《機械制造裝備設計》課程的研究與實踐

張振杰，丁云龍

（遼寧科技大學機械工程與自動化學院，遼寧 鞍山 114051）

制造業是國民經濟發展的命脈，我國自建國后更是將制造業作為重點發展的對象，改革開放后我國制造業發展進入到新階段，近年來，隨著《中國制造2025》的提出，制造業發展更是邁向了新臺階，截至2019年，我國制造業增加值已經從2012年的2.08萬億美元，上升到了26.9萬億美元，成為名副其實的制造業大國。制造業發展需要人才支撐，近年來，對機械制造方向的人才需求逐漸增大，這要求我們高校需要源源不斷地為社會培養高質量的創新型人才?！稒C械制造裝備設計》課程是機械設計制造及其自動化專業的一門專業課。通過本課程的學習，能夠使學生對現代化機械加工系統及加工方法和技術有較為系統和深入的了解，為今后掌握更先進的制造技術和從事相關專業的工作打下了良好的基礎。

1 學情分析

以遼寧科技大學《機械制造裝備設計》課程為例，根據大綱規定，該課程一共有48學時，3學分，開設于第7學期，即大四上學期，為機械制造專業學生的專業課?？偝煽?00分，包括20分的平時成績、10分的實驗成績以及70分的期末考試成績，期末考試為閉卷筆試。

通過該課程的學習，使得學生達到以下6個目標：第一，理解和掌握機械制造裝備的分類、功能和設計方法。第二，了解機床的用途、運動、布局。理解機床運動分析的方法。掌握傳動系統的分析方法和典型結構，內聯傳動鏈的分析計算方法和設計原則。第三，掌握機床主要技術參數的確定方法，重點掌握分級變速主傳動系統轉速圖的設計方法。第四，掌握機床部件的作用、分類和設計方法。第五，理解工業機器人在機械加工領域的應用，掌握機器人的運動功能設計方法。第六，能夠根據六點定位原理分析零件需要限制的自由度、選擇合適的定位元件和夾緊方案并計算相應的定位誤差。

2 存在的問題

《機械制造裝備設計》是機械制造專業老牌專業課，目前的教學方式還是以傳統的課堂教學方式為主，課堂上教師采用PPT加板書的教學方式，通過講述的方式為同學講解金屬切削機床的設計相關知識點，課后根據課堂上所講解的內容留相應的練習作業。作業和出勤為平時成績打分的重要依據。然而，在實際中這種傳統的教學方式存在不少弊端：（1）機械制造裝備設計是專業課程，內容較為抽象，學生不但需要學習這門課程，還要將三年的專業基礎課的知識點歸納總結，只靠教師上課講述學生很難理解。（2）目前，教學方式多為大班教學，一個教學班學生人數在60人以上，不同學生的學習能力存在差異性，對于一些知識點，有的學生聽一遍就能理解，但有的學生需要聽2～3遍才能吸收。這樣在實際教學中存在一個比較棘手的問題，如果課堂講授的速度偏快，那些學習能力偏弱的學生跟不上進度。可如果講得過慢，或者一個知識點講解多次，一方面，會導致無法完成教學進度；另一方面，那些學習能力強的學生會認為知識過于簡單，聽課熱情會大大減弱，然而，傳統的課題教學無法彌補這種差異性。（3）課堂互動模式較為單一，通常教師提出一個問題采用點名提問或者學生舉手回答的方式作答，由于時間限制，一個問題只能有個別學生有機會回答，往往一學期下來回答問題的只有幾個學生，久而久之，學生對這種互動方式的興趣會大打折扣。（4）學生對課程學習的熱情不夠，目前主流的教材內容中還是以CA6140機床的設計為主，雖然增加了一定比例的數控機床和工業機器人方面的知識，但所占比例依然不高，全書的重點依然是傳統機床的設計。傳統機床是機制裝備設計的重要基礎，是特種機床和數控機床學習的先決條件，但現階段的學生普遍是00后，00后學生的特點是思維觀念多樣化，更喜歡接觸新鮮的實物，而且更喜歡主動地去思考問題，對于這種采用傳統被動教學去學習較為老舊的知識熱情度不夠。（5）目前的考核方式期末考試的比重依然過大，達到了70%，造成很多學生不重視平時的積累，總想考前的突擊學習。而平時成績的考核方式過于簡單，平時成績由三部分構成，分別是出勤率、作業和課堂表現。出勤率所占分值較高，20分的平時成績中，出勤率達到了6分，作業10分，課堂表現4分，分布不夠合理。

將現階段的問題歸納整理可以發現，目前的問題集中于三個方面：一是由于學生學習能力的差異性，造成學生對同一個知識點吸收理解的能力不同；二是課堂互動不夠，大部分學生無法參與課堂活動；三是由于教學方式較為傳統，學習的知識相對比較老舊，造成學生學習熱情不高，不少學生學習的目的只是為了應付考試。針對以上問題，本文結合實際教學經驗提出了相應的教學改革方案。

3 課堂學習方式的研究

針對課程難度較大、學生學習能力差異性的問題，本文提出了引入網課平臺實行線上線下混合式學習，針對課堂互動不理想的問題，提出了借用互聯網平臺建立參與式課堂，最后組建科研小組，每個小組設定一個課題，發揮學生的主觀能動性積極主動地去學習。

3.1 線上線下混合式學習

針對學生學習能力存在差異性的問題，引入網課平臺實行線上線下混合式教學的改革方案。以泛雅線上課堂為例，在上課前將課堂上所講授的知識點錄制成微課，上傳到泛雅課堂中供學生線上學習，微課中只涉及知識點的講解而不涉及課堂互動環節，并且可以適當提高語速，進而將一節課的內容壓縮成2～3個15分鐘以內的微課，在上課前3天發布到泛雅課堂中，每個微課下預留配套的練習題，每學完一節微課需要完成相應的練習題，在線上系統中設置沒聽完上一個微課不能學習新的微課，微課學習和練習題的完成作為線上評分依據的重要指標。這樣，學習能力較強的學生聽一遍即可完成，學習能力較弱的學生可以反復學習微課，以此來彌補學生學習能力差異性的問題。在線下課堂上，針對錯誤率比較高習題所對應的知識點進行集中講解，對于重點難點的知識可通過大量練習來鞏固，如果學生有不明白的地方可及時回看微課內容，提升了學生的自主學習能力，并且還有效提高線下課堂的利用率。

3.2 參與式課堂的建立

參與式課堂的建立，以學習通網課平臺為例，在上課前通過學習通等網課平臺建立線上班級群，在課堂提問的同時也要同步發布在班級網課群中，讓學生通過學習通手機端回答問題，將學生回答的問題實時投影到教室投影屏幕上，供大家學習討論，這樣不但可以第一時間收到學生的反饋，而且課堂的參與度也大大提高。

3.3 組建科研小組

小組學習的效率明顯高于個人的學習效率，針對學生學習熱情不高的問題，以班級為單位組建科研小組。在學期開始的時候發布科研小組計劃，讓學生自行組隊，每個小組成員7～8人?？蒲行〗M除了日常學習交流外，還要需要提出一項關于機床設計的研究課題，鼓勵學生選擇特種機床和數控機床為題。在臨近期末時單獨拿出一節課時間讓每個團隊上講臺將本學期研究的機床進展進行匯報。

匯報的內容包括三部分：（1）機床研究背景和意義，包括該機床的應用范圍、發展背景和研究意義；（2）機床工作原理；（3）主要機構，包括機床的關鍵部件的結構和功能。

匯報結束后，科研小組要提交兩份材料，一份是機床研究的匯報PPT，另一份材料是小組分工情況，作為評分的重要依據。

本文還對以往團隊學習的評分方式進行了改革，在以往的團隊打分中，通常一組成員的成績是相同的，或者只有組長分數較高，其他組員成績相同的情況。這樣往往會造成一個小組中，只有1～2個學生認真完成作業，評分不夠客觀。針對以上問題，本文對評分方式進行了改革，小組討論總成績中，增加了小組分工的分值。每個小組有一個根據答辯和PPT內容的整體分，整體分各成員都相同，但還有根據小組分工表給出的小組分工成績，該項成績根據各部分完成情況打分。評分表格如表1所示。

表1 評分表

以2022學年第二學期的機械制造裝備設計課程，第四科研小組的小組分工和評分表為例，其小組分工情況如表2所示。

表2 小組分工

該小組PPT中，機床的原理描述合理，但研究背景和意義寫的不夠充實，這樣學生C、D成績比學生A、B的成績高1分，主要機構表述不夠準確，故學生E、F需要扣一定的分值。答辯問題回答思路清晰，PPT布局合理，故學生G和學生H可得滿分，該小組的最終成績表如表3所示。

表3 第四組最終評分表

3.4 成績構成的研究

改變成績的構架，平時成績提高到30分，包括8分的線上學習、10分的小組匯報、5分作業、5分課堂表現、2分的出勤率。實驗10分，期末考試60分。降低了出勤分數，線上學習也屬于作業的一部分，故可降低作業分值的占比。

4 結語

針對課堂教學存在的問題，本文結合實際教學經驗對課程學習方式進行了研究。針對學生學習能力存在差異性的問題，采用線上線下混合式學習，通過微課讓學生針對不懂的問題可以在課下反復學習研究。建立參與式課堂，學生可以在課堂上通過學習通客戶端線上發言。組建科研小組，每個科研小組在學期期末需要匯報一項機床專題研究，發揮了學生的學習主觀能動性，提高了學生的參與熱情。實踐證明，這種學習方式可以顯著提高學生的學習熱情，對比以往的學習成績，本學期的學生期末成績也有了一定程度的提升。