課程特點(diǎn)剖析

3.1 課程內(nèi)容廣泛

先進(jìn)制造技術(shù)涉及生產(chǎn)活動(dòng)的各個(gè)方面和生產(chǎn)的全過程，是一個(gè)從產(chǎn)品概念到最終產(chǎn)品的集成活動(dòng)，涵蓋產(chǎn)品全生命周期，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、加工與裝配、檢測(cè)與銷售、維修服務(wù)直至回收再生整個(gè)過程。課程除了講授與產(chǎn)品生產(chǎn)制造直接相關(guān)的各類加工工藝、自動(dòng)化技術(shù)外，還講授與企業(yè)運(yùn)營(yíng)相關(guān)的生產(chǎn)模式和管理技術(shù)，涉及學(xué)科多、內(nèi)容廣、知識(shí)點(diǎn)雜，學(xué)生學(xué)習(xí)困難。

3.2 課程迭代性快

隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)并非一成不變，而是緊隨市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)研究不斷更新。不同的發(fā)展階段，先進(jìn)制造技術(shù)的焦點(diǎn)和制造產(chǎn)業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)并不相同。這就要求課程內(nèi)容具有創(chuàng)新性，教師在授課時(shí)要特別注重技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，不斷地吸收補(bǔ)充新內(nèi)容和擴(kuò)展新知識(shí)。

3.3 課程實(shí)踐性強(qiáng)

先進(jìn)制造技術(shù)面向工業(yè)應(yīng)用，是針對(duì)具體制造業(yè)(如汽車制造、工業(yè)機(jī)器人、電子電器等)中的實(shí)際生產(chǎn)問題而不斷發(fā)展的，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。教學(xué)過程中應(yīng)特別重視對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和工程能力的培養(yǎng)[3]，使課程發(fā)揮“橋梁”的作用，讓學(xué)生走進(jìn)或走近生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，身臨其境地體會(huì)，最大程度地將專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)和學(xué)生未來職業(yè)生涯做好銜接。

4 課程教學(xué)改革探索

在全面梳理教學(xué)內(nèi)容和深入剖析課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合時(shí)代背景和現(xiàn)有的教學(xué)條件，課程充分利用東莞先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的沃土以及東莞制造這個(gè)極具代表的產(chǎn)業(yè)集群，優(yōu)化教學(xué)理念，積極開展線上線下混合式教學(xué)、案例式教學(xué)、基于東莞制造的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)等探索，并將其運(yùn)用到實(shí)際教學(xué)過程。

4.1 線上線下混合式教學(xué)

課程基于優(yōu)學(xué)院平臺(tái)，采用混合式教學(xué)，實(shí)現(xiàn)線上線下的有機(jī)融合。結(jié)合課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)框架，對(duì)于先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)、先進(jìn)生產(chǎn)模式等周邊類內(nèi)容以線上學(xué)生自學(xué)為主，而對(duì)于先進(jìn)制造技術(shù)概述這一導(dǎo)入內(nèi)容、典型先進(jìn)制造工藝、常見加工自動(dòng)化技術(shù)等關(guān)鍵性內(nèi)容以線下教師講授為主。目前，已在優(yōu)學(xué)院平臺(tái)建設(shè)完成整門課程的線上教學(xué)資源，包括視頻課件、國(guó)內(nèi)外公開學(xué)習(xí)網(wǎng)站、優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)視頻、先進(jìn)制造技術(shù)案例等多種豐富教學(xué)資源。

線上線下混合式教學(xué)的開展按照“課前、課中、課后”三部曲進(jìn)行，具體實(shí)施過程為：課前教師構(gòu)建線上課程資源并發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生通過平臺(tái)自主學(xué)習(xí)并提出問題；課中教師通過板書、多媒體資源、騰訊會(huì)議等講解答疑，借助優(yōu)學(xué)院平臺(tái)的投屏、點(diǎn)名、選人、投票、搶答、討論等互動(dòng)環(huán)節(jié)，啟發(fā)引導(dǎo)，實(shí)時(shí)與學(xué)生交流；課后教師及時(shí)地批改線上作業(yè)，完成課程考核評(píng)價(jià)，并及時(shí)了解教學(xué)反饋信息，學(xué)生進(jìn)行線上測(cè)驗(yàn)并完成作業(yè)，使用思維導(dǎo)圖等工具進(jìn)行總結(jié)，鞏固加深知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握。在教與學(xué)的過程中，全程通過“課程微信群”進(jìn)行學(xué)生與教師、學(xué)生與學(xué)生之間的交流，讓學(xué)生共同進(jìn)步。

線上線下混合式教學(xué)三部曲

4.2 案例分析緊抓時(shí)代焦點(diǎn)

在教學(xué)過程中，教師隨時(shí)關(guān)注先進(jìn)制造技術(shù)的前沿知識(shí)，不斷提升自我，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容以保證課程的前瞻性。同時(shí)也向?qū)W生推送各類前沿科技信息，包括國(guó)內(nèi)外行業(yè)動(dòng)態(tài)、科技發(fā)展前沿成果、最新學(xué)術(shù)研究等，拓寬學(xué)生視野。

課程緊跟時(shí)代步伐，將教學(xué)內(nèi)容與熱點(diǎn)話題相結(jié)合，開展案例式教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高學(xué)生解決問題的能力。在講授先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)之創(chuàng)新性設(shè)計(jì)方法時(shí)，以畢業(yè)設(shè)計(jì)課題開展為案例，讓學(xué)生自主擬定題目，并采用“5W2H”提問法，從做什么、怎么做、為什么這么做、什么時(shí)間完成、在哪里進(jìn)行、誰(shuí)來完成、完成效果預(yù)期七個(gè)方面展開論述，理清思路，抓住課題的核心，在模擬論證課題方案的過程中，學(xué)生深入體會(huì)并理解了創(chuàng)新性設(shè)計(jì)方法的魅力。在講授先進(jìn)制造工藝之微細(xì)加工技術(shù)和表面工程技術(shù)時(shí)，以芯片制造為案例，詳細(xì)介紹光刻、等離子體注入、刻蝕、熱處理、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、晶圓制作、晶圓涂膜、電鍍技術(shù)、晶圓測(cè)試、封裝等技術(shù)。同時(shí)，通過對(duì)比國(guó)內(nèi)外芯片制造技術(shù)的發(fā)展，列舉一些企業(yè)的案例，引導(dǎo)同學(xué)們思考，領(lǐng)悟先進(jìn)制造技術(shù)在推動(dòng)我國(guó)實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)過程中所起到的至關(guān)重要的作用，以及自己作為新時(shí)期建設(shè)者所肩負(fù)的歷史使命。在講授現(xiàn)代制造模式之綠色制造時(shí)，以世界熱點(diǎn)問題為案例，探討綠色制造對(duì)于制造業(yè)發(fā)展、社會(huì)發(fā)展、人類發(fā)展的影響。同時(shí)引導(dǎo)同學(xué)們關(guān)注“碳達(dá)峰、碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)以及我國(guó)的東數(shù)西算工程，樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念。

4.3 基于東莞制造的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)

先進(jìn)制造技術(shù)具有很強(qiáng)的實(shí)用性和創(chuàng)新性，它是基于某一制造業(yè)領(lǐng)域的需求而發(fā)展起來的，具有明確的需求導(dǎo)向。而東莞起步于制造，發(fā)展于制造，制造業(yè)是東莞的城市名片，如何將課程教學(xué)、學(xué)生的未來發(fā)展與東莞制造產(chǎn)業(yè)相結(jié)合是非常值得考慮的事情。

基于此，課程充分利用東莞理工學(xué)院長(zhǎng)安先進(jìn)制造學(xué)院這一特色產(chǎn)業(yè)學(xué)院，在學(xué)習(xí)了先進(jìn)制造工藝、加工自動(dòng)化、現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)等理論知識(shí)后，帶領(lǐng)學(xué)生到長(zhǎng)安先進(jìn)制造學(xué)院進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)式教學(xué)，如圖2所示。學(xué)生可以在智能裝備聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室近距離觀摩各種先進(jìn)的制造設(shè)備，在科學(xué)試模技術(shù)中心實(shí)踐多種精密潔凈鑄造成形技術(shù)、精確高效金屬塑性成形工藝等，在增材制造聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手操作完成個(gè)性化產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)、3D打印造型、后處理等全過程，在精益智能制造道場(chǎng)感受企業(yè)生產(chǎn)流程與管理流程，感悟管理4.0與工業(yè)4.0。通過現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，可以讓學(xué)生充分理解并接受理論知識(shí)，在實(shí)踐過程中體會(huì)先進(jìn)制造技術(shù)的魅力，為未來職業(yè)發(fā)展蓄力。

圖2 體驗(yàn)式教學(xué)設(shè)計(jì)

此外，在線下教學(xué)過程中，課程聚焦東莞制造產(chǎn)業(yè)，通過分享交流匯報(bào)開展沉浸式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性、擴(kuò)大教學(xué)知識(shí)面，如圖3所示。學(xué)生以小組為單位，通過對(duì)查閱資料、實(shí)地走訪企業(yè)等方式調(diào)研，針對(duì)東莞制造產(chǎn)業(yè)的過去—現(xiàn)在—未來等發(fā)展?fàn)顩r和東莞五大支柱—四大特色產(chǎn)業(yè)以及東莞各鎮(zhèn)街特色產(chǎn)業(yè)集群、東莞制造企業(yè)的智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)等高科技產(chǎn)業(yè)，還有新一代電子信息、生物技術(shù)和松山湖科學(xué)城的大科學(xué)裝置群等內(nèi)容進(jìn)行資料整理、內(nèi)容消化，保證知識(shí)輸入；之后進(jìn)行PPT分享匯報(bào)，通過自評(píng)、他評(píng)、教師點(diǎn)評(píng)等環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)行自主思考，強(qiáng)化知識(shí)輸出。在此過程中，充分挖掘?qū)W生自身的學(xué)習(xí)能力、鉆研能力，將一個(gè)人的學(xué)習(xí)、一組人的學(xué)習(xí)演變?yōu)槿嗳说膶W(xué)習(xí)，使教學(xué)效果由量到質(zhì)的提升，同時(shí)也使學(xué)生真正了解東莞制造、中國(guó)制造、世界制造，明確自己的奮斗目標(biāo)。

圖3 沉浸式教學(xué)設(shè)計(jì)流程

5 課程評(píng)價(jià)

課程采用多元化的評(píng)價(jià)機(jī)制，構(gòu)建集過程性評(píng)價(jià)(優(yōu)學(xué)院平臺(tái)參與度、課堂參與度)、表現(xiàn)性評(píng)價(jià)(現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表現(xiàn)、分享交流匯報(bào))、總結(jié)性評(píng)價(jià)(期末課程論文)為一體的多元化課程評(píng)價(jià)體系，并給出了各項(xiàng)評(píng)價(jià)占比及指標(biāo)，如圖4所示。其中，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表現(xiàn)、交流分享匯報(bào)評(píng)價(jià)均采用20%自評(píng)、30%他評(píng)、50%教師評(píng)價(jià)的方式進(jìn)行，其余評(píng)價(jià)項(xiàng)目采用教師評(píng)價(jià)，盡量達(dá)到公平公正。對(duì)于期末課程論文，教師給定寫作模板和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，要求學(xué)生按照學(xué)術(shù)論文的格式撰寫，提前感受科研嚴(yán)謹(jǐn)性。

圖4 課程評(píng)價(jià)體系

結(jié)語(yǔ)

基于東莞制造，在先進(jìn)制造技術(shù)課程中進(jìn)行教學(xué)改革，從學(xué)生的課間交流、課堂互動(dòng)、分享交流匯報(bào)、綜合成績(jī)等來看，取得了較好的效果，初步達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)。線上線下混合式教學(xué)、基于東莞制造的現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)式教學(xué)和分享交流沉浸式教學(xué)、多元化的評(píng)價(jià)機(jī)制等也已推廣至其他類似的專業(yè)課程教學(xué)過程。今后我們將繼續(xù)開發(fā)東莞本土資源，爭(zhēng)取與制造企業(yè)開展合作，共同完善課程教學(xué)體系。